Instalace zemního kolektoru

Tepelná čerpadla země-voda odebírají nízkopotencionální teplo okolnímu prostředí, podloží, uzavřeným systémem horizontálních nebo vertikálních primárních okruhů. Primární okruh je zpravidla naplněn nemrznoucí směsí na bázi lihu. Systém zemních kolektorů je oblíbený pro svoji výslednou jednoduchost, minimum pohyblivých částí a především stále konstantních teplotních zisků, bez velkých výkyvů, které jsou pro vnitřní kompresorovou jednotku ideální v závislosti na dlouholetém provozu bez omezení.

Plošný nebo vertikální kolektor?

U tepelných čerpadel země-voda musí být kladen důraz nejenom na výběr samotného stroje, ale také na ty části, které pro práci, správný chod stroje získávají potřebné teplo. Je nutné si uvědomit, že primární okruh země/voda je část systému tepelného čerpadla, která se nedá vůbec, nebo jen s obtížemi opravit. Proto je nutné, aby veškeré části, které jsou v provozu několik desítek let, byly z kvalitních materiálů, a tedy i faktor pasivní bezpečnosti co možná nejvyšší. S tímto je spojená pochopitelně i kvalitní montáž. Jedinou nevýhodou systému tepelných čerpadel země/voda jsou zemní práce, které jsou s jeho instalací velice úzce spjaty. Pro čerpání tepla ze země potřebujeme buď zemní plošný kolektor (někdy též označovaný jako horizontální kolektor), nebo geotermální vrty (zde se můžeme setkat i s označením vertikální kolektor).

Prvně jmenovaný zdroj tepla vyžaduje rozsáhlé zemní práce, resp. dlouhé výkopy. Ty se ovšem dají pořídit poměrně levně v porovnání s geotermálními vrty. Podmínky pro volbu kolektorů jsou dány především geologickou situací a dále umístěním budovy v zástavbě. U nových domů, které se staví na zelené louce a mají k dispozici dostatečný prostor, se jeví zemní plošné kolektory jako dobrou volbou. V případě, že není dostatečná plocha pro plošné kolektory, je na místě volba kolektoru vertikálního. Geotermální vrty se upřednostňují v kompaktních horninách, které nevyžadují pažení.

Zemní plošný kolektor

V praxi je nejméně náročný na realizaci a finance. Pro povolení stačí ohláška na stavební úřad. Podmínkou je dostatečně velký pozemek v okolí budovy, který nebude dále upravován (stavby, komunikace). V případech, kde není dostatečný prostor pro zemní plošný kolektor nebo potřebný výkon tepelného čerpadla bude vyšší, je vhodnější realizovat geotermální vertikální sondy. Technologicky se pracuje s energií slunce, která se v letním období ve formě tepla akumuluje do vrchních vrstev země. Tuto akumulovanou energii tepelným čerpadlem průběžně odebereme pro ohřev teplé vody a vytápění objektu.

Odběr tepla
Podloží	Možný odběr
Podloží	pro 1 800 hodin provozu	pro 2 400 hodin provozu
Suchá nesoudržná hornina	10 W / m²	8 W / m²
Zvodnělé štěrky a písky	20 - 30 W / m²	16 - 24 W / m²
Protékající spodní voda, štěrky a písky	40 W / m²	32 W / m²

Směrné hodnoty pro návrh zemního plošného kolektoru.

Obecně je třeba u plošného kolektoru zohlednit, že může být zanedbán geotermický proud tepla (0,1 W/m2). Plošný kolektor využívá proud tepla, který přichází shora a je přijímán svrchní vrstvou země nad ním, z přímé nebo nepřímé sluneční energie (záření, déšť atd.). Tím jsou při instalaci a plánování rozhodující nejen termické vlastnosti půdy, ale i poloha místa a jejího okolí. Z těchto stručně uvedených důvodů nesmějí být kolektory zemního tepla zakryty.

Uložení zemního kolektoru

Kolektor je vyroben z polyethylenového potrubí, které se klade do výkopů v nezámrzné hloubce, v našich geografických podmínkách se doporučuje hloubka 1,2 – 1,5 m. Při dimenzování je především důležitá plošná výměra zemního kolektoru více jak systém položení a vzdálenosti jednotlivých smyček. Doporučená ideální délka jednotlivých okruhů je pro snížení tlakových ztrát 100 až 200 m. Potrubí smyčky se sdružují ve venkovní jímce, kde jsou umístěné rozdělovače, sběrače média s možností uzavření jednotlivých smyček, odvzdušnění, případně regulace průtoku.

