Rozruch gruntowej pompy ciepła – na co zwrócić uwagę

Gruntowe pompy ciepła, to urządzenia już mocno popularne na naszym rynku. Znajdują swoich zwolenników nie tylko wśród miłośników ekologicznych rozwiązań. Zapewniają komfort użytkowania, praktycznie bezobsługowość systemu grzewczego i niskie koszty ogrzewania. Jednak wszystkie te korzyści mogą być spełnione jedynie wówczas, gdy montaż urządzenia i całej instalacji oraz jej uruchomienie zostaną przeprowadzone bezbłędnie. Na co więc zwrócić uwagę, by nie przysporzyć sobie i naszym klientom kłopotów? Odpowiedź znajdziecie w poniższym materiale.

Grunt, zwany w tej branży „dolnym źródłem ciepła”, działa niczym akumulator energii cieplnej gromadzonej w okresie wiosny, lata i jesieni. Nagrzewa się bardzo wolno, jednak magazynuje energię w takich ilościach, które pozwalają na efektywne ogrzewanie domu w okresie zimowym. Jego temperatura na głębokościach poniżej 2 metrów utrzymuje się na względnie stałym i dość wysokim poziomie (70C do 12-130C), niezależnie od pory roku. Gruntowe pompy ciepła (w skrócie GPC) wykorzystują zgromadzoną w gruncie energię i przekazują pod dachy naszych domów. Oznacza to, że urządzenia te nie produkują energii cieplnej – jak to czasem mylnie określają laicy – lecz transferują z gruntu do tzw. „górnych źródeł ciepła” na które składają się grzejniki płaszczyznowe (ogrzewanie podłogowe – najlepsza opcja dla gruntowych pomp ciepła) lub grzejniki naścienne o dużych powierzchniach, przystosowane do współpracy z GPC. Gruntowe pompy ciepła czynią to przy wsparciu ze strony energii elektrycznej (m.in. zasilanie sprężarki), przy czym na całość mocy grzewczej GPC, energia cieplna gruntu składa się w co najmniej siedemdziesięciu procentach, zaś energia elektryczna co najwyżej w trzydziestu.

Zasada działania pomp gruntowych – krótkie przypomnienie

Fot. 1. Najczęściej problemy związane z dolnym źródłem ciepła wynikają z jego niewłaściwego doboru, co jest niemal zawsze konsekwencją przyjęcia zawyżonego współczynnika pozyskania ciepła z gruntu. Dzieje się tak, gdy szacowanie jest dokonywane bez znajomości lokalnej geologii gruntu. Można tego uniknąć wykonując odwierty próbne. Fot. FOTOLIA
Fot. 1. Najczęściej problemy związane z dolnym źródłem ciepła wynikają z jego niewłaściwego doboru, co jest niemal zawsze konsekwencją przyjęcia zawyżonego współczynnika pozyskania ciepła z gruntu. Dzieje się tak, gdy szacowanie jest dokonywane bez znajomości lokalnej geologii gruntu. Można tego uniknąć wykonując odwierty próbne. Fot. FOTOLIA

Zasadę działania GPC można opisać bardzo krótko: ciepło z gruntu pobierane jest przez ciecz wypełniającą instalację gruntową pompy (roztwór glikolu – tzw. solanka), która zamienia się w gaz sprężany następnie przez sprężarkę pompy. Proces sprężania podnosi dodatkowo temperaturę gazu, który z kolei w skraplaczu oddaje swoje ciepło wodzie wypełniającej grzejniki. Ochłodzony płyn (już nie gaz) przechodzi proces rozprężenia i wraca do parownika – wówczas proces rozpoczyna się od nowa. Każdy z tych etapów jest wciąż stopniowo udoskonalany – producenci stosują asymetryczne wymienniki ciepła, elektroniczne zawory rozprężne, spiralne sprężarki dla osiągnięcia wyższych temperatur skraplania przy niskich temperaturach parowania, elektronikę nadzorującą optymalny przebieg każdego z procesów – ale generalnie zasada jest wciąż ta sama: następuje transfer energii cieplnej z dolnego źródła do górnego źródła ciepła.
Gruntowe pompy ciepła „zatrudnia się” nie tylko do ogrzewania pomieszczeń, ale również do ogrzewania ciepłej wody użytkowej (CWU). Jest to z reguły funkcja realizowana równolegle z C.O. przy czym coraz częściej użytkownicy posiłkują się dodatkowymi grzałkami elektrycznymi dla dogrzania wody, gdyż bazując na samej pompie uzyskuje się temperatury CWU rzędu 60-650C – dla wielu użytkowników nie dość wysokie.

