Odwierty dla pomp ciepła, czyli sondy gruntowe, określane inaczej pionowymi, stanowią atrakcyjne pod względem technicznym tzw. dolne źródło ciepła dla pompy ciepła. Zapewnia wysoką stabilność temperatury w całym okresie eksploatacji i tym samym wysokie współczynniki efektywności pompy ciepła. W okresie letnim, sondy gruntowe dostarczać mogą naturalny chłód dla pompy ciepła z opcją naturalnego chłodzenia budynku.

1. Odwierty dla pomp ciepła – sondy gruntowe
 Zasady doboru sond gruntowych dla pomp ciepła
 Właściwy dobór sond gruntowych na wieloletnią eksploatację pompy ciepła
 Przykład doboru i podstawowe zalecenia wykonawcze
Wydanie 1/2012
10.12.2012
www.eko-blog.pl www.vaillant.pl

2. Dolne źródła ciepła dla pompy ciepła
 Dolne źródło ciepła znajduje się po niższej „dolnej” stronie obiegu chłodniczego
pompy ciepła. Może być nim grunt, woda lub powietrze, z którego pompa ciepła
odbiera ciepło. Od wyboru wariantu dolnego źródła ciepła zależy bezpośrednio
efektywność pracy pompy ciepła, ilość pozyskiwanego rocznie ciepła i tym samym
zdolność całkowitego lub częściowego pokrywania potrzeb cieplnych dla
ogrzewania budynku i podgrzewania ciepłej wody użytkowej.
2

3. Zmiana temperatury gruntu wraz
z głębokością – w zależności od pory roku
Lato Zima  Pompy ciepła typu solanka/woda współpracujące
z sondami pionowymi, mogą uzyskiwać wysokie
współczynniki efektywności pracy, dzięki wysokiej
stabilności temperatury w sezonie grzewczym.
sezonowa
Strefa  W sezonie letnim, sondy pionowe zapewniają
zasoby chłodu dla naturalnego chłodzenia budynku.
 Poniżej 15 metrów głębokości, temperatura gruntu
nie jest już uzależniona od pory roku. Poniżej 50
metrów, temperatura gruntu wzrasta ok. 3 stopnie
neutralna
na każde 100 metrów głębokości.
Strefa
 Dobór sond gruntowych musi zapewniać dobre
warunki ich regeneracji temperaturowej poza
sezonem grzewczym. Praca pompy ciepła nie
temperatury
może wobec tego przekraczać projektowanej ilości
Gradient
godzin w okresie roku
Źródło: Leitfaden Erdwärme. BWP 2011
3

4. Zalecenia dla lokalizacji sond pionowych
 Sondy pionowe powinny być wykonane
e z zachowaniem takich wymagań, jak:
„a” - zasilanie/powrót ze spadkiem
a
w kierunku od pompy ciepła do sondy
d gruntowej, w podłożu piaszczystym
ułożone na głębokości ok. 1 m;
odpowietrznik przy pompie ciepła,
b
„b” - minimalna odległość od fundamentu
c
budynku powinna wynosić 2 m,
„c” i „d - rura okładzinowa, stosowana
w przypadku luźnego materiału, o długości
ok. 6–20 m, średnica ok. 17 cm,
„e” - odległość od fundamentu
ogrodzenia 1,0 m.
4

5. Wybór lokalizacji dla sond gruntowych
 Na dobór wielkości sondy gruntowej dla określonej mocy chłodniczej, wpływa
przede wszystkim przewidywany w ciągu roku czas pracy pompy ciepła oraz
charakter gruntu
 Tabela na stronie 6, wskazuje na możliwą do pozyskania ilość ciepła z sondy
gruntowej dla założeń, że:
o odstęp między sondami gruntowymi wynosi przynajmniej:
5 m (dla sond do 50 m głębokości)
7 m (dla sond 50-70 m głębokości),
9 m (dla sond 70-120 m głębokości)
o kolektor wykonany jako sonda gruntowa w postaci podwójnej U-rurki
o maksymalna głębokość sondy gruntowej wynosi ok. 120 m
o podane wartości mogą się wahać w pewnych granicach w zależności
od stopnia popękania gruntu, jego zwietrzenia, itp.
o podane wartości opierają się na założeniu, że współczynnik
efektywności pompy ciepła COP wynosi 4
5

