Tepelné čerpadlá sa v posledných rokoch tešia veľkej obľube ako súčasť vykurovacích systémov. Ide o mimoriadne ekologický spôsob vykurovania, ktorý práve z rovnakého dôvodu dotuje aj štát. Ak sa rozhodnete pre kúpu tepelného čerpadla, môžete požiadať a získať finančnú podporu od štátu, takže kúpa tepelného čerpadla vás vyjde oveľa lacnejšie. Ďalším veľmi dôležitým faktorom sú ďalšie náklady na vykurovanie, náklady späté s vykurovaním tepelným čerpadlom sú presvedčivo najnižšie zo všetkých. V uvedenom prípade máte vlastný zdroj vykurovania, čiže nie ste viazaní napr. na dodávateľa plynu alebo iného paliva.
Tento článok sa zameriava na hlbinné vrty pre tepelné čerpadlá, ich cenu, postup realizácie a ďalšie dôležité aspekty.
Princíp funkcie tepelného čerpadla
Princípom funkcie tepelného čerpadla je pomocou kompresie vygenerovať teplotu 35 - 75 °C z pracovného média o teplote 4 - 12 °C. Z fyzikálneho princípu tepelného čerpadla je zrejmé, že zariadenie, ktoré odoberá teplo zo zdroja s konštantnou teplotou má vyššiu účinnosť ako zariadenie pracujúce s premenlivým primárnym zdrojom tepla, práve preto tepelné čerpadlá systému zem/voda a voda/voda využívajú geotermálnu energiu a dosahujú vysoké výkonové číslo COP až 5,0.
Typy tepelných čerpadiel a hlbinné vrty
Existuje niekoľko typov tepelných čerpadiel:
- Tepelné čerpadlo zem-voda, ktoré využíva geotermálnu energiu zeme.
- Tepelné čerpadlo vzduch-voda, ktoré využíva energiu vzduchu. Pri systéme vzduch-voda zariadenie odoberá energiu zo vzduchu, preto pri jeho inštalácii nemusíme rozkopať polovicu pozemku, ani investovať do nákladného vrtu.
- Tepelné čerpadlo voda-voda, ktoré využíva teplo vody.
Pri tepelných čerpadlách voda-voda a zem-voda sú potrebné hlbinné vrty. Pretože voda je niekoľko metrov pod zemou a k povrchu vystupuje len ojedinele - iba v prípade silných dažďov - je potrebné sa k nej dostať hlbinným vrtom.
Prečítajte si tiež: Využitie tepelných čerpadiel
Hlbinné vrty pre tepelné čerpadlá zem-voda
Tepelné čerpadlo zem-voda je možné realizovať dvoma spôsobmi:
- Povrchový kolektor: Inštaluje sa len pár metrov pod zem, ale po veľmi veľkej ploche, kde potom tráva zvyčajne menej rastie a stromy a kríky sa tam kvôli koreňom nedajú vôbec vysádzať. Keďže ide o veľmi veľkú plochu, ktorá je pre vegetáciu otázna, väčšina užívateľov sa radšej rozhodne pre systém tepelného čerpadla zem-voda s geosondou.
- Geosonda (Hlbinný vrt): Pri tomto spôsobe prevedenia dodávateľ pripraví vrt hlboký niekoľko desiatok metrov, kam následne vloží geosondu, ktorá sa najviac podobá extrémne dlhej a úzkej kapsule.
Hĺbka vrtu pre geosondu
Pri tomto type tepelného čerpadla je vo vašom záujme, aby geosonda siahala čo najhlbšie - čím hlbšie bude, tým viac tepla sa dá využiť, pretože teplo sa ľahšie zadržiava v hlbších vrstvách. Je dôležité, aby hĺbku vrtu pre geosondu určil odborník, ktorý vypočíta optimálnu hĺbku podľa miesta a typu pôdy tak, aby geosonda mohla využiť čo najviac geotermálnej energie, a zároveň, aby náklady na hlbinné vrty boli racionálne a opodstatnené. Neexistuje žiadna norma, ako hlboko je potrebné vŕtať, pretože všetky parametre sa líšia od miesta k miestu a závisia od mnohých faktorov. Veľa závisí od zloženia pôdy - v kamenistej a extrémne tvrdej pôde je oveľa ťažšie vŕtať extrémne hlboko v porovnaní s mäkkou a kyprou pôdou. Vrt pre geosondu sa preto pohybuje medzi 50 m a 150 m a môže dosiahnuť až 300 m, aj keď pre potreby rodinných domov je to skôr výnimka ako pravidlo.