Błędy na etapie ofertowania i projektowania

Fot. 2. Dobór pompy o zbyt niskim współczynniku efektywności będzie skutkował koniecznością dogrzewania budynku innymi urządzeniami. Natomiast pompa o zbyt wysokim współczynniku efektywności nie wykorzysta w 100% swojego potencjału. Fot. VIESSMANN
Fot. 2. Dobór pompy o zbyt niskim współczynniku efektywności będzie skutkował koniecznością dogrzewania budynku innymi urządzeniami. Natomiast pompa o zbyt wysokim współczynniku efektywności nie wykorzysta w 100% swojego potencjału. Fot. VIESSMANN

Najczęstszym błędem projektowym, objawiającym się już od 1-szego uruchomienia instalacji, jest nieprawidłowe oszacowanie ogólnego zapotrzebowania na energię cieplną lub dobór pompy o zbyt niskim współczynniku efektywności (WE – mówi o stopniu wykorzystania ciepła z gruntu w stosunku do ilości zużytego prądu w określonej jednostce czasu). Obie sytuacje skutkują podobnie: inwestor otrzymuje instalację która nie jest w stanie przekazać do budynku wystarczającej ilości ciepła – pomieszczenia pozostają niedogrzane. Nawet najnowsze urządzenia inwerterowe tracą w takich sytuacjach swoje właściwości, gdyż zapotrzebowanie na ciepło znacznie przerasta możliwości pompy. Użytkownicy instalacji z takim błędem bardzo często sięgają wręcz odruchowo po systemy dogrzewania oparte na energii elektrycznej, lecz to automatycznie podnosi koszty i niweluje całkowicie korzyści, jakie miała przynieść inwestycja w pompę gruntową, bądź powoduje znaczne wydłużenie okresu zwrotu nakładów włożonych w inwestycję.
W pewnym sensie błędem jest też dobranie pompy o zbyt wysokim współczynniku efektywności, czyli jej przewymiarowanie, bądź duże przeszacowanie zapotrzebowania budynku na ciepło. W takich instalacjach pompa działa z reguły prawidłowo, lecz nie wykorzystuje 100% swojego potencjału, a jej koszt zawsze jest wyższy w stosunku do mniejszej pompy, która działając na pełnej mocy zaoferowałaby identyczny efekt. Mamy tu więc podwójny koszt: niewykorzystanego potencjału zbyt dużej pompy oraz różnicę w cenie między przewymiarowaną a optymalną pompą, co skutkuje nieco wydłużonym czasem zwrotu inwestycji

Podstawowy błąd związany z dolnym źródłem ciepła

? Najczęściej problemy związane z dolnym źródłem ciepła wynikają z jego niewłaściwego doboru, co jest niemal zawsze konsekwencją przyjęcia zawyżonego współczynnika pozyskania ciepła z gruntu. Gdy szacowanie jest dokonywane bez znajomości lokalnej geologii gruntu i bez wykonania kontrolnych odwiertów, z reguły dochodzi do wyboru niedowymiarowanego wymiennika gruntowego. O ile zbyt duży wymiennik nie skutkuje wyraźnymi problemami, o tyle zbyt mały to już poważny problem, gdyż nie jest on w stanie pozyskać z gruntu wystarczająco dużej ilości ciepła. Efektem są niedogrzane pomieszczenia i/lub niedogrzana CWU, co uwidacznia się już od pierwszego rozruchu instalacji. Drugą dość częstą sytuacją dotyczącą dolnego – ale nierzadko też i górnego – źródła ciepła jest nieodpowietrzenie instalacji. Zapowietrzenie w dolnym źródle powoduje zjawisko nierównomiernego odbioru ciepła z gruntu przez każdy z modułów kolektora. Pracująca prawidłowo część instalacji jest wówczas przeciążona, a ponadto sytuacja może doprowadzić do zbytniego schłodzenia solanki glikolowej, co obniża wydajność pompy ciepła. Zapowietrzenie rzutuje również na przepływ cieczy przez skraplacz – może się okazać, że zbyt mała ilość przepływającej cieczy uruchamia zabezpieczenia (presostat) niskiego lub wysokiego ciśnienia.