6. Wydajność gruntu w zależności od rodzaju
i zakładnego czasu pracy pompy ciepła
 Jaką wydajność można uzyskać z sondy gruntowej?
Pozyskiwana jednostkowa moc chłodnicza (W/m)
w zależności od zakładanego czasu pracy pompy ciepła
Właściwości gruntu dla 1800 h/rok dla 2400 h/rok
Suchy grunt 25 W/m 20 W/m
Normalny grunt nasycony wodą 60 W/m 50 W/m
Normalny grunt – wartość średnia 50 W/m 40 W/m
Suchy żwir, piasek < 25 W/m < 20 W/m
Wodonośny żwir, piasek 65÷80 W/m 55÷65 W/m
Wilgotne gliny, iły 35÷50 W/m 30÷40 W/m
Wapień 55÷70 W/m 45÷60 W/m
Piaskowiec 65÷80 W/m 55÷65 W/m
Granit 65÷80 W/m 55÷70 W/m
Bazalt 40÷65 W/m 35÷55 W/m
Gnejs 70÷85 W/m 60÷70 W/m
Źródło: Wytyczne projektowe firmy Vaillant
6

7. Zwiększenie zapotrzebowania energii oraz
czasu pracy pompy ciepła na podgrzew CWU
 Podgrzewanie ciepłej wody użytkowej, stanowi szczególnie w budynkach
niskoenergetycznych i pasywnych znaczący udział rocznych całkowitych potrzeb
ciepła. Należy uwzględniać w sposób precyzyjny zwiększenie potrzeb energii
oraz czasu pracy pompy ciepła, w zależności od oczekiwań użytkowników
względem komfortu ciepłej wody użytkowej:
Dzienna Ilość CWU Ilość energii Czas pracy
przy temperaturze 45oC pierwotnej pompy ciepła
40 l/os.d 600 kWh/os.rok 80 h/os.rok
60 l/os.d 900 kWh/os.rok 120 h/os.rok
80 l/os.d 1200 kWh/os.rok 160 h/os.rok
100 l/os.d 1500 kWh/os.rok 200 h/os.rok
120 l/os.d 1800 kWh/os.rok 240 h/os.rok
Źródło: Wytyczne projektowe firmy Vaillant
7

8. Czas pracy pompy ciepła w trybie grzewczym
i wspólnie z podgrzewaniem wody użytkowej
 Czas pracy pompy ciepła uzależniony jest od jej przeznaczenia. W przypadku
pracy tylko dla pokrycia potrzeb cieplnych budynku, zakłada się pracę przez
1800 godzin rocznie. Dla łącznych potrzeb ogrzewania budynku i podgrzewania
ciepłej wody użytkowej, czas pracy pompy ciepła jest zakładany na 2400 h/rok.
 Wydłużenie pracy pompy ciepła, wpływa na zmniejszenie wydajności ciepła
możliwego do pozyskania z sond pionowych (strona 6) o około 15÷20%.
1800 h/rok
ogrzewanie
2400 h/rok
ogrzewanie + ciepła woda użytkowa
Źródło: Wytyczne projektowe firmy Vaillant
8

9. Zwiększenie mocy grzewczej pompy ciepła
dla podgrzewania wody użytkowej CWU
 Zwiększenie mocy grzewczej pompy ciepła musi uwzględniać podgrzewanie
ciepłej wody użytkowej, a współczynnik zwiększający jest zależny od dziennego
zużycia dziennej wody użytkowej na osobę:
Dzienna Ilość CWU Współczynnik
przy temperaturze 45oC zwiększający
40 l/os.d 0,25 kW/os.
80 l/os.d 0,50 kW/os.
120 l/os.d 0,75 kW/os.
 Moc grzewcza pompy ciepła obejmuje więc zapotrzebowanie ciepła na cele
grzewcze budynku oraz podgrzewanie ciepłej wody użytkowej CWU.
Źródło: Wytyczne projektowe firmy Vaillant
9