Hlbinné vrty pre tepelné čerpadlá voda-voda
Hĺbka vrtu pre tepelné čerpadlo voda-voda nie je taká veľká ako pri tepelnom čerpadle zem-voda. Zvyčajne kolektorové potrubie alebo sonda siahajú niekoľko desiatok metrov pod povrch, ale to sa líši od miesta k miestu, keďže hladina podzemnej vody nie je všade rovnaká.
Tepelné čerpadlá voda-voda, ako z názvu vyplýva, používajú ako zdroj nízkopotenciálneho tepla vonkajšieho prostredia práve podzemnú vodu zo studní.
- kopaná studňa - patrí medzi základné typy studní a realizácia spočíva vo výkopovej práci a osadení betónových skruží na jej vystuženie (stien). Spravidla tieto studne sa používajú pri vysokej hladine podzemnej vody cca od 3-4m. Maximálna hĺbka je limitované geologickým podložím pričom ale platí, že tento typ studne sa realizuje tam, kde je spodná voda vysoko. Vo všeobecnosti neodporúčame kopať hlbšie ako 6-7 metrov. Dôležité je najmä aplikovať betónové skruže na výstuž, dobre odkaliť studňu a pravidelné čistenie aspoň raz za rok.
- vŕtaná studňa - pre tepelné čerpadlo voda-voda je to najvhodnejší typ studne. Vystačí si s užším priemerom (+110mm) a je možné vŕtať podstatne hlbšie vďaka vrtným súpravám, ktoré sú na to ustrojené a technicky vybavené. Hĺbka však závisí od geologického zloženia zeme a predpokladanej hĺbky spodnej vody. Práve väčšia hĺbka zabezpečí vyššiu kvalitu vody a jej podstatne vyššiu výdatnosť (v litroch za sekundu) a dotekanie. Do vrtu sa ukladá celonerezové ponorné čerpadlo, ľudovo nazývané „ponorka“, ktoré čerpá podzemnú vodu zo studne na povrch a do domu. Po navŕtaní vrtu odporúčame vrt dobre odkaliť a odpieskovať. Samotné vŕtanie prebieha na 2 etapy.
- narážaná studňa - patrí medzi jednoduchý typ studne a realizuje sa narážaním úzkych oceľových čerpacích tyčí s hrotom na konci, ktoré sa narážajú do zeme cez trojnožku. Hĺbka je rovnako zväčša do cca 10 metrov. Na povrchu sa osadí samonasávacie čerpadlo pre čerpanie vody. Pre tepelné čerpadlo však tento typ neodporúčame, nakoľko spôsob čerpania vody nie je technicky vhodný pre spoluprácu s tepelným čerpadlom.
Rozhodnutie medzi kopanou alebo vŕtanou studňou závisí najmä od hydrogeologických podmienok, dostupnosti a výdatnosti podzemnej vody. Ak to však podmienky dovoľujú, napr. vhodný terén na prístup vrtnej súpravy, lepšou voľbou je vŕtaná studňa. Ponorné čerpadlo odporúčame s frekvenčným meničom výkonu, nakoľko samotná regulácia tepelného čerpadla dáva pokyn ponornému čerpadlu na aktuálny požadovaný výkon a prietok vody pre primárny okruh.
Prečítajte si tiež: Výhody Tepelných Čerpadiel Austria Email
Povolenia a dokumentácia pre hlbinné vrty
Hlbinné vrty sa považujú za veľký zásah do prírody či terénu, preto je potrebné pred začatím prác najskôr získať príslušné súhlasy. Taktiež je potrebné vykonať geologický, resp. hydrogeologický prieskum a získať odborný posudok polohy a vlastností pôdy, na ktorej sa budú vrty vykonávať. Požadovaná dokumentácia a typy potrebných povolení sa inak líšia v závislosti od účelu vrtu.
Povolenie na realizáciu hlbinných vrtov je potrebné získať v prípade, ak bude vrt dosahovať hĺbku viac ako 30 metrov. V chránenej vodnej oblasti sa však musí získať v každom prípade povolenie na vŕtanie a povolenie na používanie vody na prevádzku tepelného čerpadla. Postup zvyčajne trvá dobrý mesiac a cena závisí najmä od toho, čo potrebujete, teda od náročnosti dokumentácie.
