Ogrzewanie - Budowa dolnego źródła

Poniżej umieszczam zdjęcia z budowy dolnego źródła do pompy ciepła. Dla przypomnienia:

- 1000 mb rury PE100-RC 40 mm, ścianka 3.7 mm,

- 5 pętli po 200 m (5 rowów po ok. 100 m),

- szerokość wykopu ok. 90 cm,

- głębokość ok. 2 m.

Na 2 metrach była już glina, która mam nadzieję będzie trzymać wilgoć (z pewnością dobrze to wpłynie na wydajność tego kolektora). Rura była układana bezpośrednio w glinie i przysypywana warstwą piasku. Na początku laliśmy wodę aby lepiej przylegał do rury, ale później już sobie darowaliśmy. Zmieniła się też koparka - tę pierwszą wykończył nerwowy operator przy zasypywaniu pierwszego rowu :)

Wszystkie rury wychodzą z ziemi obok kotłowni. Szkoda, że od razu nie zaplanowaliśmy pompy ciepła i nie można było wprowadzić rur przez fundament bezpośrednio do kotłowni. Teraz nie ma wyjścia i rozdzielacz trzeba będzie umieścić na zewnątrz.
 

Ogrzewanie - Dolne źródło

A więc budujemy dolne źródło do pompy ciepła w wykonaniu poziomym...

Jak tę rurę zakopać?

W praktyce spotyka się 2 rozwiązania. Rura układana liniowo w wykopie w odległości ok. 0.8-1.0 m jedna od drugiej, albo rozciągnięta w spiralę w rowie o szerokości ok. 1.5 m. W drugim przypadku jest mniej kopania i cały wymiennik zajmuje mniej miejsca na działce. Ponieważ obejmuje mniejszą powierzchnię gruntu mam wrażenie, że będzie mniej wydajny mimo zakopania rury o tej samej długości. Działka jest duża więc rura będzie zakopana liniowo aby czerpać ciepło z jak największej jej powierzchni.

Na jakiej głębokości zakopać?
Na pewno poniżej głębokości przemarzania. Różne źródła różnie podają... 1.2-1.8 m. Piszą, że dolne źródło ma się regenerować od promieni słonecznych i z deszczówką, która wsiąka w ziemię (po sezonie grzewczym) i nie można go zakopać za głęboko. No nie wiem... Może w okresie 5-10 lat faktycznie ma to znacznie i wydajność dolnego źródła może z czasem spadać. Intuicja mi podpowiada żeby zakopać najgłębiej jak się da. Regeneracją po sezonie grzewczym się nie przejmuję bo wymiennik będzie latem wykorzystywany do chłodzenia. Nie wiem czy czasem więcej ciepła nie będziemy latem pchać w ziemię niż zimą z niej pobierać. Im głębiej zakopiemy tym temperatura będzie bardziej stabilna - zimą wyższa a latem niższa, więc sprawności układów chłodzenia i grzania powinny być lepsze. Będziemy więc kopać na 2.0-2.2 m.

Ile tej rury zakopać?

Wszystko zależy od rodzaju gruntu, w którym tę rurę zakopujemy. Najlepsze warunki dla takiego wymiennika to glina i woda na głębokości 1-1.5 m. Teoria mówi, że można wtedy uzyskać ok. 30 W z 1 m² gruntu. U nas warunki są średnie - 1 m piasku później glina, ale bez wody. Nie wiem jaka będzie z tego wydajność, więc dla obliczeń na wszelki wypadek przyjmuję 10 W/m².

Przy obliczonym maksymalnym zapotrzebowaniu na moc 9.7 kW, dobieramy pompę ciepła o mocy cieplnej trochę większej (aby lepiej wykorzystać II taryfę) - taka 12 kW będzie OK. Natomiast wydajność dolnego źródła dobieramy do mocy chłodniczej pompy (w tym przypadku 9.5 kW).
Mamy: 9500 W / 10 W/m² = 950 m².
Ponieważ do obliczeń można przyjąć, że 1 mb rury ułożonej liniowo zbiera ciepło z 1 m² gruntu mamy do ułożenia 950 mb. Uwzględniając podłączenia, częściową izolację na dobiegach - musimy liczyć 1000 mb rury.

