Budujemy Dom
Instalacje / Pompy ciepła / Majster Guru

Kolektor poziomy czy pionowy - które rozwiązanie jest lepsze?

Kolektor poziomy czy pionowy - które rozwiązanie jest lepsze?

Rozmowy Dociekliwego Inwestora z Majstrem Guru. Majster prosto i zrozumiale tłumaczy, a Inwestor zadaje coraz bardziej dociekliwe pytania… Tym razem szuka odpowiedzi na pytanie jakie źródło dolne jest najlepsze dla inwestora indywidualnego? Czy to będzie kolektor poziomy czy pionowy?

Pobierz całość w PDF

Dociekliwy Inwestor: – Kolektor poziomy czy pionowy? Jakie rozwiązanie poleciłby pan dla inwestora indywidualnego?

Majster Guru: – Gotowych rozwiązań nie ma, bo trzeba uwzględnić wiele czynników różnorodnej natury. Zawsze należy więc rozpatrywać konkretny przypadek, biorąc pod uwagę uwarunkowania miejscowe. Kolektor poziomy jest przeważnie dość tani w wykonaniu, ale niezbędna jest duża działka.

Co więcej, korzysta on głównie z ciepła pochodzącego ze słońca i wód opadowych (rury znajdują się zbyt płytko, by ciepło z wnętrza ziemi miało większe znaczenie) i dlatego powierzchnia nad kolektorem nie może zostać zabudowana ani pokryta nawierzchnią, która utrudniałaby regenerację kolektora, czyli nagrzewanie gruntu w porze letniej. Szkodliwe jest także zacienianie przez drzewa czy budynki.

Z kolei kolektor pionowy to rozwiązanie droższe do założenia, lecz stawiające mniejsze wymagania wobec wielkości działki i trochę mniej ją rujnujące. Jest też na ogół lepsze pod względem eksploatacyjnym, z powodu stabilnej temperatury gruntu na większych głębokościach.

– A kolektory wodne?

Wodne kolektory poziome ułożone na dnie stawu czy rzeki mają bardzo dobrą wydajność z tego prostego powodu, że woda jest o wiele lepszym nośnikiem (akumulatorem) ciepła niż grunt. Ponadto w zbiorniku wodnym nieustannie dochodzi do przemieszczania się wody spowodowanego różnicami temperatury, podczas gdy wychłodzona ziemia przy rurze kolektora gruntowego nie zamieni się miejscami z warstwą gruntu położoną o metr głębiej.

Niestety – posiadanie na własnej posesji zbiornika wodnego o powierzchni i głębokości pozwalającej na wykonanie kolektora jest w Polsce rzadkością. Łatwiej już o działkę w rejonie umożliwiającym zbudowanie dolnego źródła w formie dwóch studni – czerpalnej i zrzutowej – choć, oczywiście, nie wszędzie są odpowiednio duże zasoby wód podziemnych. Z uzyskaniem zezwolenia wodno-prawnego, koniecznego w wypadku korzystania ze studni "w celach energetycznych", można sobie poradzić relatywnie łatwo.

Woda gruntowa jest bardzo dobrym nośnikiem ciepła. Jednak jej skład jest często nieodpowiedni
Woda gruntowa jest bardzo dobrym nośnikiem ciepła. Jednak jej skład jest często nieodpowiedni. rys. DANFOSS

Niestety – źródło tego rodzaju jest często bardzo kłopotliwe w eksploatacji ze względu na obecność w wodzie związków mineralnych (zawierających np. żelazo, mangan i wapń), co prowadzi do błyskawicznego zamulania wymiennika ciepła w pompie, ewentualnych filtrów, a nawet samych przewodów wodnych.

Można ratować się, dorzucając dodatkowy wymiennik ciepła na drodze między źródłem a pompą, który dobiera się przede wszystkim pod kątem łatwego oczyszczania z osadów. Jednak taki wymiennik powoduje kolejne straty energii, a o spokojnej, niezakłóconej eksploatacji pompy i tak nie ma mowy.