Studňa je podľa stavebného a vodného zákona považovaná za vodnú stavbu, pre ktorú je potrebné mať vopred vydané stavebné povolenie s následnou kolaudáciou. Problematiku studní upravuje stavebný a najmä vodný zákon č. 364/2004 Z. z., konkrétne §6 a §21 v novelizovaných podobách. Z pohľadu tohto zákona je teda studňa malá vodná stavba a vyžaduje si platné stavebné povolenie pred jej realizáciou. Projektovú dokumentáciu na studňu pre tepelné čerpadlo voda-voda Vám vypracuje projektant na vodné stavby. Na vypracovanie zjednodušenej projektovej dokumentácie bude projektant vodnej stavby potrebovať "Záverečný posudok z hydrogeologického prieskumu", ktorý Vám vypracuje hydrogeológ. požadovanú výdatnosť vrtu v l/sek. Od dodávateľa technológie tepelného čerpadla potrebuje projektant vodnej stavby informácie o použitom ponornom čerpadle (napr. technický list) a odhad čerpaného množstva vody za rok v m3. Z projektovej dokumentácie situačný plán pozemku, kde je zakreslená stavba. 2x projektová dokumentácia vodnej stavby podľa STN 75 5115 vypracovaná oprávnenou osobou t.j. Na základe vykonaného vodoprávneho konania (úrad skontroluje splnenie administratívnych povinností) orgán štátnej vodnej správy s pôsobnosťou stavebného úradu (obec) podľa § 26 ods. 3 vodného zákona vydá rozhodnutie o povolení vodnej stavby podľa § 26 ods. 1 zákona.
Spôsob vŕtania
Spôsob vŕtania závisí od lokality, kde sa bude vŕtanie vykonávať a na čo bude vrt slúžiť. Vŕtanie v tvrdom, skalnatom teréne trvá dlhšie a vyžaduje si viac práce, čo spôsobí, že náklady na vŕtanie budú o niečo vyššie ako keby sme vŕtali v mäkšej pôde. Ak sa v bezprostrednej blízkosti vrtu nachádzajú objekty, zhotoviteľ musí použiť špeciálny postup vŕtania, pri ktorom sa súčasne používa preventár, ktorý zabráni vysypaniu výkopového zemného materiálu smerom k susedovi, keďže ho nakladá priamo do kolektora.
V súčasnej dobe hĺbime vrty pre tepelné čerpadlá s priemerom do 152 mm. Na záver sa do vrtu aplikuje bentonitová zmes. Táto zmes stabilizuje vrt , bráni prepojenie rôznych hladín podzemnej vody a zlepšuje odber tepelnej energie z hornín. Práce vykonávame, závitovkovým vrtákom(špirálovým), valivým dlátom s výplachom alebo technológiou rotačného príklepu vrtnou súpravou KB 13 na pásovom podvozku za použitia oceľových hrubostenných pažníc, ktoré umožnia dosiahnuť hlbšie uložené skalnaté podložia.
Prečítajte si tiež: Samsung 12kW - parametre vnútornej jednotky
Čistenie a údržba vrtov
Studne a vrty sa môžu v dôsledku mnohých faktorov znečistiť a upchať. Najčastejšou príčinou poškodenia alebo znečistenia vrtov a geosond je agresívna chemická a biologická štruktúra podzemnej vody, nesprávne vybudované vrty a výkon čerpadla. Že niečo nie je v poriadku s vrtom alebo geosondou naznačuje kalná a špinavá hnedosivá voda zmiešaná s pieskom vytekajúca na povrch. Nasvedčuje tomu aj horšia prevádzka čerpadla a menšie množstvo čerpanej vody pri odbere podzemnej vody.
Vo vyššie uvedených prípadoch je potrebné okamžite konať. Vrt musí byť riadne vyčistený, sanovaný a je potrebné skontrolovať, či nie je poškodená geosonda. Spoločnosti (firmy) ponúkajú čistenie studní a vrtov až do 1800 m, čo je viac než dosť pre potreby každého tepelného čerpadla. Čistenie sa zvyčajne vykonáva mechanicky nástrojom, ak je to potrebné, používajú sa rôzne chemické prípravky na odstránenie baktérií a mikroorganizmov.
Cena hlbinného vrtu pre tepelné čerpadlo
Cena za meter hlbinného vrtu s osadením rúry závisí od rôznych faktorov, najmä od účelu, na ktorý sa vrt bude používať. Cena pri vodnom vrte závisí od požadovaného množstva čerpania vody, pretože od neho závisí veľkosť priemeru vrtu a osadenej rúry, do ktorej môžeme inštalovať ponorné čerpadlo určitého priemeru a výkonu.
Faktory ovplyvňujúce cenu:
- Typ vrtu: Vrty pre tepelné čerpadlá zem-voda (geosondy) môžu byť drahšie ako vrty pre tepelné čerpadlá voda-voda kvôli väčšej hĺbke.
- Geologické podmienky: Vŕtanie v skalnatom teréne je náročnejšie a drahšie.
- Hĺbka vrtu: Čím hlbší vrt, tým vyššia cena.
- Použitý materiál: Kvalitné materiály (rúry, geosondy) zvyšujú cenu.
- Dostupnosť lokality: Sťažený prístup pre vrtnú techniku môže cenu navýšiť.