10. Przykład doboru sondy gruntowej (1/5)
 PRZYKŁAD: dobór sondy gruntowej dla budynku jednorodzinnego.
Charakterystyka budynku:
 Nowobudowany wolnostojący dom jednorodzinny
 Powierzchnia ogrzewania: 160 m2
 Standard niskoenergetyczny: 30 W/m2
 Maksymalne zapotrzebowanie ciepła
dla celów grzewczych budynku QCO: 4,8 kW
 Instalacja ogrzewania podłogowego: 35/30 oC
 Liczba mieszkańców: 4
 Temperatura ciepłej wody użytkowej: 45oC
 Dzienne zużycie ciepłej wody użytkowej: 80 l/os.d
 Typ gruntu: piaskowiec
 Temperatura solanki: zakładana 5oC
10

11. Przykład doboru sondy gruntowej (2/5)
 PRZYKŁAD: dobór sondy gruntowej dla budynku jednorodzinnego.
KROK 1:
Określenie wymaganej mocy grzewczej pompy ciepła Q:
= maksymalne zapotrzebowanie ciepła budynku dla celów ogrzewania QCO
+ zwiększenie mocy ze względu na podgrzewanie ciepłej wody użytkowej QCWU
Q = 𝑄 𝐶𝑂 + 𝑄 𝐶𝑊𝑈 = 4,8 + 4 × 0,5 = 6,8 𝑘𝑊
11

12. Przykład doboru sondy gruntowej (3/5)
 PRZYKŁAD: dobór sondy gruntowej dla budynku jednorodzinnego.
KROK 2:
Określenie mocy chłodniczej pompy ciepła QCH:
= moc grzewcza pompy ciepła pomniejszona o moc grzewczą dostarczaną
przez sprężarkę, dla założenia, że współczynnik efektywności COP = 4
𝑄 𝐶𝐻 = 𝑄 − 𝑄 − 0,25 × 𝑄 = 6,8 − (6,8 − 0,25 × 6,8) = 5,1 𝑘𝑊
Moc chłodnicza określa rzeczywistą moc grzewczą, jaką pompa ciepła
musi odebrać z otoczenia, np. z gruntu poprzez sondy pionowe.
Moc grzewcza pompy ciepła = moc chłodnicza + moc z pracy sprężarki
12

13. Przykład doboru sondy gruntowej (4/5)
 PRZYKŁAD: dobór sondy gruntowej dla budynku jednorodzinnego.
KROK 3: wybór pompy ciepła z nomogramu charakterystyki
Moc (kW)
Moc
grzewcza
Moc Nomogram dla pompy
chłodnicza ciepła geoTHERM
o mocy grzewczej 6,1 kW
dla punktu B0/W35
Energia
elektryczna
THV – temperatura
zasilania instalacji
Temperatura solanki (oC) grzewczej
13

14. Przykład doboru sondy gruntowej (5/5)
 PRZYKŁAD: dobór sondy gruntowej dla budynku jednorodzinnego.
KROK 4:
Określenie długości sondy gruntowej L dla wymaganej
mocy chłodniczej pompy ciepła QCH:
𝑄 𝐶𝐻 5100 𝑊
𝐿= = = 85 𝑚
𝑞𝑔 60 𝑊/𝑚
Długość sondy L dobierana jest dla mocy chłodniczej 5,1 kW (5100 W).
Dla piaskowca, przy zakładanym czasie pracy pompy ciepła na poziomie
2400 godzin rocznie, wydajność ciepła przyjęto qg = 60 W/m.
14

15. Warunki regeneracji cieplnej
dla sond gruntowych
 Dobór sond gruntowych musi uwzględniać warunki dla jej regeneracji cieplnej.
Z jednej strony zasoby ciepła dla sond gruntowych są znacznie większe niż dla
płytko ułożonego kolektora poziomego, ale z drugiej strony – utrudniony dopływ
ciepła pochodzącego wprost z energii promieniowania słonecznego, wydłuża
okres regeneracji głębszych warstw gruntu wokół sondy gruntowej.
 Długość sond gruntowych dla odbioru określonej mocy chłodniczej, musi być
dostosowana nie tylko do rodzaju gruntu, ale również do zakładanego rocznie
czasu pracy pompy ciepła. Długość sond gruntowych dla krótszej pracy (1800 h),
może by mniejsza przeciętnie o 15÷20 % niż dla pracy wydłużonej (2400 h).
 Aby poprawić warunki regeneracji sond gruntowych możliwych jest kilka
rozwiązań, które można także zastosować, gdy powierzchnia działki nie pozwala
na wykonanie kilku odwiertów. Możliwe jest np.:
 1) zastosowanie instalacji solarnej
 2) zastosowanie chłodzenia naturalnego
 3) zastosowanie dodatkowego źródła ciepła
15

