Wybór dolnego źródła - Kolektor poziomy płaski

Kolektor poziomy płaski wykonuje się z rur PE o średnicy 25-40 mm, układanych w wykopie o głębokości ok. 1,5 m, 20-50 cm poniżej strefy przemarzania, ale nie głębiej niż 2 m. Jest to zwykle kilka pętli, czyli odcinków rur o długości ok. 100 m każdy. Podział rury kolektora przykładowej długości 500 m na pięć równoległych pętli długości 100 m ma na celu zmniejszenie oporów przepływu, aby pompa obiegowa wymuszająca przepływ glikolu nie musiała osiągać dużych mocy, zmniejszając tym samym sprawność systemu ogrzewania.

Odstępy między rurami kolektora zależą od wydajności cieplnej gruntu i od średnicy rur. Im mniej wydajny energetycznie grunt, tym mniejszą stosuje się średnicę rur i mniejsze odstępy między rurami. Przy odstępach między rurami rzędu 0,5-0,8 m z jednego m² gruntu z kolektorem otrzymuje się moc 10-40 W, w zależności od rodzaju gleby.

Gliniasty i wilgotny grunt oddaje więcej ciepła (30-40 W) niż piaszczysty, suchy (10-20 W). Stąd przy założeniu, że do ogrzewania domu potrzeba ok. 50 W na jeden metr kwadratowy powierzchni pomieszczeń, kolektor poziomy płaski powinien zajmować powierzchnię 1,5-5 razy większą niż powierzchnia domu. Zatem do tego rozwiązania niezbędna jest duża powierzchnia działki (np. ok. 600 m2 dla domu o powierzchni ogrzewanych pomieszczeń ok. 150 m², jeśli grunt jest suchy i piaszczysty).

Rury kolektora są wypełnione roztworem wodnym glikolu, nazywanym zwyczajowo solanką. W parowniku pompy ciepła glikol oddaje ciepło, ochładzając się o ok. 4⁰C. Średnia temperatura glikolu w kolektorze wynosi ok. 0⁰C, chociaż po słonecznym lecie może osiągnąć nawet +10⁰C, a podczas srogiej zimy może wychłodzić się do kilku stopni poniżej zera.

Trzeba pamiętać, że ciepło odbierane przez glikol z gruntu pochodzi głównie z promieni słonecznych - transport ciepła z głębszych warstw ziemi ku powierzchni jest zjawiskiem pomijalnie słabym. Dlatego bardzo ważna jest możliwość pełnej regeneracji cieplnej gruntu latem, przed następnym sezonem grzewczym. Nie ma więc sensu zakopywanie kolektora na głębokościach większych niż 1,8 m, gdzie słabo dochodzi ciepło słoneczne. Nie wolno też utrudniać penetracji energii słonecznej przez np. zabetonowanie powierzchni gruntu nad kolektorem.

Warto tu zauważyć, że energia słoneczna przenika do gruntu głównie z wodą deszczową. Brak możliwości pełnej regeneracji cieplnej gruntu przez lato to ryzyko obniżenia temperatury glikolu zimą poniżej granicznej wartości dla danej pompy, co spowoduje wyłączenie się pompy. Dlatego lepiej przewymiarować kolektor poziomy płaski, czyli zaprojektować go z pewnym zapasem mocy. Moc kolektora płaskiego (jak każdego źródła dolnego) to moc pompy ciepła pomniejszona o moc sprężarki, czyli:

Na przykład dla pompy ciepła o mocy 8 kW i COP=4 otrzymujemy Pkol=6 kW, co przy gruncie o przeciętnych właściwościach cieplnych (22 W/m2) oznacza konieczność zajęcia powierzchni działki ok. 300 m2.

Należy pamiętać, aby przed zasypaniem kolektora sprawdzić jego szczelność i odpowietrzyć wszystkie pętle.

opr.: prof. Wiesław Marciniak
zdjęcie: Danfoss