Wyszukaj w serwisie:
odkurzacze centralne
wnętrza

budowa

wokół domu

znajdź nas na facebook

Gdy natura nas ogrzewa

16 Marca 2011
fot. Wasser Mann II
fot. Wasser Mann II
Czy to w ogóle może działać? Jakim sposobem energia z zimnego środowiska może przepływać do ciepłego? Odpowiedź na powyższe pytania nie  była  oczywista dla dziewiętnastowiecznych urzędników, którzy długo wahali się nad projektem lodówki sprężarkowej autorstwa Carla von Linde, nie chcąc zbłaźnić się przyznając patent czemuś, co mocno przypominało im kolejne hochsztaplerskie perpetuum mobile.

A jednak ich obawy okazały się płonne. Przepływ energii z zimna do ciepła zafunkcjonował, o czym doskonale wiedzą nie tylko użytkownicy chłodziarek, ale też coraz liczniejsi mieszkańcy domów wyposażonych w systemy ogrzewania z zastosowaniem pomp cieplnych. Systemy takie, po raz pierwszy zastosowane w praktyce w 1928 roku, od trzydziestu przeszło lat – od czasów pierwszego wielkiego kryzysu naftowego – szturmem zdobywają sobie pozycję na rynkach USA, Kanady, Japonii i Europy Zachodniej, gdzie w niektórych krajach działają w ponad połowie domów. Są tanie i proste w eksploatacji, czyste ekologicznie, a do tego bezpieczne.  Jakie zatem przyczyny powodują,  że w Polsce jak na razie stosuje się je zaledwie w 4 na 100 powstających budynków mieszkalnych? Konserwatyzm, niewiedza, a może jeszcze coś innego?

Zasada działania
Pierwszym czynnikiem, który powstrzymuje nas przed wprowadzeniem jakichkolwiek nowości jest  lęk przed niesprawdzonymi rozwiązaniami. Jest to oczywiście lęk irracjonalny wynikający z braku dokładnej wiedzy, jak dana nowa rzecz funkcjonuje. Mechanizm działania prezentowanego systemu jest taki sam jak poczciwych domowych lodówek – tyle, że użytkownikowi potrzebne jest wytwarzane prze nie ciepło, a nie zimno. System ogrzewania pompami cieplnymi wykorzystuje energię słoneczną i inną energię cieplną zmagazynowaną w ziemi, wodzie, powietrzu czy innym dostępnym bezpłatnie elemencie środowiska. Układ tworzą trzy elementy:
  • źródło dolne - środowisko, z którego pobiera się energię;
  • wymiennik - odzyskuje pobraną z dolnego źródła energię i zamienia ją na ciepło;
  • źródło górne - zespół zainstalowanych w domu grzejników wykorzystujących uzyskane ciepło.
Przepompowanie ciepła z otoczenia domu do grzejnika wymaga oczywiście zużycia energii elektrycznej, jednak zużycie to jest niewielkie – sprawność systemu jest średnio ok. czterokrotnie wyższa niż elektrycznego. Zatem, aby uzyskać taką sama ilość ciepła, wystarczy zużyć czterokrotnie mniej prądu niż w przypadku zwykłego ogrzewania energią elektryczną..