16. W jaki sposób można skrócić roczny
czas pracy pompy ciepła
 Jeżeli warunki techniczne, albo inne względy nie pozwalają na zastosowanie
odpowiedniej długości odwiertów dla pompy ciepła, to należy podjąć działania
dla skrócenia rocznego czasu pracy pompy ciepła. Można to osiągnąć
przykładowo poprzez zastosowanie:
o kotła grzewczego, o instalacji solarnej, o pompy ciepła CWU
jako szczytowego źródła odciążającej pracę odciążającej pracę
ciepła odciążającego pompy ciepła dla pompy ciepła dla
pompę ciepła w pracy podgrzewania ciepłej podgrzewania ciepłej
na cele ogrzewania domu wody użytkowej wody użytkowej
16

17. Sondy gruntowe dla pracy pompy ciepła
w trybie ogrzewania i chłodzenia budynku
 Pompy ciepła Vaillant geoTHERM exclusive są standardowo wyposażone
w funkcję chłodzenia pasywnego, dzięki czemu korzystając z naturalnego chłodu
gruntu, mogą szczególnie niskim kosztem, schładzać pomieszczenia budynku
mieszkalnego. Wykorzystuje się wówczas istniejące ogrzewanie płaszczyznowe
(najczęściej podłogowe) lub układ wentylacji mechanicznej budynku.
 Temperatura głębszych
warstw gruntu na
poziomie średnio 8÷12oC,
zapewnia wystarczający
potencjał dla naturalnego
chłodzenia budynku.
17

18. Wpływ niedowymiarowania sondy gruntowej
na wieloletnią eksploatację pompy ciepła
 Prawidłowo dobrane
odwierty dla pompy ciepła 4oC
zapewniają stabilne
warunki pracy dla pompy 3oC
ciepła. Temperatura
wyjściowa solanki z sond 2oC
gruntowych nie powinna
spaść poniżej 0oC w całym Temperatura [oC]
1oC
okresie eksploatacji pompy
ciepła. 0oC
-1oC
-2oC
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Lata eksploatacji sond gruntowych
Źródło: Leitfaden Erdwärme, Bundesverband Wärmepumpe (BWP) e.V., 2011
18

19. Podstawowe zalecenia wykonawcze (1/2)
 Sondy pionowe najkorzystniej jest
wykonywać równolegle na etapie budowy
stanu surowego budynku, przed
ostatecznych zagospodarowaniem
terenu.
 Należy zabezpieczyć odpowiednie
miejsce dla dojazdu i manewrowania
wiertnicy, a także uwzględnić dostęp
do zasilania 3x 400 V oraz dostęp
do wody niezbędnej dla potrzeb prac
wiertniczych
19

20. Podstawowe zalecenia wykonawcze (2/2)
 Orientacyjnie wymagana szerokość dojazdu dla wiertnicy:
o przynajmniej 1,5 m dla wiertnic osadzonych na małych pojazdach gąsienicowych
o przynajmniej 2,5 m dla wiertnic osadzonych na samochodach ciężarowych
 Zapotrzebowanie na miejsce
dla wiertnicy, ewentualnie
również dla stawu lub wanny na
płuczkę i na pozostałe materiały:
o przynajmniej 6 m x 5 m dla wiertnic
osadzonych na małych pojazdach
gąsienicowych
o przynajmniej 8 m x 5 m dla wiertnic
osadzonych na samochodach
ciężarowych
20

21. Odwierty w budynkach nowych
oraz modernizowanych
 Zaletą dla odwiertów (sond pionowych), jest możliwość ich zastosowania także
przy ograniczonej powierzchni posesji domu, dla której wykonanie poziomego
kolektora gruntowego nie było by możliwe. Dzięki temu odwierty można stosować
zarówno dla budynków nowych, jak i modernizowanych >>> przykłady…
Prace przy budynku nowym Prace przy budynku modernizowanym
Źródło: erdbohr.de
21

22. Ogrzewanie
Kotły gazowe
Chłodzenie Kotły olejowe
Pompy ciepła
Energia odnawialna
Kolektory słoneczne
Systemy wentylacji
www.eko-blog.pl www.vaillant.pl