Tak więc w praktyce po ciepło z wód podziemnych, choć w teorii jest to rozwiązanie bardzo atrakcyjne, sięga się raczej rzadko. Kolektor gruntowy, jeśli tylko jest porządnie zrealizowany, zapewnia większą trwałość inwestycji – nie grozi mu zamarznięcie podczas mrozów ani wyschnięcie w okresie suszy, gwarantuje też niezakłóconą eksploatację wymiennika pompy.

– W takim razie poproszę o więcej informacji o kolektorach gruntowych. Czy budowa kolektora poziomego to duży kłopot, wyjąwszy oczywiście rozgrzebanie działki?

- Sama budowa to żaden problem, bowiem nie wymaga użycia specjalistycznego sprzętu – wystarczy zwykła koparko-spycharka. Za to, jak już mówiliśmy, potrzebna jest duża działka.

- Jak duża?

– To kwestia warunków lokalnych. Wydajność kolektora poziomego jest silnie zależna od rodzaju gruntu oraz stopnia jego nasycenia wodą. Najlepiej gdy jest on gliniasty i mocno nasączony – 1 m2 takiego gruntu ma wydajność cieplną na poziomie 30–40 W/m2. W przypadku gruntu suchego, niespoistego, takiego jak spotykane w wielu regionach kraju piaski, wydajność ta spada do poziomu zaledwie 8–10 W/m2.

Do podejmowania wiążących decyzji niezbędna jest zawsze ocena fachowca – są firmy mające sprzęt do pomiarów przewodności i pojemności cieplnej gruntu. Tak dla orientacji – jeśli ustalimy, że grunt ma wydajność ok. 15 W/m2, a parametry użytkowe planowanej pompy ciepła to 10 kW mocy grzewczej i COP na poziomie 4, to na kolektor powinno się przeznaczyć ok. 500 m2 działki. Na terenach wiejskich to właściwie drobiazg, jednak w rejonach podmiejskich, zurbanizowanych może być to trudne lub wręcz niemożliwe.

Proszę zwrócić uwagę na to, że powyższe parametry i obliczenia odnoszą się do wydajności cieplnej gruntu jako takiego. Sam kolektor jest tylko wymiennikiem, a więc gęstsze ułożenie jego rur w żaden sposób nie zwiększy ilości pozyskiwanego ciepła, za to w skrajnych wypadkach może sprzyjać tworzeniu się tarczy lodowej między blisko położonymi przewodami kolektora, kiedy ziemia się zanadto wyziębi. Odpowiednio dużą powierzchnię gruntu trzeba zająć i nic się na to nie poradzi.

– Z kolektorem pionowym kłopotów jest mniej?

– To zależy, jak na to patrzeć. Budowa kolektora pionowego wymaga poświęcenia o wiele mniejszej powierzchni działki, lecz niech pan nie wierzy tym, którzy obiecują, że w ogóle jej to nie naruszy. Musi przecież na nią wjechać ciężki samochód ciężarowy z wiertnicą, co już jest sporym wyzwaniem.

Spiralne sondy w płytkich odwiertach to rozwiązanie pośrednie pomiędzy kolektorem poziomym i pionowym.
Spiralne sondy w płytkich odwiertach to rozwiązanie pośrednie pomiędzy kolektorem poziomym i pionowym. fot. REHAU

Co gorsza, podczas robót ziemię z odwiertu wypłukuje się wodą, więc po ich zakończeniu na działce pozostaje góra błota, z którym musimy coś zrobić, a w praktyce jedynym rozwiązaniem okazuje się zwykle wywiezienie. Wykonanie odwiertów, ułożenie rur (zwanych sondami) wymaga przy tym nie tylko odpowiedniego sprzętu, ale i specjalistycznych umiejętności, to zaś powoduje, że koszty budowy kolektora pionowego są wyższe niż poziomego.