- Potrebné povolenia a dokumentácia: Náklady na geologický prieskum a získanie povolení.
- Konkurencia firiem: Ceny sa môžu líšiť v závislosti od lokálnych firiem.
Geotermálny vrt ako zdroj energie pre tepelné čerpadlo zem-voda
Hlbinný vrt je ideálny zdroj energie pre tepelné čerpadlo zem - voda. Má celoročne stabilnú teplotu cca 9 °C, čo zabezpečuje vysokú účinnosť aj počas nízkej exteriérovej teploty. Hlbinné vrty majú minimálne požiadavky na plochu pozemku. Prenos tepla medzi podložím a tepelným čerpadlom typu zem-voda zabezpečuje teplonosná kvapalina, ktorá prúdi v potrubiach uložených vo vrtoch. Hĺbka vrtu sa obvykle pohybuje od 80 do 180 m v závislosti od podložia a energetickej potreby stavby. Tieto TČ pracujú s priemerným ročným vykurovacím faktorom 3 - 5,5. Pre rodinný dom obvykle postačuje jeden vrt /väčšie objekty dva a viac vrtov/. Medzi prednosti patrí celoročná stála teplota zdroja (približne 9 °C), nezávislosť od vonkajšej teploty, stabilný výkon, vysoká účinnosť aj pri extrémne nízkych teplotách.
Injektovanie vrtu
K injektáži vrtu slúži injekčné potrubie, ktoré je zavádzané spolu so sondou do vrtu. Týmto potrubím sa tlakom vypĺňa vrt odspodu. Rovnako ako pri plošnom kolektore v uzatvorenom systéme cirkuluje teplonosná kvapalina (nemrznúca zmes s ochrannými prísadami). Po realizácii tlakovej skúšky sa hadice zalejú cement-bentonitom, aby bol dosiahnutý ideálny prenos tepla.
Vystrojenie vrtu
Geotermálny kolektor (osadený hlbinný vrt) je prakticky najdôležitejšou časťou inštalácie tepelného čerpadla typu zem-voda. Vystrojenie musí mať tlakovú odolnosť minimálne 16 barov (PN 16). Teplota pôdy cca 20 m pod zemským povrchom dosahuje stálu teplotu okolo 10 °C. Táto teplota ďalej narastá o 1 °C približne každých 30 metrov. Väčšina vrtov pre získavanie geotermálneho tepla má hĺbku do 150m. Vo väčšej hĺbke je síce vyššia teplota horniny, ale hĺbkou stúpajú náklady na inštaláciu (cena vrtu a vystrojenie). Injektovanie vrtu pre tepelné čerpadlá zaistí kontakt podložia s teplonosnou časťou vrtu.
Tepelné čerpadlá: Investícia do budúcnosti
Tepelné čerpadlá sú zariadenia technologicky náročné, stavané najmä na dlhodobú, bezobslužnú, bezpečnú a efektívnu prevádzku so životnosťou minimálne 25 rokov. V porovnaní s konvenčnými vykurovacími zariadeniami môže byť cena vstupnej investície vyššia. Pre minimalizáciu druhotných nákladov je optimálne sa rozhodnúť pre zdroj vykurovaniu už v štádiu prípravy stavby.
Tepelné čerpadlá využívajú dostupné teplo zo vzduchu, zeme alebo vody. Pri použití 1 kWh energie, najčastejšie vo forme elektriny na pohon kompresora, môže tepelné čerpadlo získať 2- až 6-násobok energie na vykurovanie, ohrev vody alebo chladenie. Napriek vyššej vstupnej investícii sa táto pri správne „osedlanej” technológii vráti, v najlepšom prípade pri náhrade vykurovania elektrinou už do päť rokov.
Dôležité parametre pri výbere tepelného čerpadla
Pri výbere tepelného čerpadla sa zaujímajte o dva parametre, ktoré naznačujú účinnosť zariadenia, teda ako efektívne premieňa spotrebovanú energiu na dodávané teplo.
- Koeficient účinnosti (COP): Pomer výstupného tepelného výkonu k energetickému príkonu na vstupe. COP udáva každý výrobca v katalógu, no nemožno ho porovnávať bez poznania podmienok, za akých bolo stanovené.
- Sezónny koeficient účinnosti (SCOP): Pomer tepla, ktoré čerpadlo v priebehu jedného roka dodáva, a energie, ktorú spotrebuje. SCOP zohľadňuje celoročnú prevádzku a tiež klimatickú oblasť, kde je tepelné čerpadlo inštalované. Je kľúčovým parametrom systému, pretože pri hodnotení dosiahnutých reálnych výsledkov a návratnosti investície záleží na celkovej energetickej a nákladovej bilancii.