Zemné tepelné čerpadlo

Tam, kde na pozemku na stabilný zdroj spodnej vody nenarazíte, máte možnosť zabezpečiť prevádzku tepelného čerpadla pomocou vrtov.

Tam, kde pri vodnom tepelnom čerpadle omývala primárnu stranu čerpadla voda zo studne, v prípade vrtov zabezpečí ohrievanie čerpadla nemrznúca kvapalina, ktorá cirkuluje v potrubí zapustenom v suchom vrte.

Ako je možné, že kvapalina cirkulujúca vo vrtoch dokáže ohriať primárnu časť čerpadla a na akú teplotu dokážeme zohriať nemrznúcu zmes cirkulujúcu vo vrtoch?

Teplota zeme sa už po niekoľkých metroch pod zemou dostáva postupne na teplotu 10º C a pokiaľ nie je v podzemí nejaká tektonická porucha (puklina), je stabilná niekoľko sto metrov. Pre potreby tepelného čerpadla nám teploty okolo 10ºC postačujú. Vo vrte sú zapustené potrubia s priemerom 32 mm, ktoré tvoria v každom vrte dve slučky, v nich cirkuluje nemrznúca zmes. Primárna strana tepelného čerpadla túto zmes ochladzuje, lebo tá teplo odovzdá tepelnému čerpadlu. Ochladená zmes preteká v potrubí svoju cestu 100m smerom do zeme a následne sa 100m vracia naspäť k tepelnému čerpadlu, pri tejto ceste sa v podzemí od 10º C teplej pôdy ohreje a toto teplo môže opäť odovzdať tepelnému čerpadlu.

Pri dobre navrhnutej dĺžke vrtu sa teplota nemrznúcej kvapaliny pohybuje medzi + 7 ºC na vstupe a +4ºC na výstupe z čerpadla. Ak je dĺžka vrtu poddimenzovaná môže byť táto teplota aj nižšia, môže sa dostať aj na hodnoty -1ºC až -5 ºC. Teraz vieme prečo je potrebnou náplňou nemrznúca kvapalina. Čerpadlo bude funkčné aj pri mínusových teplotách, a magická nula, pri ktorej mrzne voda, činnosť tepelného čerpadla príliš neovplyvní, lebo freónová náplň zamŕza až pri -35º C a teda aj pri teplotách pod tzv. bodom mrazu je tepelné čerpadlo funkčné.

Pre čerpadlo sa vŕtajú vrty do hĺbky 100m a ich celková dĺžka závisí od potrebného množstva teple v dome(tepelná strata) a od potrebného výkonu tepelného čerpadla. To znamená, že potreba tepla v dome, výkon tepelného čerpadla a dĺžka vrtov musia byť spolu v perfektnej harmónii. Ak niektorý z týchto parametrov nebude navrhnutý správne, tak systém nebude spoľahlivo pracovať.

Najčastejším problémom býva často potrebný výkon teda množstvo tepla získaného z vrtu. Realizačné firmy, často pre svoju neskúsenosť poddimenzujú dĺžku vrtov v snahe znížiť náklady na realizáciu, neuvedomujú si ale čo takéto šetrenie spôsobí v prevádzke po niekoľkých rokoch.

Poddimenzovaný, teda kratší vrt s nedostatočnou dĺžkou zabudovaných potrubí spôsobuje to, že nemrznúca zmes sa pri prechode zemou nedokáže dostatočne ohriať a vracia sa z vrtu „teplá“ povedzme len -1⁰C, následne si tepelné čerpadlo odoberie množstvo tepla potrebné na jeho prevádzke a naspäť do vrtu sa vracia kvapalina ochladená na -4⁰C. Táto teplota podložia sa naviac počas vykurovacieho obdobia mení a na konci zimy môže byť tak nízka, že tepelné čerpadlo často vypadáva do poruchy preto, že teplota podložia sa tak počas vykurovacej sezóny znížila, že množstvo tepla nestačí na prevádzku tepelného čerpadla. Hovorí sa, že vrty premŕzajú.

Dĺžku (teda vlastne hĺbku vrtu) nám neurčuje projektant, ani realizačná firma, tú nám určí príroda tým aké podložie sa vytvorilo v minulosti na mieste, kde sa chystáte vyvŕtať v vrty pre tepelné čerpadlo. Kvalita podložia ovplyvňuje dĺžku vrtu preto, že nie každé podložie dokáže odovzdať kvapaline v potrubí maximálne množstvo tepla. Najlepšie sa vŕta kompaktná skala a má aj najlepšiu tepelnú výdatnosť(70W/m). Naopak najhoršie sú íly, piesky, sute , tie sa zle vŕtajú a majú aj malú výdatnosť (30-40W/m). To znamená, že keď v žule bude stačiť pre rodinný dom 150-200m vrtu, v hlinitej pôde to bude aj dvojnásobok.

Treba spomenúť ešte jednu možnosť, ako využiť teplo zeme pre ohrievanie primárnej časti tepelného čerpadla a to sú pôdne kolektory. Tu sa potrubia, kde sa zohrieva kvapalina nezasúvajú do 100 metrových vrtov, ale v hĺbke 1,5-2m sa plošne zakryjú zemou a dokážu z pôdu odoberať teplo, ktoré postačuje na ohrev kvapaliny. Princíp je rovnaký, potrebná je tak isto dostatočná dĺžka potrubí, nevýhodou je nárok na pomerne veľkú plochu pozemku. Pôdny kolektor potrebuje plochu niekoľko sto metrov štvorcových a na tejto ploche nemôže byť záhrada bez obmedzení. Možné premŕzanie pôdy neumožňuje pestovať na ploche nad kolektorom stromy a môže robiť problémy aj pri pestovaní bežných rastlín, dokonca aj trávnika.

V súčasnosti sa cena vrtu pohybuje v cenách cca 1500 Sk/m, čo znamená, že len samotné vrty pre tepelné čerpadlo sa budú pohybovať v rozmedzí 250 000 až 500 000 Sk. Pri zemnom tepelnom čerpadle, treba chápať hĺbkové vrty, ako investíciu pre viaceré generácie a z toho pohľadu sú vrty stabilným a spoľahlivým zdrojom tepla pre ohriatie primárnej časti vášho tepelného čerpadla. Takže za vyššie náklady dostanete stabilný zdroj na dlhé obdobie, ale len vtedy keď sú dobre nadimenzované.