Pompa ciepła korzystająca z gruntu jako dolnego źródła ciepła, powoduje obniżanie jej temperatury. Szczególnie długi zimny sezon grzewczy, a także początek użytkowania nowego domu, może powodować wydłużenie pracy pompy ciepła i nadmierne schłodzenie dolnego ciepła. Aby doszło to jego pełnej tzw. regeneracji cieplnej, muszą występować korzystne warunki eksploatacyjne. Przede wszystkim należy prawidłowo dobrać dolne źródło ciepła. Dodatkowo regenerację cieplną wspomaga chłodzenie pasywne budynku i wyłączenie pompy ciepła z pracy poza sezonem grzewczym wskutek podgrzewania wody użytkowej np. przez instalację solarną.

1. Regeneracja dolnego źródła ciepła
 Temperatury robocze dolnych gruntowych źródeł ciepła – w praktyce
 Korzystne warunki dla regeneracji dolnego gruntowego źródła ciepła
 Właściwy dobór i warunki eksploatacji dolnego gruntowego źródła ciepła
Wydanie 1/2015
31.12.2015
www.eko-blog.pl www.vaillant.pl

2. 2
Ciepło gruntu – podstawa funkcjonowania
pompy ciepła typu solanka/woda
 Pompa ciepła typu solanka/woda wykorzystuje ciepło zawarte w gruncie, odbierając je
przez dolne źródło ciepła, którym może być poziomy kolektor gruntowy lub sondy pionowe.
W zależności od doboru i warunków eksploatacji, czas pracy gruntowej pompy ciepła wynosi
zazwyczaj od 1400 do 1800 godzin rocznie. Maksymalnie zakłada się czas pracy do 2400
godzin na rok. Temperatura gruntu obniża się systematycznie w czasie trwania okresu
grzewczego, a spadek temperatury będzie tym większy im dłuższy będzie czas pracy
pompy ciepła. Wysokie znaczenie odgrywa przy tym rodzaj gruntu i jego wilgotność,
wpływające na przewodność i pojemność cieplną.
Kolektor poziomy Sonda pionowa

3. 3
Grunt – magazyn ciepła o ograniczonym
potencjale energetycznym
 Grunt stanowi magazyn ciepła, ale nie jest to potencjał
nieograniczony. Podczas pracy pompy ciepła temperatura
gruntu obniża się zależnie od jego właściwości oraz czasu
trwania poboru ciepła. Obniżona temperatura gruntu nie
powraca w krótkim czasie do swojego pierwotnego poziomu.
Tak zwana regeneracja cieplna gruntu wymaga zapewnienia
sprzyjających warunków i odpowiednio długiego czasu
wyłączenia lub ograniczenia pracy dolnego źródła ciepła
po zakończeniu sezonu ogrzewania budynku.
 Bardzo rzadko stosowanym ze względów technicznych
i ekonomicznych rozwiązaniem, jest dostarczanie ciepła do
dolnego źródła ciepła w celu jego magazynowania na potrzeby
sezonu grzewczego. Idealnie przebiegający proces regeneracji
cieplnej powinien zapewnić taką samą temperaturę dolnego
źródła u progu sezonu grzewczego, jak rok wcześniej. Pewnym
rodzajem dostarczania ciepła do dolnego źródła ciepła jest
chłodzenie pasywne budynku, gdzie ciepło z budynku jest
oddawane przez solankę do gruntu.

4. 4
Skąd dolne źródło ciepła czerpie ciepło?
Lato Zima
Strefa
sezonowa
Strefa
neutralna
Gradient
temperatury
Źródło: Leitfaden Erdwärme. BWP 2011
~1000 W/m2
~0,040,12 W/m2
 W gruncie można wyróżnić 3 strefy pod
względem zmienności temperatury: do
głębokości około 1525 metrów w strefie
sezonowej następuje silna zmienność
temperatury zależnie od pory roku, niżej
w strefie neutralnej temperatura jest stabilna
i niezależna od pory roku, a od około 80100
metrów, temperatura wzrasta o około
3 stopnie na każde 100 metrów głębokości.
 Ciepło gromadzone w gruncie do ok. 100
metrów głębokości, niemal w całości jest
wynikiem oddziaływania promieniowania
słonecznego i przenikania wody. Niewielka
ilość ciepła oddawana z głębi Ziemi jest
zauważalna dopiero na większej głębokości
- poniżej 100 metrów.