Błędy związane z górnym źródłem ciepła

Fot. 3. Podstawowym kryterium przy doborze urządzenia jest właściwe oszacowanie ogólnego zapotrzebowania na energię cieplną. Fot. STIEBELELTRON
Fot. 3. Podstawowym kryterium przy doborze urządzenia jest właściwe oszacowanie ogólnego zapotrzebowania na energię cieplną. Fot. STIEBELELTRON

Częstym błędem popełnianym na tym polu jest angażowanie systemów gruntowych pomp ciepła do ogrzewania pomieszczeń przy wykorzystaniu tradycyjnych grzejników dostosowanych do ogrzewania wysokotemperaturowego. Grzejniki takie przy temperaturach uzyskiwanych dzięki gruntowym pompom są niewydajne i w efekcie współczynnik efektywności instalacji jest niski, zaś pomieszczenia pozostają niedogrzane. Pompy ciepła oparte na energii cieplnej z gruntu wymagają ogrzewania płaszczyznowego, co oznacza że uwaga inwestora jeszcze na etapie projektu powinna się zwrócić w stronę systemów ogrzewania podłogowego lub sufitowego. Pompy wówczas nie muszą pracować na tzw. pełnych obrotach, gdyż temperatura ogrzewających dom podłóg potrzebuje być zaledwie o kilka stopni wyższa od tej, którą użytkownicy instalacji uznają za komfortową.
Innym dość powszechnym błędem ujawniającym się od pierwszego uruchomienia pompy gruntowej, jest dobór zasobnika ciepłej wody użytkowej o zbyt małej powierzchni odbioru ciepła. Wężownice o niewielkiej powierzchni wymiany ciepła zdają egzamin w przypadku instalacji z kotłem grzewczym, lecz gruntowe pompy pracują na znacznie niższych temperaturach, więc logika nakazuje zastosować rozwiązania o zwiększonej powierzchni odbioru ciepła. Niestety czasem chęć poczynienia dodatkowych oszczędności pcha inwestorów w rozwiązania z zasobnikami CWU typowymi dla instalacji kotłowych, co mści się już od pierwszego rozruchu instalacji nie tylko niedogrzaną wodą, ale też częstym włączaniem się i wyłączaniem sprężarki.

Błędy popełniane na etapie montażu

Na tym polu dość powszechnym błędem jest zastosowanie przy rozprowadzaniu ciepła rur o zbyt małych średnicach, skutecznych tylko przy systemach wysokotemperaturowych. Problem pojawia się z reguły przy przejściu z ogrzewania kotłowego na ogrzewanie z wykorzystaniem pompy gruntowej. Należy wówczas pamiętać o ewentualnym zwiększeniu przepustowości rur, czyli w praktyce o wymianie ich na te z większą średnicą. Nie zawsze jest to konieczne, ale dość często inwestorzy stają przed koniecznością podjęcia decyzji o przebudowie instalacji rurowej.
Zdarza się, że kolektor gruntowy umieszczony jest zbyt daleko od obiektu z pompą ciepła. Jest to niewskazane, ponieważ wymusza zastosowanie pompy (odpowiadającej za obieg solanki) o wyższej mocy, co skutkuje zwiększonym poborem energii elektrycznej i ostatecznym wyższym kosztem funkcjonowania całej instalacji.
Do typowych błędów związanych bezpośrednio z pierwszym rozruchem GPC należy zapowietrzenie instalacji, które natychmiast objawia się nieprawidłowym działaniem pompy. Należy wówczas instalację odpowietrzyć i uruchomić ponownie.

