Uproszczony schemat działania pompy ciepła.
• Glikol płynący w wężownicy, odbiera energię cieplną z gruntu.
• W parowniku podgrzany czynnik obiegu dolnego źródła oddaje ciepło zimnemu czynnikowi chłodniczemu obiegu wewnętrznego pompy ciepła. Czynnik chłodniczy podgrzewa się i odparowuje, stając się gazem.
• Gaz zostaje sprężony przez sprężarkę. Wytworzone w tym procesie ciepło jest przekazywane w skraplaczu do systemu instalacji centralnego ogrzewania budynku.
• Skroplony gaz po przejściu przez zawór rozprężny obniża swoje ciśnienie oraz temperaturę i przepływa do parownika, gdzie ponownie odbiera ciepło od czynnika obiegu dolnego źródła i proces zaczyna się ponownie.
Istotne znaczenie dolnego źródła zasilania:
Sondy gruntowe ze względu na stałą i dosyć wysoką temperaturę są najlepszym źródłem energetycznym dla pomp ciepła. Uzyskiwana temperatura zasilania jest stała i osiąga temperaturę 6-8°C (spotyka się przypadki, że dochodzi do 12°C). Uzysk energetyczny waha się w granicach 40-50W/mb odwiertu.
Jaka powinna być długość pojedyńczego odwiertu?
Pierwsze 5m w okresie zimy należy traktować jako stratę energetyczną. Średnia temperatura zasilania pompy ciepła w okresie sezonu grzewczego wynosi ok. 6-7oC. Ponieważ temperatura gruntu do 5m głębokości nie przekracza 6oC następuje utrata energii. Kolejne ok. 10m jest regionem neutralnym. Ponieważ temperatury zasilania pompy ciepła i gruntu są na podobnym poziomie, nie następuje wymiana energii (ciepła). Przyjmuje się, że od ok 14 m następuje pobór energii. Ograniczeniem głębokości dla odwiertów na poziomie 125 m nie są ograniczenia techniczne, a raczej fakt, iż dla stosowanych rur PE oporu przepływu znacznie wzrastają dla długości powyżej 250 mb (125x2). Wiercenie głębiej okupione byłoby nadmiernym zużyciem energii elektrycznej pomp obiegowych. Z kolei decydując się na odwierty np. 60 m należy pamiętać, że 25% takiego odwiertu jest wydatkiem nie przynoszącym żadnych korzyści energetycznych.
Odległość między odwiertami
Odległości zachowane pomiędzy odwiertami powinny być, jeżeli to możliwie, jak największe. Dzięki temu oddziaływanie pomiędzy poszczególnymi odwiertami i wychładzanie gruntu zostanie ograniczone do minimum. Im większy jest odstęp między odwiertami, tym wychłodzenie dolnego źródła jest mniejsze. Optymalny odstęp między odwiertami wynosi 10-15m, a minimalny 6-8 m. W przypadku gdy niemożliwe jest zachowanie odstępów większych niż sugerowane powyżej, należy wykonać głębsze odwierty. W odwiertach głębszych o około 30% możliwe jest uzyskanie temperatury glikolu na wyjściu z dolnego źródła o temperaturze podobnej do układu z pojedynczą sondą. Odstęp pomiędzy odwiertami ma wpływ na wydajność systemu i na regenerację gruntu.