Jaką rurę zakopać?
Można kupić zwykłą niebieską rurę do wody z polietylenu PE100. Są jednak dostępne w sprzedaży rury z polietylenu PE100-RC. Symbol RC oznacza, że są one odporne na "powolną propagację pęknięć", co w praktyce oznacza większą odporność na zarysowania, większą trwałość i dłuższy czas eksploatacji takiej rury. Wymiennik mam nadzieję będzie pracował przez kilkadziesiąt lat, więc nie ma co oszczędzać na materiale z którego będzie wykonany. W razie awarii w żaden sposób nie będzie można go wymienić lub naprawić bez totalnej demolki działki.

Na działce wejdzie nam maksymalnie 5 rowów szerokich na 1 m z bezpieczną odległością od siebie ok. 1.5 m. Wychodzi więc na to, że będzie 5 pętli po 200 m. Rura o średnicy 32 mm w zupełności by wystarczyła, jednak rurę takiej średnicy przyjęło się stosować do długości pętli max. 150 m - powyżej tej odległości opory są na tyle duże, że pompa obiegowa musi pracować z większą mocą zużywając więcej prądu. Rozwiązaniem jest zwiększenie średnicy rury do 40 mm. Niestety wejdzie do niej sporo więcej glikolu niż w rurę 32 mm (o jakieś 300 l), ale co zrobić...

Będzie więc rura PE100-RC o średnicy 40 mm i grubości ścianki 3.7 mm. Grubość ścianki nie ma większego znaczenia więc lepiej dać jak najgrubszą ze względu na jej trwałość.

Ogrzewanie - część 2

Do wentylacji mechanicznej przydałby się jakiś gruntowy wymiennik ciepła, który w zimę wstępnie ogrzeje nawiewane powietrze, a latem pozwoli je nieco schłodzić. Rodzaje GWC opisywałem tu: http://www.karmelita-modern.pl/p/rodzaje-gwc.html

Wymiennik żwirowy jakoś do mnie nie przemawia. Nie wiem jakie życie się w nim pojawi i wszystko to będzie zassane do domu. Wymiennik rurowy wychodzi natomiast strasznie drogo jeśli chodzi o dedykowaną i atestowaną rurę do niego. Robienie rurowego GWC z rury kanalizacyjnej jak to robią niektórzy też mnie nie przekonuje - ta rura jest do spuszczania gówna a nie do zassysania powietrza, którym oddychamy.

Został więc wymiennik glikolowy z chłodnicą/nagrzewnicą kanałową o mocy kilku kW, który wydaje się najrozsądniejszym wyborem. Działka jest duża więc nie będzie problemu z zakopaniem rury do niego. Idąc dalej... Latem mamy spod ziemi glikol o temperaturze kilkunastu °C. Wystarczy jakiś prosty wymiennik ciepła i możemy odbierać ciepło z domu za pomocą podłogówki. Taka temperatura nie powinna powodować wykroplenia się rosy na podłodze, ale w razie czego są w posadzce zatopione czujniki temperatury do sterowania podłogówką więc jakaś kontrola nad tym będzie.

Chłodnica kanałowa i chłodzenie podłogówką będzie potrzebowało pewnie mocy kilkunastu kW. Jeśli chodzi o ogrzewanie... Wyliczone "z grubsza" zapotrzebowanie budynku na ciepło to ok. 8 kW i do tego jakieś 1-2 kW na CWU. Budując tak wydajne GWC glikolowe tworzymy coś co nazywa się dolnym źródłem do pompy ciepła. Wnioski nasuwają się same - będzie pompa ciepła zamiast pieca na paliwo stałe. Będzie pracować na tym samym wymienniku glikolowym, który w zimę wykorzystamy do ogrzewania, natomiast latem do chłodzenia (z korzyścią dla jego regeneracji przed zimą).

