Regeneracja dolnego źródła. Jak chłodzenie pomaga gruntowej pompie ciepła?

• Chłodzenie pasywne pozwala odbierać ciepło z budynku i oddawać je do gruntu. Dzięki temu dolne źródło szybciej regeneruje się przed kolejnym sezonem grzewczym.
• Regeneracja poprawia stabilność pracy gruntowej pompy ciepła. Nie oznacza jednak, że do odwiertu można bez kontroli wtłaczać dowolną ilość ciepła.
• Zbyt wysokie temperatury mogą prowadzić do problemów z wymiennikiem i pogorszenia jego pracy zimą. Dlatego nadmiar ciepła najlepiej najpierw wykorzystać w budynku, np. do ciepłej wody lub basenu.

Dolne źródło nie pracuje tylko zimą

Dolne źródło w gruntowej pompie ciepła zwykle kojarzymy z sezonem grzewczym. To właśnie wtedy pompa pobiera energię z gruntu i przekazuje ją do budynku. Po kilku miesiącach pracy grunt wokół odwiertu może się jednak wychłodzić. Dlatego tak ważna staje się jego późniejsza regeneracja.

Regeneracja dolnego źródła oznacza ponowne podgrzewanie gruntu po sezonie zimowym. Dzieje się to naturalnie, ale proces można wyraźnie przyspieszyć. Pomaga w tym chłodzenie budynku, szczególnie przy wykorzystaniu pompy ciepła gruntowej. Latem instalacja odbiera ciepło z pomieszczeń i oddaje je do gruntu.

Chłodzenie pasywne oddaje ciepło do gruntu

Najprostszy mechanizm pojawia się przy chłodzeniu pasywnym. W tym trybie sprężarka pompy ciepła nie pracuje, a układ wykorzystuje chłód zgromadzony w gruncie. Pompa obiegowa przetłacza glikol przez wymiennik i odbiera nadmiar ciepła z budynku. Następnie oddaje je do dolnego źródła, które stopniowo się regeneruje.

“Regeneracja to nic innego jak podgrzewanie gruntu po okresie zimowym, kiedy mamy już wychłodzony, wyeksploatowany ten wymiennik przez te kilka miesięcy sezonu grzewczego” – tłumaczy Adam Minikowski z firmy NIBE podczas Webinarowej Środy.

To rozwiązanie ma więc podwójny sens. Budynek zyskuje komfort latem, a dolne źródło odzyskuje część energii przed kolejną zimą. Z analiz i doświadczeń instalacyjnych wynika, że taki wymiennik pracuje stabilniej przez lata. Nie tylko odbiera energię z gruntu, ale też regularnie ją tam zwraca.

Czy grunt można podgrzać powyżej naturalnej temperatury?

Naturalna temperatura gruntu w głębszych odwiertach często wynosi około 6-8°C. W praktyce latem można ją jednak podnieść, jeśli instalacja regularnie zrzuca ciepło. Adam Minikowski wskazywał, że temperatury rzędu 10-12°C są realne w wielu układach. W jednym z przykładów instalator po sezonie letnim zanotował nawet 17°C.

Nie oznacza to jednak, że im cieplejszy odwiert, tym lepiej. Dolne źródło ma swoje ograniczenia, a projektant musi je uwzględnić. Zbyt wysoka temperatura może zaburzyć pracę wymiennika i pogorszyć jego późniejszą efektywność. Dlatego regeneracja wymaga kontroli, a nie bezrefleksyjnego ładowania ciepła do gruntu.

Czy kolektory słoneczne pomogą w regeneracji?

Pomysł regenerowania dolnego źródła kolektorami słonecznymi pojawia się od wielu lat. Teoretycznie brzmi logicznie, bo kolektory latem produkują dużo ciepła. Można więc zapytać, czy nie warto skierować go do odwiertów. Problem polega jednak na temperaturze, którą trudno później bezpiecznie kontrolować.

Adam Minikowski zwraca uwagę, że do dolnego źródła nie można wtłaczać bardzo gorącego glikolu. Kolektory potrafią osiągać znacznie wyższe temperatury niż potrzebuje odwiert. Trzeba byłoby więc bardzo precyzyjnie panować nad parametrami zrzutu. W rzeczywistości takie układy są rzadkie i trudne do opanowania.

Wysuszenie gruntu, czyli czego trzeba unikać

Szczególnie ważny problem pojawia się przy zrzucie nadmiaru ciepła z chłodzenia aktywnego. Jeżeli budynek nie potrzebuje już ciepłej wody, ogrzewania ani podgrzewu basenu, ciepło trzeba gdzieś odprowadzić. Część instalacji może wtedy przekazywać je do dolnego źródła. Trzeba jednak pilnować temperatur granicznych odwiertu.

“Nie możemy mieć w dolnym źródle 30-40°C, bo następuje nadmierne przegrzanie gruntu, wszystko może wyschnąć, zapiec się i zanim to wszystko ruszy z powrotem w okresie zimowym, to może się okazać, że nie dostarczy nam mocy grzewczej” – wyjaśnia Adam Minikowski.

Ograniczenie wilgotności gruntu w strefie pracy sondy pionowej to sytuacja, w której przegrzany grunt wokół odwiertu traci właściwe warunki pracy. Wymiennik może przestać skutecznie przekazywać energię, a instalacja odczuje to zimą. Dlatego zaawansowane układy chłodzenia muszą mieć sposób na bezpieczny zrzut nadmiaru ciepła. Czasem takim rozwiązaniem staje się dry cooler, który oddaje ciepło do powietrza. To szczególnie istotne w przypadku ewentualnej współpracy dolnego źródła z kolektorami słonecznymi lub innymi źródłami zrzutu ciepła o wysokiej temperaturze.

• Zobacz również: Bufor chłodu. Po co stosuje się go przy pompie ciepła?

Lepiej wykorzystać ciepło tam, gdzie jest potrzebne

Najrozsądniejsza zasada brzmi prosto: najpierw wykorzystajmy ciepło w budynku. Może ono podgrzać ciepłą wodę użytkową, zasilić basen albo wesprzeć wybrane obiegi grzewcze. Dopiero później warto myśleć o zrzucie do gruntu. Jeżeli ciepła nadal jest za dużo, projektant powinien przewidzieć bezpieczne odprowadzenie nadmiaru.

W przypadku kolektorów słonecznych często lepiej przeznaczyć je właśnie na ciepłą wodę użytkową. Pompa ciepła może wtedy odpocząć, a dolne źródło regeneruje się naturalnie. Takie podejście zwykle jest prostsze, bezpieczniejsze i łatwiejsze do serwisowania. W gruntowych pompach ciepła nie chodzi przecież o maksymalne komplikowanie układu. Chodzi o stabilną pracę przez wiele kolejnych sezonów.

Opracowano na podstawie szkolenia z cyklu Webinarowa Środa z redakcji GLOBENERGIA