Jak fungují zemní kolektory v praxi? Vše o kolektorech!

Jak fungují zemní kolektory v praxi? Vše o kolektorech!

V dubnu 2009 proběhl průzkum u dvaceti majitelů tepelných čerpadel IVT s plošnými kolektory. Cílem průzkumu bylo zjistit, jak se tyto zdroje tepla chovají na konci relativně studené zimy a zároveň zjistit, jak je to s rozšířenými mýty o vymražení země kolem kolektoru, ovlivnění vegetace, nutné letní odstávce kolektoru a případné devastaci zahrady.

Podmínky průzkumu

Dotazování uživatelů tepelného čerpadla probíhalo na přelomu března a dubna, kdy se nejnižší denní teploty pohybovaly v rozmezí -30C až +30C. Tomuto období předcházel leden, který byl o 1,20C chladnější než dlouhodobý normál a únor, který teplotně odpovídal dlouhodobému normálu. Funkce plošných kolektorů tedy byla ověřena po studenější zimě, než odpovídá dlouhodobému průměru. Všechny plošné kolektory zahrnuté do průzkumu, byly navrženy podle návrhového software společnosti Tepelná čerpadla IVT. Technické provedení bylo „skandinávské" tzn. dimenze potrubí 40 x 3,7, délka smyček až 300 m, rozteč mezi potrubím 1 m. Hloubka uložení se podle lokality pohybovala od 1,1 do 1,5 m.

Zjištěné výsledky

Průzkumem bylo zjištěno, že u 70 % zkoumaných plošných kolektorů se teplota na výstupu z kolektoru (tj. na vstupu do tepelného čerpadla), pohybovala na konci zimy v rozmezí od 0 do + 2,60C. Průměrná teplota na výstupu z kolektoru u všech sledovaných instalací pak byla + 1,30C. Průměrná teplota na výstupu z tepelného čerpadla do kolektoru byla - 1,70C.
Od průměru se výrazněji odchýlilo 30% instalací, z toho 15 % mělo vyšší teplotu než 2,60C a 15 % teplotu nižší než 00C. Nejvyšší výstupní teplotu +5,60C vykázal experimentální plošný kolektor, uložený v hloubce 2 m, který je ale zásobován i odpadním teplem z klimatizace domu. Nejde tedy čistě o plošný kolektor jako v ostatních případech a proto je i uložen hlouběji, než je u běžných kolektorů doporučeno. Nejhorší kolektor pracoval s výstupní teplotou - 1,50C. V tomto případě bylo podrobnějším zkoumáním příčin této odchylky zjištěno, že kolektor je ze zhruba poloviny uložen v písku a štěrku a je oproti návrhovému programu IVT o přibližně 15 % poddimenzován. V tomto případě ale nešlo o chybu projektanta, nebo dodavatele tepelného čerpadla. Viníkem byly hodně nestandardní geologické podmínky pozemku, kdy část pozemku měla normální hliněné podloží a část byla náplava štěrků a písků o které se dopředu nevědělo. Díky velikosti pozemku nebylo možné plochu kolektoru dodatečně zvětšit. Pozitivní je, že i při takto výrazném poddimenzování není teplota z kolektoru nějak kritická a tepelné čerpadlo pracuje jen s přibližně o 5 % nižším topným faktorem, než byl celkový průměr.

Jak fungují plošné kolektory na horách a naopak v teplejších oblastech?

Aby byly zohledněny oblasti s různou výpočtovou venkovní teplotou, byly do průzkumu zahrnuty i instalace v horách. Zdíkov (-180C, 750 m.n.m) a Borová Lada (-210C, 900 m.n.m) na Šumavě a tři instalace v Jizerských horách s výpočtovou teplotou -180C. U těchto instalací ležících v oblastech s extrémně nízkými teplotami, byla průměrná teplota z kolektoru +0,40C! Naopak, když ze zkoumaných instalací vybereme pouze kolektory ležící v teplejších oblastech s výpočtovou teplotou -120C, byla průměrná teplota na výstupu z kolektoru +2,70C.

Ovlivňuje zemní kolektor vegetaci na zahradě?

V průzkumu byly zařazeny instalace, které jsou v provozu 2 až 10 topných sezon. Součástí průzkumu byl i dotaz, zda kolektor nějak zásadně ovlivňuje stav zahrady. U všech dotazovaných provozovatelů k žádným zásadním negativním změnám nedošlo. U některých plošných kolektorů, došlo v prvních letech provozu k mírnému poklesu terénu nad výkopy, což je způsobeno nedostatečným zhutněním při zásypu výkopů. Další zjištěným jevem na více instalacích byla změna kvality a barvy trávy nad kolektorem, která je hustší a zelenější. Tento jev je způsoben větší vlhkostí v okolí trubek kolektoru, která trávě prospívá. Vlhkost vzniká postupným rozpouštěním ledu vytvořeného v průběhu zimy v okolí trubek. U několika instalací sledovali uživatelé, že nad kolektorem se drží na jaře sníh o jeden až dva dny déle než na okolních plochách.

