Wybór dolnego źródła - Woda gruntowa

Ciepło można pobierać z ziemi, wody lub powietrza. Wybór źródła ciepła, czyli tzw. dolnego źródła, ma decydujący wpływ na koszty inwestycji, podstawowe parametry instalacji z pompą ciepła i niezawodność jej działania. To najważniejsza decyzja.

Grunt, a więc również woda gruntowa, na głębokości większej niż 6 m ma w zasadzie stałą temperaturę, która wynosi w Polsce ok. 10°C, niezależnie czy jest zima, czy lato (można się liczyć ze zmianami w przedziale 7-12°C). Najtańszym inwestycyjnie sposobem pobierania ciepła z gruntu jest pompowanie wody z głębokości poniżej 6 m (oczywiście, lustro wody gruntowej może być na poziomie wyższym, np. 1 lub 2 m pod powierzchnią gruntu).

Wybierając wodę gruntową jako dolne źródło, budujemy dwie studnie - czerpalną do poboru wody i chłonną do odprowadzenia (zrzutu) wody schłodzonej, która wypływa z pompy ciepła. W typowych warunkach geologicznych, gdy woda jest czerpana z warstwy wodonośnej na głębokości 6-15 m, koszt budowy takich dwóch studni wynosi 3000-
4000 zł.

Odległość pomiędzy studnią czerpalną i chłonną powinna być jak największa (co najmniej 15 m), żeby chłodna woda zrzucana nie mieszała się z wodą czerpaną, niekorzystnie obniżając jej temperaturę. Obie studnie muszą korzystać z tej samej warstwy wodonośnej, przy czym studnia czerpalna powinna znajdować się przed chłonną względem kierunku przepływu wody w tej warstwie. Chodzi o to, by woda schłodzona nie wracała do studni czerpalnej.

Wydajność pompowania wody gruntowej powinna wynosić ok. 1,5 m³/h, do czego wystarcza pompa samozasysająca o mocy 200 W (jeśli lustro wody jest nie głębiej niż 6 m). Nie zawsze warunki gruntowo-wodne są korzystne dla tego rozwiązania. Podstawowym przeciwwskazaniem może być głęboki poziom lustra wody gruntowej, co zmusza do stosowania droższych rozwiązań - pomp głębinowych i głębokich wierceń. Na studnie głębsze niż 30 m wymagane jest pozwolenie wodnoprawne.

Jest też drugi warunek (nie zawsze przestrzegany), że trzeba niezależnie od głębokości studni mieć pozwolenie wodnoprawne na czerpanie wody w ilości większej niż 15 m³/dobę. Jest to warunek na ogół spełniany "na styk", gdyż przy pompowaniu w tempie 1,5 m³/h oznacza maksymalnie 10 godzin pracy pompy wodnej na dobę. Te graniczne parametry można odnieść do pompy ciepła o mocy 7-8 kW. Dla pompy ciepła o większej mocy wydajność pompowania wody musi być większa niż 1,5 m³/h, zatem warunek czerpania wody w ilości większej niż 15 m³/dobę zostanie przekroczony i trzeba wystąpić o pozwolenie.

Często wyrażane są obawy o niedługi czas życia studni - zarówno czerpalnej, której wydajność z czasem może się obniżyć, jak i zrzutowej, której chłonność może nie być wystarczająca po pewnym czasie. Jednak ewentualnej degradacji studni wierconej nie należy spodziewać się wcześniej niż po 15-20 latach. Jeśli już tak się stanie, to nie będzie wielkim problemem finansowym ani technicznym wywiercenie nowych studni, zatem tym ograniczeniem nie powinniśmy się nadmiernie przejmować.

Innym kłopotem systemu woda-woda może być zła jakość wody - duża zawartość żelaza i manganu oraz bardzo wysoka twardość. Do producenta pompy ciepła należy ocena, czy złe parametry jakościowe wody mogą istotnie wpłynąć na niszczenie lub złą pracę pompy ciepła. Groźne i  niestety dość częste w naszych warunkach jest nadmierne zażelazienie wody. Żelazo nie jest szkodliwe, dopóki się nie utleni. Osad tlenku żelaza może "zatkać" wymiennik, także studnię chłonną. Dlatego w przypadku mocno zażelazionej wody niezmiernie ważne jest, by cały układ od poboru wody w studni czerpalnej do zrzutu w studni chłonnej był szczelny i nie "nabierał" powietrza.

Niektórzy producenci oferują opcjonalnie parowniki w specjalnym wykonaniu, odpornym na korozyjne działanie wody o "złych" parametrach. Stosuje się też dodatkowy wymiennik ciepła odporny na "złą" wodę. W obiegu wtórnym takiego wymiennika, pośredniczącym między wodą ze studni a parownikiem pompy ciepła, krąży woda z 10% zawartością etylenu.

W Europie system woda-woda, jako dolne źródło jest stosowany niezbyt często. W Szwajcarii i Szwecji ma udział zaledwie 1-2%, natomiast w bliższych nam geograficznie krajach: Niemcy, Austria - ok. 10% zainstalowanych pomp ciepła pracuje w tym systemie. Pozostałe 90% instalacji dzielą się mniej więcej po równo na gruntowe (solanka-woda ) i powietrzne.

opr.: prof. Wiesław Marciniak
zdjęcie: Danfoss