Jak wybrać poprawnie dolne źródło energii dla pompy ciepła?

Dolnym źródłem ciepła może być każdy ośrodek posiadający odpowiednią temperaturę i  pojemność cieplną gwarantującą odparowanie czynnika chłodniczego oraz ciągłą pracę  urządzenia. Takim ośrodkiem dla chłodziarki jest np. wnętrze lodówki lub klimatyzowanego  samochodu. Dla Pomp ciepła rozwiązać na dolne źródło ciepła jest bardzo dużo, oto kilka  najczęściej stosowanych:

Powietrze: posiada wręcz nieograniczoną pojemność cieplną, jednak przy mocno  ujemnych temperaturach efektywność urządzeń drastycznie spada.  Niewątpliwą  zaleta wykorzystywania powietrza zewnętrznego jako  źródła ciepła jest jednak jego dostępność i najniższe koszty instalacji.

Grunt: najpopularniejsze źródło energii dla pomp ciepła. Największą pojemność  cieplną posiadają grunty wilgotne np. gliniaste a najmniejszą grunty suche np. piaszczyste.
Energia zmagazynowana przy powierzchni ziemi pochodzi głównie od promieniowania słonecznego, natomiast wraz z głębokością rośnie udział energii  pochodzącej z wnętrza ziemi (geotermalnej). Powszechnie stosuje się dwa sposoby  wykorzystania energii gruntu: poprzez tzw. kolektory poziome lub pionowe. Pierwsza z nich to nic innego jak ułożona poziomo (poniżej granicy przemarzania gruntu) rura PCV z niezamarzającym płynem , tzw. chłodziwem (może to być np. roztwór wodny glikolu), którego zadaniem jest odbiór ciepła i przekazanie go  czynnikowi chłodniczemu w parowniku.

Niekiedy stosuje się  systemy bezpośrednie  w których to czynnik chłodniczy odbiera energię z dolnego źródła bez medium  pośredniczącego. Jednak w przypadku uszkodzenia takiego układu występuje ryzyko wycieku czynnika , dlatego konieczne jest zastosowanie odpowiedniej i kosztownej  armatury.

Drugi sposób wykorzystania energii zawartej w gruncie to kolektor pionowy, czyli  przewód z chłodziwem wprowadzany pionowo w głąb ziemi. Zaletami takiego  rozwiązania jest niewielka wymagana do instalacji powierzchnia, oraz gwarancja dużej wydajności pompy ciepła ( ze względu na stałą wysoką temperaturę panującą na większych głębokościach). Wadą rozwiązania jest konieczność wykonywania  kosztownych wierceń głębokościowych, a także skomplikowana procedura  uzyskiwania pozwoleń na takowe . Zbiorniki wodne: na dnie jeziora lub stawu panuje zwykle stała temperatura ok. 8 ° C. Jest to zatem atrakcyjny ośrodek dla dolnego źródła ciepła, często wykorzystywany  jeżeli tylko warunki naturalne na to pozwalają.
W tym celu na dnie zbiornika układa się wymiennik ciepła z chłodziwem. Projektant powinien jednak pamiętać, że żyjące w takim akwenie stworzenia potrzebują odpowiednio wysokiej temperatury, a umiejscowienie w nim wymiennika może ten zbiornik nadmiernie wychłodzić.

Pod budynkiem: kolejnym sposobem wykorzystania ciepła jest posadowienie przewodów z chłodziwem pod podłogą w piwnicy budynku lub wokół fundamentów. Pozwala to wykorzystać część energii jaka jest tracona przez budynek podczas przenikania ciepła do gruntu. Kanalizacja: również często stosowanym patentem jest wykorzystanie kanałów kanalizacji znajdujących się w pobliżu. Charakteryzują się one względnie wysoką temperaturą przez cały rok. Rury z chłodziwem można np. opleść wokół takiego kanału , aby zapewnić wysoką wydajność pracy pompy ciepła.

Zobacz

• Rys. 43.1. Efektywność energetyczna a dostępność dolnego źródła .
• Tab. 43.1. Wydajność energetyczna pionowego wymiennika gruntowego w zależności od rodzaju gruntu.
• Tab. 43.2. Wydajność dolnego poziomowego wymiennika gruntowego w zależności od rodzaju gruntu.
• Tab. 43.3. Powierzchnia dolnego poziomego źródła ciepła dla domu o powierzchni 126 m2 w zależności od rodzaju gruntu

Do określenia wydajności pomp ciepła nie używa się typowego pojęcia sprawności, lecz tzw. współczynnika COP (który jest równy stosunkowi uzyskanej energii w górnym źródle ciepła do włożonej pracy). Według tego wskaźnika wszystkie tradycyjne systemy grzewcze mają sprawność poniżej 1,0, natomiast pompy ciepła charakteryzują się „sprawnością” od 3,5–4,8. Do analiz energetycznych powinno posługiwać się wartościami sprawności średniorocznej SFP, która zawsze jest niższa od 0,8 do 1,5 mniejsza do wartości nominalnej sprawności pompy COP.

Zobacz

• Wyk. 43.1. Wspólczynnik efektywności energetycznej
• Tab. 43.4. Sprawności nominalne – COP  i średnioroczne – SFP różnych urządzeń grzewczych

Pompy ciepła ze względu na nowoczesny sposób przygotowania ciepła i wysoką efektywność energetyczną, a co za tym idzie uzyskiwaną niską cenę energii (od 0,1 do 0,14 zł/kWh) cieszą się coraz większym zainteresowaniem, choć nie w każdym wypadku jest to uzasadnione ekonomicznie.

Opłacalność stosowania pomp ciepła.
Zastosowanie pompy ciepła aktualnie jest opłacalne w budynkach, których ogrzewanie realizowane jest za pomocą oleju, propanu lub energii elektrycznej.
Najczęściej stosuje się pompy ciepła gruntowe lub wodne (grunt – woda lub woda – woda). Rozwija się też technologia pomp powietrze – powietrze i powietrze – woda), które mają zastosowanie tam, gdzie nie ma możliwości zamieszczenia dolnego źródła ciepła w gruncie lub w wodzie.