Průzkum potvrdil skvělé fungování zemních kolektorů

Tento průzkum potvrdil zkušenosti a poznatky, které měli jeho autoři s více než 1 500 plošnými kolektory instalovanými za posledních 17 let v ČR podle metodiky IVT. Tepelná čerpadla s plošnými kolektory si v zimě zachovávají vysoký výkon a topný faktor jako čerpadla s vrty a v přechodných obdobích mají dokonce topný faktor výrazně lepší než u vrtů. Negativní jevy, jako zamrznutí kolektoru, nebo zásadní ovlivnění vegetace nad kolektorem se objevují pouze u instalací, kde nejsou dodrženy základní parametry kolektorů, jako je správná hloubka a velikost. Správně provedený zemní kolektor se nemůže nikdy vymrazit a je tou nejlepší volbou u objektů, kde je technicky možné zemní kolektor instalovat.

 

Proč se nemůže zemní kolektor vymrazit?

Zažitou mylnou představou je, že se v případě plošných kolektorů jedná o geotermální vytápění. Kolektor totiž odebírá ze země „pod sebou" pouhá 2 % energie, zbývajících 98 % odebere z vrstvy zeminy „nad sebou". Tam ale není geotermální teplo ze země, ale akumulovaná solární energie ze slunce. Plošný kolektor je tak v podstatě rozměrný sluneční kolektor s nízkou účinností, doplněný o obrovský „hliněný" akumulátor tepla s ročním cyklem nabíjení a vybíjení. Na 1 m2 povrchu země dopadne ročně asi 2000 kWh tepelné energie ze slunce, přitom plošný kolektor za rok ze stejné plochy odebere pouhých 40 až 70 kWh, což je jen 2,5 % z toho co mu slunce dodá. Po pochopení tohoto principu je tedy jasné, že dobře provedený plošný kolektor se nemůže ani v dlouhodobém horizontu energeticky vyčerpat, protože během léta vždy s bohatou rezervou 100% regeneruje. Zároveň je to i odpověď na „nucenou odstávku pro regeneraci" plošného kolektoru během léta. Žádná samozřejmě není potřebná, energie dodávaná v létě ze slunce je tak vysoká, že kolektor s rezervou zvládá zároveň svojí regeneraci i dodávku tepla pro ohřev teplé vody nebo třeba pro bazén.

Kde lze instalovat plošné kolektory

Kde lze instalovat plošné kolektory, vhodné materiály potrubí a systém pokládky

Výběr plochy pro kolektor

Při výběru plochy pro plošný kolektor je v prvé řadě nutné vyloučit plochy, kde se v budoucnu plánuje jakákoliv výstavba (bazén, garáž, atd.). Rovněž je nutno zvážit, zda bude možné v zemině jednoduše provádět výkopy. Komplikace mohou nastat v místech, kde je zemina s velkými kameny, skála či naopak písek. V případě velmi nepříznivých geologických podmínek, by mohla cena za provedení zemního kolektoru přesáhnout i cenu vrtů. Hadice se nesmí pokládat pod objekt nebo je vést podél základů. Médium v hadici může mít podnulovou teplotu a v případě namrznutí ledu na hadici může dojít k porušení stavebních konstrukcí, které jsou v blízkosti hadice. Z důvodů snadného odvzdušnění je výhodné, aby kolektor byl uložen v rovině nebo mírně z kopce (směrem od kotelny). V opačném případě je nutno instalovat na nejvyšších místech odvzdušnění.

Materiály potrubí

Pro zemní plošné kolektory se používá plastové potrubí o průměru 40 mm (HDPE 40 x 3,7). Lze použít jak běžné plastové potrubí odpovídající této specifikaci, nebo speciální potrubí určené pro zemní kolektory se zvýšenou odolností proti poškození, například GEROTherm FAST PE-GT-RC. Výhodou tohoto odolnějšího potrubí je možnost pokládky rovnou do zeminy bez nutnosti zásypu pískem. IVT doporučuje jako dodavatele potrubí a rozdělovačů pro primární okruhy společnost GEROTOP. 

Systém pokládky

Potrubí se pokládá do výkopů o rozteči 100 cm. V případě potřeby lze rozteč zmenšit na 80 cm. Hadice je uložena ve výkopu hlubokém 1,2 až 1,5 m. Šířka výkopu je libovolná a je závislá na charakteru zeminy a způsobu provedení výkopu. Většinou je postačující šířka 0,3 m. Zhotovení kolektoru je možno provést i kompletní skrývkou zeminy a následným zahrnutím. Tato technologie však není příliš vhodná díky vyšší ceně a používá se obvykle pouze v případech, kdy je kolektor umístěn pod navážkou. V případě, že zemina je kamenitá, obsypává se hadice pískem, aby nedošlo k jejímu poškození. Nad hadici doporučujeme před zasypáním položit signální folii nebo kabel (pro tzv. vypískání).

No Comments Yet.

leave a reply