Rozdíly v kvalitě a energetické výtěžnosti vrtů pro tepelná čerpadla.

Tradičním primárním zdrojem energie pro tepelná čerpadla jsou geotermální vertikální vrty. V ČR jsou vrty pro tepelná čerpadla nejrozšířenějším způsobem získávání geotermální nízkopotencionální energie. I přes svoji vyšší pořizovací cenu většinu investorů přesvědčí fakt, že jde o zdroj absolutně nezávislý na vlivu počasí. Další nespornou výhodou vrtů je možnost využít jejich konstantní teploty (8 - 12 °C) pro chlazení objektů v letním období. Chlazením také dodáváme vrtům vyšší tepelnou energii, která se zhodnocuje ve formě regenerace těchto vrtů pro zimní období. Vlastně můžeme hovořit o zajímavém ukládání tepelné energie k využití v zimních měsících.

Aby geotermální vrt byl zhotoven správně a z materiálů k tomu určených, sledují evropské normy a předpisy celé dílo. Dodržování kvalitativní úrovně je v prozatím na svědomí každé realizační firmy. Je tedy důležité, aby laik i odborník znal možnosti, které využívání vrtů pro jímání energie může přinášet. Rozdíly v provedení a ziskovosti vrtů jsou značné. Rozdíly hledejme v provedení a použitých materiálech.

Vystrojení vrtů pro tepelná čerpadla.

Pro výrobu vystrojení geotermálních vrtů se používají polyethyleny rozdílných kvalit a vývojových stupňů. Pro hodnotu díla (vrtné práce) je vhodné zvolit materiály co možná nejvyšší kvality. Při pouhém zamyšlení nad tím, že profesionální vystrojení vrtu tvoří 3% z ceny celého systému je jasné, že improvizace a nevhodná řešení jsou zbytečná.

Vrt pro tepelné čerpadlo je stavební dílo, které představuje vrtaný otvor a výstroj vrtu z potrubí, které tvoří uzavřený okruh. Samo potrubí představuje většinu použitého materiálu. Materiál pro výrobu potrubí volíme co možná nejvyšší kvality a odolnosti. Není tomu tak dávno, kdy se jako potrubní materiál pro vystrojování vrtů, používaly polyethyleny řady PE 63 (PE 40) označované jako PELD (low density - nízko hustotní). Používání nevhodných materiálů pro vrty, vedlo k řadě nehod a trvalým ztrátám tlaku. Doba pokročila a se vzrůstajícím počtem realizací TČ je nutné posunout také kvalitativní laťku. K tomuto posunu došlo v poslední době u většiny profesionálních vrtných společností. Jak jsem již zmínil v ČR není nástroj jak zajistit "kvalitní vrty" předpisem. Je tedy na dobrém úmyslu samotných realizátorů, aby jejich dílo splňovalo požadavky.

Jako nejvhodnější materiál do vrtů je označován vysokohustotní polyethylen PE 100, který se osvědčil pro svoje již dobré mechanické vlastnosti. Polyethylen PE 100 byl vyvinut především pro rozvody plynu, kde faktor bezpečnosti hraje velkou roli. Proto i materiály a používané technologie musí být na vysoké úrovni. Přesto i u materiálu PE 100 nemůžeme hovořit o materiálu zcela vhodném pro vystrojování geotermálních vrtů pro tepelná čerpadla. Tento polyethylen byl vyvinut pro zemní výkopové uložení a jednou z podmínek bezpečné instalace je pískový obsyp, ten ovšem nemůžeme zajistit u hloubených vrtů o délce až 150 m. Řešením jsou nová vystrojení do vrtů, u kterých je použit speciální polyethylen vyvinutý pro výrobu vystrojení vrtů. Tento požadavek splňuje materiál PC 100 RC (RC - Resistance to Crack), tyto polyethyleny se vyznačují až desetinásobně vyšší odolností než běžný PE 100! Pro jejich aplikace není nutný pískový obsyp, a proto můžeme hovořit o prvních materiálech opravdu určených a vhodných jako výstroj vrtů pro tepelná čerpadla. Použitím nových materiálů se minimalizuje poškození zaváděného vystrojení s vysokou hmotností o stěny vrtu. Podélné vrypy jsou častým defektem starších instalací mezi 5 - 7 rokem provozu.