Przy czym są i zalety. W przypadku kolektora pionowego, rodzaj gruntu przy powierzchni ziemi nie ma większego znaczenia – i tak najlepiej pracuje jego część znajdująca się na głębokości przekraczającej 20 m. Na ogół temperatura gruntu jest tam niezależna od pory roku i wynosi około 10°C. To o wiele więcej, niż w przypadku kolektora poziomego, dla którego, jak pan już wie, przyjmuje się temperaturę roboczą na poziomie 0°C.

Kolektor pionowy jest więc znacznie sprawniejszy energetycznie od poziomego. Można nawet powiedzieć, że powracający z odwiertu glikol jest w powierzchniowej warstwie gruntu niepotrzebnie chłodzony i dlatego zazwyczaj lepiej jest zrobić mniej odwiertów głębokich niż więcej płytkich.

Oczywiście, uwzględnia się specyfikę struktury geologicznej w danym rejonie, wyższe koszty wykonania głębokich odwiertów oraz fakt, że wraz ze wzrostem ich głębokości rośnie długość rur kolektora, co zwiększa opory przepływu glikolu, a zatem i zużycie prądu przez pompę obiegową. Ponadto czym głębsze odwierty, tym więcej zachodu wymaga właściwie ich wypełnienie po wprowadzeniu rur kolektora.

W żadnym wypadku nie można doprowadzić do sytuacji, w której wokół rur pozostałyby puste przestrzenie, bo izolowałyby one termicznie sondy od gruntu. Odwierty wypełnia się specjalnymi mieszankami, o przewodności cieplnej co najmniej tak dobrej jak grunt rodzimy, a od starannego zrealizowania tej operacji zależy sprawne funkcjonowanie kolektora.

– Tak czy inaczej, wybór między kolektorem poziomym a pionowym nie będzie łatwy.

– Powtórzę się, ale zależy to przede wszystkim od uwarunkowań lokalnych, a także od wielkości działki. Jeszcze wypada mi dodać, że w obu wypadkach może pan zdecydować się na kolektor z bezpośrednim odparowaniem.

– Kolektor z bezpośrednim odparowaniem - a co to takiego?

– W rurach zwykłego kolektora, czy to poziomego, czy pionowego, krąży płyn niezamarzający. Ciepło do parownika pompy ciepła przekazywane jest przez odpowiedni wymiennik. Jednak w obu przypadkach można zrobić inaczej – zamiast płynu niezamarzającego, w rurach kolektora krążyć może nie roztwór glikolu, ale czynnik roboczy pompy ciepła.

Kolektor tego rodzaju, nazywany kolektorem z bezpośrednim odparowaniem, jest wtedy po prostu parownikiem pompy ciepła, co poprawia jej sprawność energetyczną w porównaniu z pompami "glikolowymi", ponieważ zbędne stają się wymiennik płytowy – separujący obieg glikolowy od obiegu czynnika chłodniczego – oraz pompa obiegu glikolowego, pracująca zawsze gdy działa pompa ciepła. A oba te elementy obniżają, oczywiście, sprawność energetyczną całej instalacji.

– Dlaczego wszystkich kolektorów nie wykonuje się w ten sposób?

– Bo kolektor gruntowy będący rozwinięciem układu chłodniczego trzeba zbudować o wiele staranniej, gdyż nawet drobne nieszczelności będą skutkować ucieczką czynnika chłodniczego, który jest znacznie droższy niż roztwór glikolu. Pętle kolektora poziomego lub sondy kolektora pionowego wykonuje się więc z rur miedzianych pokrytych zabezpieczającym tworzywem sztucznym.

To oczywiście kosztuje, ale w zamian rośnie wydajność całego systemu, co pozwala zmniejszyć rozmiary kolektora poziomego, czy też głębokość odwiertów, oraz obniża koszty ogrzewania domu. I znowu wszystko jest kwestią kalkulacji...

Redakcja BD

Jak optymalnie dobrać moc grzewczą pompy ciepła typu powietrze/woda?