Rodzaje systemów
Istnieją trzy podstawowe rodzaje systemów ogrzewania pompami cieplnymi, w zależności od środowiska, z którego uzyskuje się ciepło. Najlepszym źródłem ciepła są otwarte zbiorniki wodne, jak jeziora czy stawy. Rzadko kiedy jednak można w ich okolicach zbudować dom.  Dlatego też uzyskiwanie energii z wody wymaga najczęściej podłączenia się do wód gruntowych. Buduje się wówczas dwie studnie umożliwiające pobór wody z głębokości co najmniej 6 metrów. Z jednej  studni tzw. czerpnej do wymiennika ciepła wypompowuje się wodę o stałej w warunkach polskich temperaturze 8÷12ºC. Dostarcza ona energię cieczy płynącej w obiegu wtórnym. Ciecz ta, podobnie jak w lodówkach, to freon lub czysty propan, których temperatura wrzenia wynosi ok. –10ºC. Pod wpływem kontaktu z wodą ze studni paruje ona w tzw. parowniku i jest pompowana do sprężarki. Tam, po zwiększeniu ciśnienia, jej temperatura wzrasta nawet o kilkadziesiąt stopni. Po przejściu przez grzejniki i oddaniu ciepła w ich wnętrzu, ciecz skrapla się i przez zawór rozprężny wraca w obiegu zamkniętym do wymiennika ciepła. Z kolei oziębiona w nim woda gruntowa odprowadzana jest i wlewana do drugiej studni zwanej zrzutową. Obie studnie powinno dzielić co najmniej 15 metrów i powinny być one zaprojektowane tak, by wody gruntowe przepływały ze studni czerpnej do zrzutowej – co pozwala uniknąć wychładzania się wody w tej pierwszej.
Drugi rodzaj zewnętrznego źródła energii stanowi grunt, który w warunkach polskich również ma stałą temperaturę 8÷10ºC (poniżej wierzchniej strefy zamrażania). W ziemi montuje  się system rur wypełnionych wodnym roztworem glikolu, tradycyjnie nazywanym solanką (dawniej używano w tym celu wodnego roztworu soli, co jednak groziło korozją przewodów). Solanka krąży w zamkniętym obiegu, odbierając ciepło z gruntu i przenosząc je do wymiennika ciepła. Proces uzyskiwania energii cieplnej jest dalej taki sam, jak w przypadku czerpania podstawowego źródła ciepła ze zbiorników wodnych. Energię z gruntu można pobierać i przetwarzać w dwojaki sposób. Po pierwsze mamy do wyboru system z kolektorem poziomym wymagający ułożenia w ziemi na głębokości ok. 1,5÷2,0 m zespołu rur odbierających ciepło w układzie poziomym.  W zależności od budowy i wilgotności gruntu wymaga to zajęcia powierzchni nawet kilkakrotnie większej od powierzchni ogrzewanych pomieszczeń. Po drugie możemy zdecydować się na system z kolektorem pionowym, który tworzą rury umieszczone w specjalnie wykonanych pionowych odwiertach o dużej – nawet do 150 m – głębokości (zazwyczaj jest to jednak tylko 20÷30 m).
Trzecim „dolnym źródłem” energii cieplnej może być powietrze. Jest to rozwiązanie najtańsze , gdyż uzyskiwanie ciepła  bezpośrednio z powietrza nie wymaga budowy specjalistycznych instalacji na większą skalę. Prawidłowe działanie tego systemu jest jednak uzależnione od temperatury powietrza. System jest mniej sprawny im   temperatura powietrza jest niższa.
Dodatkową zaletą pomp cieplnych jest to, że mogą one służyć nie tylko do ogrzewania pomieszczeń. Uzyskaną dzięki nim energię można wykorzystywać także do innych celów gospodarczych, a przede wszystkim do wytwarzania ciepłej wody. Ponadto pracę większości systemów wyposażonych w klimakonwektory nadmuchujące powietrze można też odwrócić i w warunkach letnich uzyskać dzięki temu system klimatyzowania pomieszczeń. System ogrzewania pompami ciepła cechuje więc znaczna oszczędność eksploatacyjna.