Ukázky uložení kolektoru

1 – spirálové uložení kolektoru do lokalit kde je prostorové omezení pro pokládku
2 – uložení do meandru ideálně rozloží čerpání energie, kdy je nejstudenější potrubí ohříváno nejteplejším (ideální v případě skrývky)
3 – klasické uložení potrubí, které rovnoměrně čerpá energii z plochy

Jednotlivá vedení kolektoru, nebo páteřní vedení od sběrné jímky, smí křížit ostatní vedení, jako je kanalizace, dešťové svody, přípoje řadu, pouze v případě izolování obou těchto vedení. Teplota v kolektoru může ke konci topného období klesnout pod bod mrazu a chladem tak ovlivnit i funkčnost těchto přípojek! Izolace nesmí být nasákavá vodou (doporučuje se syntetický kaučuk). Chránit izolaci před destrukcí musí odolná chránička PVC nebo jiná ochrana před destrukcí. Další bezpečnostní vzdálenost je 1,5 m od základů budov. Je-li nutné vedení studeného okruhu v blízkosti objektů, musí se izolovat viz. popis výše. Izolované musí být také prostupy (průchodky) do objektu, kde se zajistí těsnost proti vodě. Používané dimenze potrubí d 25, 32 a 40 mm zabezpečí při dané rychlosti média ideální přenosovou plochu vztaženou na objem v potrubí. V zásadě platí, že čím horší je kvalita (tepelná kapacita, tepelná vodivost) podloží, do kterého se potrubí ukládá, tím více potrubí se do země ukládá. Vytvoří se tak výkonnější chladič.

Instalace plošného kolektoru a její další zásady

Podle vlastnosti a druhu půdy kolísá výkon tepla získaný ze země mezi 8 – 32 W/m2 při 2 400 provozních hodinách tepelného čerpadla za rok. Přiřazení možného výkonu je možné zcela laicky z tabulky. Tabulka platí pro tepelného čerpadla pracující v monovalentním provozu, tzn. že výkon tepelného čerpadla pokrývá celou potřebu tepla bez dotopového zdroje tepla. Sloupec provozních 1 800 hodin platí pro tepelná čerpadla pokrývající pouze potřebu vytápění objektu, požadavek na teplou vodu je pokryt jiným zdrojem tepla (solárními kolektory, elektrokotle, atd.). Sloupec 2 400 provozních hodin se vztahuje na většinu instalací, kde je použito tepelné čerpadlo jak na vytápění, tak na ohřev teplé vody. Výpočet, jakou plošnou výměru kolektor musí pro konkrétní aplikaci obsáhnout, je vhodné přenechat na odborné firmě nebo projektantovi.

Materiál hadice plošného kolektoru

Pro zemní plošný kolektor se doporučuje použít potrubí z vysokohustotního polyethylenu (HDPE), PE 100, nebo lépe PE 100+ pro pokládku do pískového lože. Kolektor aplikovaný do pískového lože v oblastech se zvodněním, nebo vyšší vlhkostí podloží je možný. V oblastech, kde je suché podloží, působí pískový obsyp spíše jako izolátor. Alternativou vhodnou pro pokládku bez pískového lože, jsou potrubí vyráběná z materiálu FAST PE-GT-RC. U tohoto materiálu jsou molekulové vazby provázány a odolávají i přímému dlouhodobému tlaku kamene na stěnu potrubí a nemusí se tedy pokládat do pískového lože.

Klasický výkop pro kolektor bagrem

Provádí se na šíři lžíce 0,6 – 0,8 m, do kterého se pokládá smyčka zemního kolektoru. Na jednu stranu výkopu jedna trasa, vracíme se zpět po druhé straně výkopu. Při výkopu další smyčky můžeme vytěženou zeminou zasypávat již hotovou část.

Drážky pro kolektor zemním rýhovačem

Tento způsob umožní uložit potrubí do drážky o šíře 10 – 15 cm která je provedená do konečné hloubky ukládky. Výhodou tohoto provedení je rychlost realizace. Není zde sesedání, jako u klasického výkopu bagrem. Sesedá si pouze drážka, která se po roce 1/2 – 1 roce dosype a provedou se konečné terénní úpravy. Omezení mohou nastat při nevhodném podloží, kdy je skalnaté, nebo obsahuje množství velkých kamenů, které řetěz rýhovače nevynese z drážky.