5. 5
Zmienność temperatury gruntu w zależności
od pory roku i głębokości
0oC 5oC 10oC 15oC 20oC
0
5
10
15
100
150
Głębokośćgruntu(m)
 Temperatura gruntu do głębokości
rzędu 20 metrów (± 5 m) zmienia się
w zależności od pory roku. Na niższej
głębokości pozostaje niezależna od
warunków zewnętrznych.
 Jak intepretować wykres? Przykładowo
w lutym na głębokości 1 m, temperatura
wynosi ok. 45 oC (punkt ), a na 5 m
głębokości już ok. 1011 oC ( ).
Dla sierpnia temperatura na głębokości
1 m wynosi ok. 15 oC ( ), itd.
 Sondy pionowe pracują w strefie
bardziej stabilnej temperatury niż kolektor
poziomy sytuowany płytko w gruncie.
 Od ok. 100 metrów w dół, temperatura
gruntu wzrasta o ok. 23 stopnie na
każde 100 metrów głębokości.
1
2
3
1
2
3

6. 6
 Regeneracja cieplna dolnego źródła może być niepełna, w sytuacji chłodnej zimy, czy też
wydłużonego czasu trwania sezonu grzewczego. W przykładzie nr 1 temperatura z sond
u progu sezonu grzewczego (IX.90) była niższa niż rok
wcześniej na początku sezonu w X.89. Widoczny spadek
temperatury sond w X.90 wskazuje na rozpoczęcie nowego
sezonu grzewczego i wzrost obciążenia cieplnego gruntu.
0 5 10 15 20 25
18
16
14
12
10
8
6
4
2
Średnia temperatura miesięczna powietrza (oC)
Temperatura
wsondzie(oC)
1989/90
Przebieg zmian temperatury w sondzie
pionowej – przykład 1
Podstawowe dane budynku:
 Rok budowy: 1985
 Lokalizacja: Baden (CH)
 Powierzchnia: 150 m2
 Wskaźnik: 100 kWh/m2rok
 Ogrzewanie podłogowe
 Sezon grzewczy: ~ 200 dni/rok
 Pompa ciepła: 11 kW
 Moc chłodnicza: 7 kW
 Czas pracy: 12701660 h/rok
 Sondy pionowe: 2 60 m
 Rozstaw sond: 10 m
Pełne
dane
>>>

7. 7
Przebieg zmian temperatury w sondzie
pionowej – przykład 2
-5 0 5 10 15 20
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
Średnia temperatura miesięczna powietrza (oC)
Temperatura
wsondzie(oC)
1986/87
 Temperatura zasilania z sond pionowych obniża się wraz z rosnącym obciążeniem
cieplnym gruntu w trakcie trwania sezonu grzewczego (początek w X.86). Od lutego (II.87),
gdy średnia temperatura zewnętrzna wzrasta, a obciążenie cieplne gruntu zmniejsza się,
temperatura z sond podwyższa się stale aż do końca sezonu grzewczego (IV.87). Następnie
do września (IX.87) pompa ciepła pozostaje wyłączona (nie pracuje na wodę użytkową)
i trwa dalsza regeneracja cieplna dolnego źródła.
 Temperatura z sond
u progu sezonu grzewczego
w IX.87 jest niemal
identyczna jak rok wcześniej
w X.86 – nastąpiła więc
pełna regeneracja cieplna
dolnego źródła ciepła.
UWAGA: pomiar temperatury zasilania
z sond pionowych realizowany po 1 h
pracy pompy obiegu solanki.

