A föld kollektoros hőszivattyúk fajtái

Földkollektoros rendszerekA hőszivattyús rendszerek közül a földkollektoros rendszerek üzemeltetési költsége nagyon alacsony (a víz víz hőszivattyúk még takarékosabbak), bár a beruházási költségük viszonylag magas, mégis valós alternatívát jelent a korszerű fűtésmegoldások között. A talajkollektoros rendszer hatékonysága meglehetősen magas (300 - 600%) és szinte állandó teljesítményt ad le, évszaktól függetlenül. A zárt rendszerű hőkinyerés egyik legnagyobb előnye a nyiltvizeshez képest, hogy elmarad a víz szűrése, estleges kezelése.
(A mostani blogbejegyzésben a földkollektoros megoldási lehetőségeket mutatjuk be, ha van személyes tapasztalata az olvasónknak, kérjük ossza meg velünk és az oldal látogatóival. Köszönjük.)


A föld kollektoros hőszivattyúk fajtái

  • talajkollektor
  • energiacölöp
  • energiakosár (földhő kosár)

Talajkollektoros hőszivattyú

Az első, amire készülni kell, hogy ehhez a rendszerhez viszonylag nagy terület szükséges!

Tény, hogy a talaj összegyűjti a Nap melegét és 1,2-1,4 méter mélység alatt egész évben viszonylag egyenletes, állandó hőmérséklet uralkodik kb 10 °C, ez a hőmérsékleti tartomány kiválóan alkalmas a vízszintesen telepített talajkollektorok számára.

Azt, hogy a víz-víz hőszivattyú gazdaságilag megéri a talajba épített csöves rendszerekkel együtt, az pontos számolás után eldönthető. (Itt egy 150 m2 területű “minta ház” példája, amely választ ad - a matematika nyelvén - a kérdésre.)

Talajkollektoros hőszivattyú méretezéseMint ökölszabály kijelenthető, hogy talajkollektoros rendszernél 1,5-2-szeres terület kell a fűtött területhez viszonyítva!

Követve a 150 m2-es “minta ház” példát, a szükséges terület 225-300 m2. Ekkora területen kell a kollektor csöveket elhelyezni (ennek módja több féle lehet), szigorúan betartva a csövek egymástól való távolságát

NA 20: 30 cm

NA 25: 50 cm

NA 32: 80 cm

DA 40: 120 cm

További biztonsági távolságok, amelyeket be kell tartani:
Vízvezeték: 1,5 m; Csatorna: 1 m; Épület: 1,2 m

Csőregiszter hőszivattyúhozHa nem rendelkezünk a szükséges hellyel, de még mindig a talajkollektoros rendszerhez ragaszkodik a megrendelő, akkor lehetőség van lényegesen mélyebb árok kialakítására, ahol a csövek egymás felett helyezkednek el. Ebben az esetben az árokmélység 3 m, szélessége 1,2 – 2,5 m, ahova a csöveket “rétegenként fektetjük. A csövek egymás feletti távolsága min. 50 cm.

Egy-egy csőregiszter hossza a talajkollektoros rendszernél 100 m-nél ne legyen több. Egy fogadó aknába rögzített osztó-gyűjtőhöz csatlakoztatva, innen már egy csőpár megy az épületen belül elhelyezett hőszivattyúhoz.

A talajkollektoros rendszernél (is) nagyon fontos tervező bevonása a hőszivattyú méretezéséhez (hány kW), és a szükséges terület, csőelosztás, stb. kiszámításához. Kivitelezés során a tervezői utasítás maradéktalan betartása szükséges.

Ugyanis az sem jó, ha túlméretezzük a hőszivattyús rendszer kültéri (kollektor) csővezetékeit, mert adott esetben túlhűtjük a talajt, amitől a csövek által elfoglalt mélységben elfagyhat a föld, ettől pl. az esővíz nem tud elszivárogni. Ezért szerencsés a megoldás, amikor nyáron hűteni kell a lakásunkat, mert ebben az esetben nyáron “felfűtjük” a kollektor területét.

Számolási segédlet, több évtizedes tapasztalat alapján:

Talaj Hőteljesítmény (W/m2)
  1800 óra/év 2400 óra/év
Száraz, laza 10 8
Nedves, kötött 25 20
Vízzel telt 40 32

 

    Csőhossz/árok
méterben
4-5
°C
5-7
°C
7-8
°C
8-11
°C
11-13
°C
13-15
°C
Vízszintes
kollektor
Spirális 10 menetes 10 23 12 11 10,5 10 10,5
6 csöves - spirális 6 men. 6 27 18 16 14 13 14
4 csöves - spirális 6 men. 4 30 19 17 16 15 16
2 csöves 2 40 30 26 24 22 24

Egy példa:

Hőszivattyú fűtőteljesítménye (B0/W35): 14,5 kW

Hőszivattyú elektromos áramfelvétele: 3,22 kW

Hőszivattyú hűtési teljesítménye (ennyit von el a talajtól): 11,28 kW

Ha a talaj: nedves, kötött

Üzemidő: 2400 óra/év

Kollektor csövek távolsága egymástól: 0,8 m

Számítási mód: 

11.280 / 20 = 564 m2 a minimális terület igénye a kollektoros rendszernek

564 m2 / 0,8 m = 705 m az ideális csőhossz, amiből következik, hogy 7 db 100 m hosszú kollektor cső adja a kollektorköröket.