Ogrzewanie - część 1

Nie mamy jeszcze wybranego głównego źródła ogrzewania, ale chcieliśmy jakoś sensownie je zaplanować z możliwością podłączenia się do różnych źródeł ciepła w zależności od potrzeb. Gazu nie mamy, olej opałowy również odpada. Zostaje jakaś pompa ciepła lub piec na paliwo stałe. Aby piec mógł pracować ze swoją nominalną sprawnością, a temperaturą w pomieszczeniach dało się niezależnie sterować, przydałby się bufor ciepła i oddzielny zbiornik na CWU. Ostatecznie wybór padł na niewielki bufor ciepła o pojemności 520 l z wbudowanym zbiornikiem na CWU (150 l) i wężownicą umożliwiającą podłączenie solarów. Całość jest wykonana ze stali nierdzewnej i wygląda bardzo solidnie. W zbiorniku jest jeszcze zainstalowana grzałka 6 kW.

Na stronie www.cieplowlasciwe.pl można teoretycznie wyliczyć zapotrzebowanie na ciepło podając szczegółowe informacje odnośnie budynku. W naszym przypadku wyliczenia zgodziły się w 100% z pomiarami, które prowadziliśmy podczas zimy grzejąc prądem. Był to pierwszy sezon, a budynek nie jest jeszcze ani użytkowany ani wygrzany, więc mam nadzieję, że w przyszłości będzie tylko lepiej.

Wyniki:
- Maksymalna moc grzewcza CO: 7.7 kW + CWU: 2 kW (razem 9.7 kW)
Tyle będzie potrzebne w "najmroźniejszy" dzień, przy średniej dobowej -20°C na zewnątrz i +22°C wewnątrz.

- Wskaźnik zapotrzebowania na moc: 33 W/m²
- Wskaźnik zużycia energii: 68 kWh/m²*rok
Te wartości znajdują się na świadectwie energetycznym budynku. Na tej podstawie dom zalicza się do klasy energetycznej B, określającej domy energooszczędne.

- Całkowite roczne zużycie energii na CO: 16 000 kWh
- Całkowite roczne zużycie energii na CWU: 3 000 kWh
Łączne zapotrzebowanie na energię to ok. 19 000 kWh/rok. Porównując koszty wytworzenia 1 kWh z różnych źródeł ciepła wychodzi oczywiście na to, że najlepsza będzie gruntowa pompa ciepła. Jeśli chodzi o kocioł na paliwo stałe to wygląda na to, że taki o mocy 12 kW bez problemu sobie poradzi nawet w największe mrozy.

Poniżej zdjęcia zbiornika i instalacji (jeszcze z kablami na wierzchu).

Wentylacja

Jak pisałem wcześniej w domu będzie wentylacja mechaniczna. Policzona, zaprojektowana i ułożona we własnym zakresie. Będzie również glikolowy wymiennik ciepła, który mam nadzieję da trochę chłodu wykorzystując wentylację. A ponieważ może się zdarzyć, że chłodniejsze powietrze w kanale wentylacyjnym spowoduje wykroplenie się wilgoci na powierzchni przewodu, trzeba było je czymś zaizolować.

Wszystkie skrzynki są więc szczelnie zaizolowane matą kauczukową o grubości 9 mm, a przewody wentylacyjne kauczukiem o grubości 13 mm. Dzięki temu również chłodniejsze powietrze w kanałach nie ogrzeje się tak szybko, wiec sprawność tego układu się polepszy. Kolejny plus to wyciszenie wentylacji. W lato zamierzam wentylować większą ilością powietrza co szczególnie w nocy mogłoby być słyszalne.