8. 8
 Temperatura gruntu w obrębie sond pionowych obniża się w kolejnych latach użytkowania
pompy ciepła. Sezon grzewczy trwa w Polsce nawet do 8 miesięcy w ciągu roku, a do tego
dochodzi często całoroczna praca pompy ciepła na potrzeby wody użytkowej. Regeneracja
cieplna dolnego źródła ciepła po sezonie grzewczym zwykle nie jest w stanie przywrócić
temperatury gruntu do identycznego poziomu jak na początku sezonu grzewczego.
Trwałe obniżenie temperatury gruntu przy
wieloletniej eksploatacji pompy ciepła
0 10 20 30 40 50 60
0,5
0,0
-0,5
-1,0
-1,5
-2,0
Czas (lata)
Zmianatemperatury(K)
Okres eksploatacji 30 lat Wyłączenie z eksploatacji
 Zmiana temperatury gruntu
w okresie 30 lat pracy dolnego
źródła pracy i po zakończeniu
jego eksploatacji. Trwały spadek
temperatury jest szacowany na
około 1,52,0 stopnia w ciągu
2030 lat.
 Wartości dla sondy pionowej
o długości 100 m, na głębokości
50 m, w odległości 1 m od sondy.

9. 9
 Trwałe obniżenie temperatury dolnego źródła ciepła w kolejnych latach eksploatacji pompy
ciepła może spowodować, że temperatura zasilania solanki (na wyjściu z sond pionowych)
może być okresowo niższa niż 0 oC. Jest to istotne z punktu widzenia doboru pompy ciepła,
dla której przyjmuje się standardowo punkt
pracy np. B0/W35 lub B0/W45 (B – brine,
solanka. W – water, woda grzewcza).
Optymalny dobór sond pionowych
- poglądowa idea prawidłowego doboru
Lata eksploatacji sond gruntowych
Temperaturasondy[oC]
Źródło: Leitfaden Erdwärme, Bundesverband Wärmepumpe (BWP) e.V., 2011
 Długość i ilość sond pionowych powinna
być dobrana optymalnie z uwzględnieniem
także kosztów inwestycji. Trwałość sond
określa się zwykle szacunkowo na 50 lat
i przy idealnym doborze, temperatura 0 oC
mogła by trwale występować dopiero po
takim okresie eksploatacji. Jest to ogólne
przybliżenie problematyki, gdyż rzeczywiste
zmiany temperatur zależą od szeregu
czynników związanych z warunkami
eksploatacji dolnego źródła ciepła.

10. 10
 Pompa ciepła o mocy grzewczej 10,9 kW w „nominalnym” punkcie pracy B0/W35 (solanka
na wejściu do pompy ciepła 0 oC / woda na zasilaniu instalacji grzewczej 35 oC), uzyskuje
efektywność COP = 4,9. Przy obniżeniu temperatury solanki do -2 oC, moc grzewcza pompy
ciepła obniży się do 9,9 kW. O niższym poborze ciepła z dolnego źródła ciepła świadczy
niższa moc chłodnicza pompy ciepła. Pobór mocy elektrycznej w punkcie B-2/W35 będzie
niemal taki sam jak w punkcie B0/W35. Efektywność pracy pompy ciepła w punkcie
B-2/W35 obniży się z 4,9 do 4,5 (spadek o ok. 8%). Czas pracy pompy ciepła może ulec
wydłużeniu (potrzeby budynku), co dodatkowo przy niższej efektywności podniesie koszty
eksploatacyjne.
Wpływ temperatury zasilania solanki
na parametry pracy pompy ciepła
-5 -2 0 5 10
0
kW
5
15
10,9 kW (B0/W35)
9,9 kW (B-2/W35)
Temperatura solanki (zasilanie), oC

11. 11
Czynniki sprzyjające prawidłowej regeneracji
cieplnej dolnego źródła ciepła
 Pełna regeneracja cieplna dolnego źródła ciepła będzie następować przy starannym
prawidłowym doborze całości systemu – ogrzewania budynku, właściwej mocy grzewczej
pompy ciepła oraz odpowiedniej do potrzeb wielkości dolnego źródła ciepła.
 Proces regeneracji cieplnej dolnego źródła ciepła będzie także korzystniejszy, gdy
zastosowane zostanie:
Chłodzenie pasywne
Podgrzewanie wody użytkowej
przez instalację solarną
 Oddawanie ciepła odebranego z budynku do
dolnego źródła ciepła, przyspiesza wzrost jego
temperatury poza sezonem grzewczym,
a efektywność COP pompy ciepła może wzrosnąć
o około 23% w skali całego roku.
 Podgrzewanie wody użytkowej po sezonie
grzewczym przez inne źródło ciepła (np. instalację
solarną), skraca czas pracy pompy ciepła,
odciążając dolne źródło ciepła i zapewniając
szybszy wzrost jego temperatury.

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