Talajkollektor méretezése:

a WPF 10 hőszivattyú fűtőteljesítménye (0/35 °C) előremenő hőmérséklet esetén a hőszivattyú táblázaza szerint 9,9 kW, a kompresszor felvett teljesítménye 2,2 kW. Ezekből az ismeert adatokból kiszámítható a szükséges kollektorcső feltetési terület:

Qhűtés = 9,9 kW - ,2 kW = 7,7 kW

Talajterület:

A talaj qE = 25 W/m2 fajlagos hőkapacitása esetén a szükséges terület:

            Qhűtés
    A = -----------
              qE

Ahol az A felület = 7.700 W / 25 W/m2 = 308 m2

0,6 m csőtávolság esetén a szükséges csőhossz: 

L = 308 m2 / 0,6 m = 513 méter, ami 5 db 100 méteres huroknak felel meg.

Kollektor csövek aknábanKollektor csövekA csöveket 1,5 - 2 m mélységbe fektetik a csöveket. 100 méternél ne legyenek hosszabb csövek, a keringető szivattyú teljesítményét ne kelljen indokolatlanul megemelni.

Az egymástóli csőtávolságot befolyásolja a talaj minősége, 06 - 1 méter között szokás fektetni. Ebben az esetben a csövek körül kialakuló fagyás esetén nem fagy át teljes keresztmetszetében a talaj, így az eső és hólé el tud szivárogni a csövek között.

Új építés esetén a kollektorcsövek helyét a ház alapjaival, pincéjével egyidőben érdemes kialakítani. Meglevő épület esetén költség- és munka megtakarítás érdekében talajmaróval csak a csövek helyét kell kiemelni (tehát nem a teljes felületen).

FIGYELEM! A talaj hőforrásként való hasznosításához a talajba fektetett műanyag csőhálózatban hőhordozó közeg kering. A keverék a talajból kinyert hőt a hőszivattyúba vezeti. A kollektorokba töltött folyadéknak fagyállónak kell lennie. Nem jellemző a meghibásodás, a csövek sérülése, de a lyukadásból eredő kifolyás esetén nem szabad veszélyeztetnie a talajvizet. Ezért az etilénglikol bázisú oldat a megfelelő választás. Ez az anyag biztosítja pl. a hőszivattyú korrózióvédelmét is.


Energiakosár

Energiakosár:

Energiakosár? Hát az meg mi?

A hőszivattyús fűtés-hűtés közül a talajkollektoros rendszerek egyik hátrányának a nagy területű földmunkát szokták emlegetni. Valóban, a külső hőnyerő felület 2 – 2,5-szer nagyobb helyet foglal, mint a lakáson belüli padlófűtésé. És akkor még nem is beszéltünk róla, hogy azon a területen szó sem lehet róla, hogy árnyékot adó fákat lehessen ültetni. Ezeket a hátrányokat küszöböli ki (részben) az energiakosár.

Az  energiakosár (földhőkosár) kialakítása hasonló a spirálkollektoréhoz, annyi különbséggel, hogy a csőhurkok a talaj felé (felfelé) közeledve egyre nagyobb sugarúak. Ezzel az elrendezéssel ki lehet küszöbölni a spirálszonda hátrányát, amelynél a csőhurkok hatással vannak egymásra. Így a hőkihozatal egy energiakosár esetén jóval kedvezőbb, a kosármérettől függően 0,7-2 kW/kosár körülire tehető. A szükséges helyigény kisebb, mint egy spirálszondás vagy talajkollektoros rendszer esetében.

Az energiakosár telepítésénél fontos szempont, hogy a felső szondahurok fölé legalább 1 méter földnek kell kerülnie a biztonságos üzemelés érdekében. Az energiakosarakat munkagéppel előre kiásott gödörbe lehet elhelyezni, majd vagy Tichelmann-kötéssel, vagy szabályozószelepekkel egy osztó-gyűjtőre kötve lehet egyesíteni és a hőszivattyúra kötni. (A Tichelmann-elv azt jelenti, hogy valamennyi párhuzamosan kapcsolt kollektoron keresztül megtett utat vizsgálva, azonosak a csővezeték szakaszok hosszai és átmérői.)


Energiacölöp

Az  energiacölöp az épületek beton cölöp alapjaiba helyezett csőregiszter, kialakítását tekintve hasonló az energiakosárhoz. (A cölöpalapok nagyobb épületek és rossz talajviszonyok esetén alkalmazott alapozási technológia.)

EnergiacölöpAz energiaközvetítő csövek a cölöpök vas armatúrájához kerülnek rögzítésre, majd bebetonozásra. (Az armatúra egy vasbeton váz, amely a cölöpalapozás merevítését szolgálja.) A vasbetonnal van közvetlen érintkezésben a csőrendszer, melynek elég jó a hővezető képessége (1,4-1,6 W/m2K). Ez elősegíti a hőátvitelt a közvetítő folyadék (glikol), és a talaj között. Az elérhető hőkivétel a cölöpök egymáshoz képesti elrendezésétől, méretétől és mélységétől függően a 60-100 W/m fajlagos értékű.

A cölöpalapooknál használt energiacölöp gondos tervezést és kivitelezést igényel, a szerkezeti számítások mindig elsődleges fontosságúak a tervezés során. A cölöpök termikus outputját, amely szükséges a biztonságos szerkezeti alapokhoz, ki kell számítani, és ha szükséges, a további fűtési-hűtési kapacitást más, független fűtési rendszerrel kell ellátni.
Családi házak esetében a szerkezetileg szükséges cölöpök éppen hogy elegek egy monovalens hőszivattyús fűtéshez. Egy ház 10 kW fűtési igénnyel és 1500 hőszivattyús üzemórával kb. 20-26 db, egyenként 12 m hosszú cölöpöt igényel. Ebből is látható, hogy ez nem az olcsó fűtési kategóriába sorolható műszaki megoldás. (A számítási és informális segítség Ádám Béla és Kardos Ferenc Uraktól.)


 

A következőkről se maradjon le:

Top 5 hiba hőszivattyús beruházásnál

Talajszonda fúrás közbeni tapasztalatok