Energia geotermalna - gruntowe pompy ciepła

Wielu potencjalnych inwestorów to osoby, które wcześniej nie miały styczności z odnawialnymi źródłami energii i zaczynają zdobywać o nich wiedzę w momencie zdecydowania się na budowę lub modernizację domu. W tym artykule chcemy przybliżyć jedne z systemów grzewczych,. który wykorzystuje energie geotermalną. Również postaramy odpowiedzieć na jedno z kluczowych pytań- Czy warto w to zainwestować?

Decydując się na źródło ciepła, jakim jest pompa ciepła, inwestor ma do wyboru urządzenie wykorzystujące energię zawartą w:

• powietrzu zewnętrznym (powietrzna pompa ciepła);
• gruncie;
• wodzie gruntowej.

Jest ona idealnym rozwiązaniem do współpracy z instalacją niskotemperaturową, gdzie proces dystrybucji ciepła odbywa się poprzez duże powierzchnie (podłogi, ściany).

W Polsce coraz większą uwagą cieszą się systemy wykorzystujące pompy ciepła. Według informacji przekazanych przez Polską Organizację Rozwoju Technologii Pomp Ciepła, w roku 2021 rynek branży pomp ciepła wzrósł o 66 procent. Przewiduje się w roku 2022 dalszy wzrost liczby sprzedanych pomp ciepła typu powietrze/woda na poziomie ponad 50%, natomiast gruntowych pomp ciepła o ponad 20 %. Inwestorów przekonuje przede wszystkim:

• niski koszt eksploatacyjny;
• dostępność prawie dla każdego;
• nieograniczone właściwie zasoby źródła ciepła;
• brak emisyjności szkodliwych substancji do atmosfery;
• długa żywotność (50-100 lat);
• poczucie niezależności od cen energii na rynku.

Mając w swoim domu pompę ciepła wykorzystującą energię zawartą w ziemi, koszty eksploatacyjne dotyczą jedynie energii elektrycznej koniecznej do działania sprężarki. Okazuje się, że stanowi ona zaledwie 1/4 całkowitej wytworzonej energii. 3/4 to darmowa energia pochodząca z gruntu.

Klasyfikacja

Instalację geotermalną można podzielić zgodnie ze schematem:

System otwarty dotyczy wykorzystania ciepła wody gruntowej. W tym celu wykonywane są dwie studnie: zasilającą (którą pobierana jest energia) i zrzutową (którą wtłaczana jest do gruntu woda już schłodzona). Jest to bardzo efektywny system, jednak może być kłopotliwy ze względu na panujące warunki hydrogeologiczne na danym obszarze oraz konieczność odpowiedniego umieszczenia względem siebie studzienek, co może dyskwalifikować niektóre działki budowlane.

System drugi - zamknięty - to instalacja oparta na pracy wodnego roztworu glikolu płynącego w polietylenowych (HDPE) rurach, nie mającego jednocześnie bezpośredniej styczności z otoczeniem (są to tak zwane gruntowe pompy ciepła). Rozróżnia się dwa sposoby poboru energii w tego typu systemie:

• za pomocą kolektorów pionowych, umieszczanych w odwiertach pionowych na głębokości 30-50, a nawet powyżej 100 m. Głębokość ta jest zależna od właściwości przekazywania energii gruntu na danym obszarze. Przy założeniu, że pompa ciepła pracuje przez 2400 godzin w ciągu roku, w przypadku gruntu kiepskiej przewodności (np. skały osadowe) uzyskamy 20 W/m, a w przypadku gruntu dobrej przewodności (np. skały lite) nawet 70 W/m. Należy również pamiętać o odpowiedniej odległości między kolektorami - minimum 6 m;

• przy wykorzystaniu kolektorów poziomych. Układane są poniżej strefy przemarzania gruntu, na głębokości około 1,5 m. Powierzchnia, która będzie potrzebna do wykonania instalacji, jest zależna od właściwości gruntu. Średnio z 1 mkw powierzchni można uzyskiwać 20-40 W (dla gruntu wilgotnego, spoistego). Głównie wykorzystuje się wodny roztwór glikolu jako czynnika płynącego w rurach instalacji. Zapewnia on wyższą sprawność oraz możliwość ułożenia kolektora na dwóch warstwach, zmniejszając tym samym zapotrzebowanie na powierzchnię o połowę. Bliższe informacje o tym rozwiązaniu pojawi się w osobnym artykule.

Gruntowe pompy ciepła to nie tylko grzanie.

Mając zainstalowany system ogrzewania na gruntowe pompy ciepła, poza sezonem grzewczym w okresie wysokich temperatur zewnętrznych, istnieje możliwość obniżenia temperatury wewnątrz budynku, czyli jego chłodzenie. Może on odbywać się dwojako poprzez:

• chłodzenie pasywne - wykorzystujące naturalny ruch ciepła z ośrodka o większej temperaturze (budynek) do mniejszej (grunt), wspomagany pompami obiegowymi czynnika;
• chłodzenie aktywne - wykorzystujące pompę ciepła pracującą "w drugą stronę" (cyklu odwrotnym).

Korzystając z opcji chłodzenia, oprócz poprawienia komfortu cieplnego w upalne dni, wprowadzana do gruntu energia powoduje jej magazynowanie. Ta energia może być później wykorzystana, przez co wydajność pompy ciepła w okresie zimowym jest większa.

Koszty

Na całkowity koszt przedsięwzięcia wpływ mają dwie składowe: koszt pompy ciepła oraz koszt instalacji dolnego źródła ciepła (kolektorów pionowych lub poziomych). Porównując wszystkie aspekty generujące koszty, jak konieczność budowy komina czy osobnego pomieszczenia w przypadku kotła gazowego czy olejowego, koszt zakupu i montażu pompy ciepła jest do nich zbliżony. natomiast koszt kolektorów może być zrekompensowany niższymi kosztami eksploatacyjnymi, w porównaniu do tradycyjnych źródeł ciepła. Dobry projekt, uwzględniający właściwości gruntu, pozwala na wykonanie właściwej ilości odwiertów (w przypadku kolektorów pionowych) o odpowiedniej głębokości. Przekłada się to z kolei na najlepszą wydajność i najkorzystniejszą relację kosztów inwestycyjnych do eksploatacyjnych.

Koszty eksploatacyjne, jakie generują gruntowe pompy ciepła, sprowadzają się do opłacenia energii elektrycznej zużywanej przez sprężarkę. Dzięki temu zwrot kosztów inwestycyjnych jest widoczny już średnio po trzech latach.

Podsumowanie

Odnawialna energia geotermalna, którą wykorzystują gruntowe pompy ciepła, to propozycja warta rozważenia. Niskie koszty eksploatacyjne, wysoka wydajność, poszanowanie środowiska i maksymalna możliwość odcięcia się od niepewnych cen źródeł konwencjonalnych to tylko niektóre z zalet, jakie charakteryzują ten sposób ogrzewania.