Wady i zalety
Każda z wymienionych technologii uzyskiwania ciepła, mimo rozlicznych zalet, posiada także wady.  Opisywany jako pierwszy system „dwóch studni” jest bardzo efektywny termicznie, jednak zbyt uzależniony od kapryśnego w warunkach polskich poziomu i składu chemicznego wód gruntowych.  Twarda lub zanieczyszczona woda może niszczyć urządzenia, przez które jest przepompowywana. W dodatku długoletnia eksploatacja tego typu systemu przyczynia się do wysychania lub zamulania studni i tym samym do konieczności ich renowacji co jakiś czas. Przy tych utrudnieniach system pobierania ciepła z gruntu pozostaje nadal  oszczędny, nawet jeśli weźmiemy pod uwagę koszt wykonania zamykający się w granicach 5 tys. zł, i praktycznie bezawaryjny. Trzeba przy tym jednak pamiętać, że wykonanie kolektora poziomego wymaga posiadania rozległej i nie zabudowanej działki, na której przeprowadzić trzeba szeroko zakrojone prace ziemne, a potem użytkować ją z zachowaniem pewnych ograniczeń (np. nie sadzić większych drzew, których korzenie mogłyby z czasem uszkodzić przewody z solanką). Ułatwieniem może być stosowanie zamiast prostych rur nieco droższych kolektorów spiralnych, które wymagają mniej koniecznych wykopów. Najskuteczniejszy i najbardziej trwały jest system z kolektorami pionowymi.  Wymaga on jednak wykonywania kosztownych odwiertów (10÷15 tys. zł), na które potrzebne jest specjalne pozwolenie. Dodatkowym problemem jest jakość gruntów, które w Polsce często są suche i piaszczyste, co zmniejsza sprawność systemu. Najtańszym rozwiązaniem jest, jak wspomniano, ogrzewanie z poborem ciepła z powietrza. Trzeba pamiętać jednak, że sprawność systemu kompresji jest tym większa, im mniejsza jest różnica pomiędzy temperaturą źródła dolnego i górnego (tj. grzejnika). Dlatego też najlepiej jest pobierać ciepło ze środowisk o względnie jednakowej temperaturze przez cały rok, tj. z ziemi lub wody. W przypadku powietrza natomiast, sprawność systemu jest największa w okresach ciepłych, kiedy ogrzewanie jest najmniej potrzebne, zaś podczas mrozów sprawność ta znacznie spada i najwyżej dwukrotnie przewyższa wartość osiąganą przy klasycznym ogrzewaniu elektrycznym.
Tak więc największym problemem wydają się koszty instalacji systemu, które wynosić mogą od 25 do nawet 50 tys. zł w szczególnie niesprzyjających warunkach (sama pompa cieplna to co najmniej kilkanaście tysięcy złotych). Wprawdzie jest to istotny spadek ceny w stosunku do okresu sprzed kilku lat, kiedy to firmy instalujące systemy z pompami cieplnymi wystawiały rachunki nawet dwukrotnie wyższe, jednak nawet teraz budowa takiego systemu jest z reguły o kilkadziesiąt procent droższa niż tradycyjnego ogrzewania np. olejowego lub gazowego. W dodatku wymaga ona zatrudnienia wykwalifikowanych fachowców. Parametry cieplne są bowiem zaprojektowane tak szczegółowo, że nawet z pozoru niewielka niedokładność lub odstępstwo od projektu mogą spowodować znaczące obniżenie sprawności systemu i w związku z tym wzrost kosztów.
Czy zatem skórka warta jest wyprawki? O tak, zwłaszcza gdy budujemy dom i zamierzamy mieszkać w nim długo. Jeżeli budynek będzie prawidłowo ocieplony (tj. maksymalny pobór mocy koniecznej do ogrzewania nie przekroczy 50÷70 W/m²), rachunki za ogrzewanie mogą być nawet kilkakrotnie niższe niż w systemach tradycyjnych. Przykładowo, w domu o powierzchni 160÷200 m² ogrzewanym dzięki pompie pobierającej ciepło z gruntowych kolektorów pionowych miesięczne rachunki za prąd nie powinny przekroczyć 200÷250 zł, przy tym kwota ta obejmuje także klimatyzację w lecie, całoroczną produkcję ciepłej wody, gotowanie i pieczenie w elektrycznej kuchence i pozostałe czynności gospodarcze. Tak niskie koszty eksploatacyjne sprawiają, że wydatek na zabudowanie całego systemu zwraca się zazwyczaj już po kilku latach. Jest to szczególnie ważne w sytuacji wzrastających  ostatnio cen paliw tradycyjnych. Wykorzystując system z pompą ciepła zużywa się przecież jedynie prąd i to w stosunkowo niewielkiej ilości. System taki jest poza tym praktycznie bezobsługowy (działa automatycznie), bardzo bezpieczny (brak otwartego płomienia i w ogóle instalacji paliwowej) i bezawaryjny. Nie bez znaczenia jest też aspekt ekologiczny, czyli brak jakichkolwiek zanieczyszczeń gazowych czy stałych. To właśnie dzięki tym ewidentnym zaletom systemy z pompami cieplnymi podbiły kraje wysoko rozwinięte, a nawet w Polsce ich zainstalowanie rozważa już 35% planujących budowę domów. Stale rozwija się też u nas sieć firm oferujących projektowanie, budowę i serwis takich systemów – ich liczba zbliża się już do trzydziestu.

