Eksperci branży grzewczej zgodnie stwierdzają: grunt to jedno z najbardziej stabilnych źródeł ciepła, na dodatek niezależne od warunków zewnętrznych. Niezależnie od tego, czy mamy gorące lato, czy może borykamy się z odśnieżaniem, w gruncie, na głębokości 1,5 - 5 m panuje stała temperatura, od 8 do 12°C. Poza tym tego rodzaju dolne źródło ciepła charakteryzuje się bardzo dobrymi parametrami eksploatacyjnymi.
Z gruntu
Jak działa gruntowa pompa ciepła? Zakumulowane w gruncie ciepło jest pozyskiwane i doprowadzane do pomieszczeń biurowca poprzez system grzewczy. Energia zostaje przekazana w parowniku czynnikowi roboczemu krążącemu w pompie ciepła. Czynnik roboczy ulega odparowaniu, dzięki czemu odbiera pewną ilość ciepła ze środowiska naturalnego. Kolejnym etapem jest sprężenie czynnika roboczego w sprężarce, gdzie wzrasta jego ciśnienie i temperatura. Następnie para czynnika zostaje skroplona w skraplaczu, po czym przekazuje swoje ciepło wodzie grzewczej zasilającej system c.o. (bądź w wodzie lub powietrzu – zależnie od zastosowanej instalacji dystrybucji ciepła po budynku).
Prawidłowe funkcjonowanie systemu uzależnione jest m.in. od prawidłowego dobrania mocy grzewczej urządzenia. Moc grzewcza pomp ciepła: od 1,7 do 2000 kW, pozwala wybrać odpowiednie urządzenie do niemal każdego budynku – podkreśla Krzysztof Gnyra, ekspert firmy Viessmann. Pompa może być jedynym źródłem ciepła lub współpracować z innymi, np. z kotłem gazowym, olejowym, czy na drewno. Łatwo zastosować takie ogrzewania zarówno do nowego, jak i modernizowanego budynku, a różne możliwości wsparcia finansowego pozwalają obniżyć koszty inwestycji.
Sondy lub kolektory
Ciepło z gruntu zostaje pozyskane za pomocą poziomych kolektorów lub pionowych sond gruntowych. To, jaki system powinniśmy zastosować, zależy przede wszystkim od rozmiarów i kształtu działki, na której planujemy budowę biurowca. W przypadku raczej ograniczonych rozmiarów i np. parkingu ulokowanego w kondygnacjach podziemnych budynku zamiast obok niego lepsza będzie sonda pionowa, zajmuje zdecydowanie mniejszą powierzchnię. Z drugiej strony przy dużych mocach i dużym zapotrzebowaniu na ciepło, z jakim mamy do czynienia w obiektach biurowych, poziome kolektory gruntowe są rzadkością z uwagi na wymaganą potężną powierzchnię ok. 30-50 mkw. na każdy kilowat mocy grzewczej pompy. W związku z tym częściej stosowane są sondy gruntowe, umieszczone w odwiertach o głębokości nawet do 200 m, mające lepszy uzysk ciepła oraz wymagające mniejszej powierzchni. Jeśli decyzja o ogrzewaniu za pomocą gruntowej pompy ciepła z sondami gruntowymi zostanie podjęta odpowiednio wcześnie, czyli jeszcze na etapie projektu, wtedy będzie możliwe wykonanie odwiertów pod płytą fundamentową, czyli „schowanie” ich pod budynkiem. Alternatywą dla sond są tzw. pale energetyczne – pale żelbetowe stosowane do stabilizacji gruntu, służące w tym przypadku jako odbiorniki ciepła z ziemi.
Nowoczesne urządzenia
W związku z dużym potencjałem, jaki tkwi w rynku gruntowych pomp ciepła, producenci wiele uwagi poświęcili usprawnieniu poszczególnych elementów urządzenia. W najnowszych modelach zastosowano m.in. zaawansowane technologicznie sprężarki spiralne umożliwiające osiągnięcie wysokich temperatur skraplania przy niskich temperaturach parowania. Coraz wyższe COP pomp ciepła uzyskuje się przez zastosowanie efektywniejszych sprężarek i dzięki optymalizacji układu chłodniczego, jak np.: asymetryczne wymienniki ciepła, wtrysk gorącego gazu – mówi Krzysztof Gnyra. Również automatyka daje wiele możliwości: pozwala połączyć pompę ciepła z instalacją fotowoltaiczną, dla maksymalnego wykorzystania darmowego prądu słonecznego na własne potrzeby; optymalizuje pracę pomp obiegowych dla maksymalnej efektywności pompy ciepła; pozwala na inteligentne sterowanie kaskadą pomp ciepła – stale kontroluje COP każdej pompy ciepła pracującej w kaskadzie i na tej podstawie optymalizuje jej pracę – kontynuuje.
Rozwijana jest także technika inwerterowa pozwalająca na dostosowanie parametrów pracy pompy do aktualnego zapotrzebowania na ciepło oraz mniejsze zużycie energii związane ze skróceniem czasu rozruchu i osiągnięciem pożądanej temperatury w możliwie krótkim czasie.
Ważny temat: chłodzenie
Pamiętajmy jednak o tym, że budynek biurowy jest wymagający nie tylko pod względem ogrzewania, ale również – skutecznego chłodzenia wnętrza. Chłodzenie z wykorzystaniem pompy ciepła odbywa się w sposób pasywny, naturalny (bazując na różnicy temperatury pomiędzy dolnym i górnym źródłem ciepła – proces przebiega tym skuteczniej, im ta różnica temperatur jest większa, szczególnie na początku sezonu letniego) lub aktywny, mechaniczny. Z drugiej strony zapotrzebowanie biurowca na chłód może być na tyle duże, że konieczne będzie zastosowanie bardziej zaawansowanej metody. W tego rodzaju realizacjach sprawdzą się przede wszystkim zasobniki lodu – rozwiązanie wdrażane przede wszystkim w Europie Zachodniej (w Polsce aktualnie powstaje pierwsza tego typu instalacja). Dolnym źródłem ciepła zamiast sondy gruntowej lub kolektorów jest tu zasobnik wody lodowej. Układ jest oparty o zakopany w gruncie „dzwon” betonowy, częściowo wypełniony wodą. W zanurzonej w niej wężownicy przepływa niezamarzający czynnik, odpowiadający za transport energii pozyskanej przez powietrzy absorber solarny (rodzaj kolektora słonecznego), zamontowany przy budynku.
Mimo iż inwestycja w gruntową pompę ciepła nie należy do najtańszych (tym bardziej, jeśli wliczymy w to koszt wykonania odwiertów), oznacza to w zasadzie darmową energię i stabilne źródło ciepła i chłodu. W przypadku wielkokubaturowych obiektów typu biurowce, czas zwrotu inwestycji nie będzie duży.