Gruntowy pionowy wymiennik ciepła to zamknięty układ rur polietylenowych, w którym krąży roztwór glikolu monoetylenowego lub propylenowego. W układzie tym przenoszone jest ciepło z gruntu do parownika pompy ciepła. Ten rodzaj wymiennika ma postać pojedynczej lub podwójnej U-rury umieszczonej w odwiercie.
Temperatura gruntu do głębokości 15-25 metrów ma wartość zbliżoną do średniej rocznej temperatury powietrza. W tej strefie na temperaturę gruntu (podlegającą znacznym wahaniom) największy wpływ mają:
- opady atmosferyczne
- promieniowanie słoneczne
- wypromieniowywanie ciepła z gruntu
Poniżej głębokości 25 metrów następuje wzrost temperatury gruntu ( od 1,5 do 3,0 st C na każde 100 metrów głębokości).
W chwili odbierania (przez wymiennik) ciepła z gruntu, w gruncie następuje zakłócenie naturalnego stanu równowagi cieplnej. Jego wyrównanie dokonuje się na drodze przewodzenia i konwekcji ciepła w gruncie.
Zdolność do przekazywania ciepła w gruncie zależy od:
- współczynnika przewodzenia ciepła gruntu
- współczynnika filtracji gruntu czyli szybkości przepływu wody w gruncie
Wyrównanie deficytu ciepła w instalacjach z wymiennikami pionowymi odbywa się dzięki energii promieniowania słonecznego i wód opadowych (w warstwie do 25 metrów głębokości) oraz dzięki ciepłu geotermalnemu (poniżej 25 metrów głębokości) – jest to więc źródło bardziej efektywne od wymienników poziomych.
Jak wynika z danych pionowe wymienniki ciepła stanowią największy procent wszystkich zainstalowanych wymienników gruntowych.
W trakcie wykonywania pionowego wymiennika gruntowego należy zwrócić uwagę na:
- minimalne odległości od
- granicy sąsiedniej posesji > 3,0 m
- fundamentów budynku > 1,5 m
- instalacji wodociągowych, kanalizacyjnych, elektrycznych, gazowych > 1,5 m
- koron drzew o głębokich korzeniach > 1,5 m
- minimalną głębokość posadowienia rur dobiegowych
- od 20 do 40 cm poniżej strefy przemarzania czyli 1,0 – 1,8 m
- minimalną odległości pomiędzy poszczególnymi sondami
- 6 m – dla sond o długości < 70 m
- 8 m – dla sond o długości 70 m – 100 m
Przed wykonaniem pionowych wymienników gruntowych niezbędne jest opracowanie projektu robót geologicznych lub planu ruchu zakładu górniczego (tabela poniżej)
Głębokość otworu wiertniczego (m) | Projekt robót geologicznych | Plan ruchu zakładu górniczego |
≤ 30 (poza obszarem górniczym) | Tak | Nie |
≤ 30 (na obszarze górniczym) | Tak | Nie |
≤ 100 (poza obszarem górniczym) | Tak | Nie |
≤ 100 (na obszarze górniczym) | Tak | Tak |
>100 (niezależnie od obszaru) | Tak | Tak |