Wybór
Dokonując wyboru rodzaju systemu ogrzewania, należy w pierwszym rzędzie zwrócić uwagę na warunki naturalne działki. Jeżeli ma ona odpowiednio dużą powierzchnię, a gleba jest wilgotna i gliniasta, najkorzystniej jest zastosować ogrzewanie ciepłem odprowadzanym z ziemi. Bliskość zbiorników wodnych, wysoki poziom lustra i czystość wód gruntowych skłaniać mogą z kolei do wykorzystania systemu „dwóch studni”. Wreszcie, jeżeli chcemy wydać jak najmniej na instalację, można skorzystać z systemu powietrznego, który dobrze sprawdza się przez większą część roku, a w coraz rzadszych w Polsce okresach silnych mrozów może być wspomagany dodatkowym źródłem ciepła. Cechą specyficzną bowiem systemów opartych na funkcjonowaniu  pomp ciepła jest to, że mogą one występować w postaci kompleksowej – np. systemy powietrzne z reguły wyposażone są w dodatkową grzałkę elektryczną, którą można włączyć na kilka najmroźniejszych dni w roku i zwiększyć w ten sposób znacząco sprawność systemu, przy stosunkowo niewielkim wzroście poboru prądu w skali rocznej. Inne systemy również mogą być wspomagane klasycznymi instalacjami grzewczymi, co dodatkowo sprzyja oszczędności energii – całkowicie automatyczny system działa jedynie wtedy, gdy temperatura spada poniżej pewnego poziomu lub włącza się w godzinach, w których opłaty za prąd są najniższe. Istotna jest kwestia odpowiedniego doboru pompy cieplnej, stanowiącej wszak serce systemu. W średniej wielkości domu, o jakim była mowa wyżej, wystarcza zasadniczo pompa o mocy 8÷10 kW. Towarzyszyć jej może zwykła sprężarka tłokowa lub droższa, ale też bardziej trwała  i znacznie cichsza sprężarka obrotowa. Warto też zwrócić uwagę na możliwość zainstalowania w systemie zbiornika do produkcji ciepłej wody, o pojemności odpowiedniej dla potrzeb wszystkich domowników.
Ważnym elementem całego systemu jest źródło górne, czyli elementy ogrzewające budynek. Ponieważ, jak powiedziano, system najlepiej sprawdza się przy niewielkiej różnicy temperatury pomiędzy źródłem dolnym i górnym, wskazane jest zainstalowanie systemu ogrzewania podłogowego, w którym do prawidłowej eksploatacji wystarczy  woda o temperaturze 30÷35ºC. Przy temperaturze źródła dolnego rzędu 10ºC sprawia to, że sprawność systemu jest maksymalna, a pobór prądu bardzo niski – ogrzewanie może w takiej sytuacji być nawet siedmiokrotnie tańsze w eksploatacji od systemów klasycznych! Jeżeli z jakichś względów ogrzewanie podłogowe jest niewskazane – np. instalujemy system w remontowanym, starym budynku lub mamy nieprzezwyciężoną słabość do grubych dywanów – można też oczywiście stosować grzejniki naścienne. Ze względów oszczędnościowych należy w tej sytuacji stosować grzejniki panelowe, o możliwie dużej powierzchni, tak żeby wystarczało w nich zastosowanie wody o temperaturze nie przekraczającej 50÷60ºC.
Przy podejmowaniu decyzji, najlepiej skonsultować projekt domu i warunki naturalne działki z rzeczoznawcami z kilku firm. Powinni oni zaproponować  konkretny rodzaj systemu i przedstawić kosztorys jego wykonania. Po porównaniu ofert, warto samemu usiąść  z ołówkiem lub kalkulatorem w ręku i zdecydować się na wariant, który przy jak najmniejszych kosztach instalacji zwróci się jak najszybciej. Ten sposób dokonywania właściwego wyboru wymaga oczywiście trochę pracy i czasu, ale w perspektywie dalszych oszczędności i zysków, warto je poświęcić.
 
Artykuł opublikowany w nr 4/2007 [16] dwumiesięcznika Pomysł na dom.



Galeria:


powrót


Odwiedzono: 3017 razy
Opublikowano przez: Pomysł na dom
Data publikacji: 16 Marca 2011

Podziel się    



Bruk Bet

blachodachówka firmy Traffic

kominki elmes

sauny na wymiar producent Warszawa i Białystok








podobne artykuły oferta eksperta






freshweb.pl | NetSoftware
2019 © Wszelkie prawa zastrzeżone stat4u