Błędy związane z instalacją w gruncie oraz inne błędy ujawniające się przy 1-szym uruchomieniu i w 1-szym okresie eksploatacji

Fot. 4. Ważnym aspektem jest dobór zasobnika ciepłej wody użytkowej o optymalnej powierzchni odbioru ciepła. Trzeba pamiętać, że gruntowe pompy ciepła pracują na znacznie niższych temperaturach niż kotły grzewcze więc wymagają zasobnika o zwiększonej powierzchni odbioru ciepła. Fot. VIESSMANN
Fot. 4. Ważnym aspektem jest dobór zasobnika ciepłej wody użytkowej o optymalnej powierzchni odbioru ciepła. Trzeba pamiętać, że gruntowe pompy ciepła pracują na znacznie niższych temperaturach niż kotły grzewcze więc wymagają zasobnika o zwiększonej powierzchni odbioru ciepła. Fot. VIESSMANN

Błędem związanym bezpośrednio z gruntem, w którym umieszczone są kolektory, jest pozostawienie pustych przestrzeni w odwiertach sond pionowych. Niezależnie od tego czy jest to wynik niedbalstwa czy też braku doświadczenia ekipy montującej instalację, utrudnia to pozyskiwanie ciepła z gruntu i wychodzi na jaw od razu przy pierwszym uruchomieniu instalacji, kiedy to inwestor stwierdza niezrozumiałą z początku jej niewydolność.
Absolutnie kardynalnym błędem jest dokonanie odwiertów i ulokowanie kolektora w gruncie niestabilnym, na zboczu – wszędzie tam, gdzie może dojść np. do osunięcia się gruntu. Taka fuszerka nie musi ujawnić się przy pierwszym rozruchu instalacji, ale gdy już dochodzi do takiej sytuacji i grunt się osuwa, inwestor staje przed bardzo poważnym i kosztownym problemem.
Gdy GPC jest uruchamiana po raz pierwszy w okresie zimowym, może zdarzyć się, że temperatura w instalacji grzewczej jest niższa niż w dolnym źródle czyli de facto w gruncie. Taka sytuacja natychmiast zaburza działanie pompy, jest nienaturalna, ponieważ standardowo strefa niskiego ciśnienia powinna występować w dolnym źródle ciepłą, zaś strefa wysokiego ciśnienia w instalacji grzewczej. Opisane wyżej zaburzenie temperaturowe zmienia układ ciśnień, przez co pompa po uruchomieniu może nie dostarczać ciepła lub zasygnalizować stan awaryjny. Problem rozwiązuje podgrzanie instalacji grzewczej i wywołanie w ten sposób wyższego ciśnienia w jej strefie.

Dość często spotkać się można z opiniami niezadowolonych inwestorów, którzy od pierwszego uruchomienia do końca pierwszego sezonu odczuwają znacznie wyższe od zakładanych koszty eksploatacji pompy ciepła. Sytuacja czasem przeciąga się nawet do drugiego sezonu po czym ustępuje i jest typowa dla świeżo postawionych budynków. Wiąże się z niedoszacowaniem strat ciepła w budynku w pierwszym okresie jego użytkowania. Błędem jest rosnące przekonanie takich inwestorów o wadliwym wykonaniu instalacji i pochopnie podejmowane decyzje o ingerencji w nią, ponieważ wyjaśnienie takich sytuacji jest dość banalne: nowy budynek dość długo schnie, zawiera w sobie dużo więcej wilgoci niż budynki wieloletnie i dlatego pompa obarczona jest wówczas dodatkowym zadaniem wygrzania budynku i usunięcia z niego wilgoci. Wyższe zapotrzebowanie budynku na ciepło musi skutkować czasowym wzrostem rachunków, lecz to naturalne zjawisko niemal zawsze zanika najdalej w trakcie drugiego sezonu grzewczego.

Podsumowanie

Rozruch gruntowej pompy ciepła może, ale nie musi się zakończyć pełnym sukcesem. Na sprawne działanie całego systemu ma wpływ cały szereg czynników, które profesjonalny instalator i projektant musi wziąć pod uwagę. Dlatego tak ważne jest zlecenie wykonania projektu i instalacji podmiotom z dużym doświadczeniem na rynku. Sam inwestor też jest zobowiązany do zaznajomienia się z wieloma aspektami funkcjonowania instalacji, by po udanym 1-szym rozruchu móc prawidłowo korzystać z energii cieplnej gruntu i nie doprowadzać do sytuacji awaryjnych zaburzających działanie systemu.

Łukasz Lewczuk

Na podstawie materiałów publikowanych m.in. przez:
Viessmann Sp. z o.o.,
Robert Bosch Sp. z o.o. (Buderus.pl),
Danfoss Poland Sp. z o.o.,
Daikin Airconditioning Poland Sp. z o.o.

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Please enter your comment!
Please enter your name here