Pompy ciepła powietrze-woda, jako źródło ciepła wykorzystują powietrze zewnętrzne, w związku z czym wykonywanie dolnego źródła w postaci sond pionowych lub kolektora gruntowego jest zbędne, a produkcja ciepła jest możliwa nawet, gdy jego temperatura spada do -20°C, a niekiedy nawet -25°C. Należy jednak pamiętać, że moc grzewcza pompy ciepła i współczynnik sprawności COP (stosunek mocy grzewczej do poboru energii elektrycznej), spada w miarę obniżania się temperatury powietrza (Rys. 1).

topowe produkty

NIBE - największa oferta pomp ciepła

NIBE-BIAWAR to największy w Polsce producent zaawansowanych technologicznie rozwiązań grzewczych do domów jednorodzinnych, budynków wielorodzinnych, obiektów przemysłowych i usługowych. Rozwijamy energooszczędne produkty, które w znacznym stopniu wykorzystują odnawialne źródła energii. W ofercie firmy znajdują się najwyższej klasy pompy ciepła, kotły peletowe, podgrzewacze wody oraz systemy solarne.
Nowy typoszereg pomp ciepła marki Sofath - Termeo i Caliane
Nowy typoszereg pomp ciepła marki Sofath - Termeo i Caliane Marka Sofath prezentuje geotermiczne pompy ciepła Termeo oraz Caliane. Urządzenia te pozyskują ciepło za pośrednictwem poziomego lub pionowego ...
Nowa pompa ciepła GSHP firmy De Dietrich
Nowa pompa ciepła GSHP firmy De Dietrich Firma De Dietrich wprowadziła do swojej oferty nowe urządzenia - geotermalne, odwracalne pompy ciepła. W ofercie producenta dostępnych jest ...
Panasonic umożliwił sterowanie pompami ciepła Aquarea w chmurze
Panasonic umożliwił sterowanie pompami ciepła Aquarea w chmurze Panasonic zaprezentował system Aquarea Smart Cloud pozwalający na zarządzanie pompami ciepła Aquarea generacji H z poziomu chmury. Rozwiązanie ...
Najbardziej znane marki
Pompy ciepła - ranking rozpoznawalności firm i produktów
Newsletter BudujemyDom.pl
Zapisz się do naszego bezpłatnego newslettera i otrzymuj najświeższe informacje prosto na Twoją skrzynkę e-mailową.
Miesięcznik Budujemy Dom - wersja elektroniczna gratis!
Zapisz się na bezpłatny newsletter BudujemyDom.pl, a otrzymasz najnowszy numer miesięcznika Budujemy Dom w wersji elektronicznej. Do rozdania mamy 50 egzemplarzy. Ty otrzymasz jeden z nich całkowicie za darmo.
Dlaczego warto się zapisać?
Aktualności z rynku budownictwa jednorodzinnego, porady budowlane, najciekawsze tematy z forum.budujemydom.pl, zapowiedź tematu tygodnia oraz raportu miesiąca dostępnego w serwisie w pełnej wersji.
x

Zamknij okno x
Newsletter
Zapisz się do naszego bezpłatnego newslettera i otrzymuj najświeższe
informacje prosto na Twoją skrzynkę e-mailową.
Budujemy Dom - wersja elektroniczna gratis!
Zapisz się na bezpłatny newsletter BudujemyDom.pl, a otrzymasz najnowszy numer miesięcznika Budujemy Dom w wersji elektronicznej. Do rozdania mamy 50 egzemplarzy. Ty otrzymasz jeden z nich całkowicie za darmo.     
Dlaczego warto się zapisać?
- aktualności z rynku budownictwa jednorodzinnego;
- porady budowlane;
- najciekawsze tematy z forum.budujemydom.pl;
- zapowiedź tematu tygodnia oraz raportu miesiąca dostępnego w serwisie w pełnej wersji.
Zapisz się do newslettera
Klub Budujących Dom


Wypełniaj ankiety i zbieraj punkty
na bezpłatną prenumeratę
i inne nagrody

  • Polecamy również
    Czas na Wnętrze Vademecum Domu Energooszczędnego ABC Budowania Dom Polski Wnętrza Twój Dom Twój Styl
Wydanie tabletowe