Vystrojení tvoří uzavřený okruh potrubí, a aby bylo možno usměrnit tok média směrem vzhůru na 130 mm průměru vrtu, je u konce vystrojení použito vratné U koleno, velmi malá část se zásadním významem. Tento díl je prověřován celou dobu provozu systému. I tato část je sledována EU normou, kdy za vystrojení vrtu můžeme považovat celek, u jehož vratného U kolena je prokázána tlaková ztráta menší než 10 mbar při rychlosti průtoku 1 m/s. Zařízení s větší talkovou ztrátou nemůžou být považovaná za ekonomická a vhodná pro zařazení do systému s TČ. Vývoj vratných U kolen zahrnuje řadu modelů startujících na svařených blocích s frézovanou drážkou až po vývojově novější vyráběné technologií vstřikováním. Za vystrojení vrtu nemůžeme považovat potrubí s dodatečně přivařeným vratným U kolenem.
             

1 - Vystrojení vrtů pro tepelná čerpadla, GVS 4x32 se závažím
2 - Detail vratného U kolena, GVS 4x32
3 - Vvyústění sondy na povrch vrtu s redukcí počtu větví
       

Instalace vystrojení vrtů se musí provádět s použitím rozvíjecího zařízení, které je zpravidla vyzdviženo nad vrt a vystrojení se pomalu kontrolovaně zapouští do vrtu. Vystrojení se napouští vodou, aby se vyrovnal vztlak vody ve vrtu. Hmotnost připraveného vystrojení k zapouštění do vrtu překračuje 640 kg! Kontrolované zapouštění je nezbytností.

Spolu s vystrojením vrtu se mezi dva okruhy vkládá další "páté" potrubí, které je následně použito na tamponáž vrtu. Potrubím se tlakově vyplní vrt odspoda vzhůru (pokud to geologie dovolí) a tímto se zajistí vytlačení nežádoucího vzduchu, který by mařil přenos tepelné energie mezi vystrojením a horninou. Na samotné tamponování vrtů je známá řada názorů. Důležité je, že vrty pro TČ se v EU nesmějí provádět jinak! Důležitou roli hraje samotný materiál pro tamponáž. Je možné použít běžné směsi cementu vody a bentonitu, ale na trhu jsou již k dispozici speciální směsi se sníženým obsahem pórů, které výrazně ovlivňují tepelný přenos a zisk z vrtu. U provozovaného TČ vzroste topný faktor stroje z 3,5 na 3,8 až 4,0. To znamená 10 - 15% úspory energie. Můžeme tedy hovořit o investici do výplně vrtu s reálnou návratností.

Při zapouštění vystrojení do vrtu se postupně instalují vymezovací díly, které zajišťují souměrné uspořádání potrubí ve vrtu. U zavedené výstroje bez vymezovacích dílů dochází k tomu, že sedlé vystrojení a neuspořádané potrubí snižuje výkon vrtu o zarážejících 15%. Potrubí ve vrtu se bez vymezovacích dílů dotýká a nedochází tak k ideálnímu rozložení ploch pro přenos energie. Pro optimalizaci výkonu vrtu je nutná správná instalace dílů v rozestupech 2 m. Jedině tak je efekt zvýšeného zisku potvrzen. Znovu tedy můžeme konstatovat, že finance investované do doporučené konečné podoby vrtu mají svůj smysl.

Vymezovací díly do vrtu DIHA, stejně jako speciální injektážní směsi STÜWATHERM s vylepšenou tepelnou vodivostí, nejsou v současné době jako standard u vrtů pro tepelná čerpadla. Požadavek na jejich instalaci je nutné vždy dohodnout s vrtnou společností předem.

4 - Detail vymezovacího dílu mezi potrubím vystrojení vrtu
5 - Rozdíl ve vrtech s instalovaným vymezovacím dílem a bez něj
6 - Uspořádání potrubí ve vrtu bez vymezovacích dílů a s vymezovacími díly

Využití stavebních konstrukcí.

U novostaveb, které jsou realizovány na pilotách je možnost tyto využít jako energetický primární zdroj tepelného čerpadla. Instalace, kde se maximálně využijí stavební konstrukce se ukazují jako investičně zajímavé. Vzhledem k tomu, že se na většině rozsáhlejších stavebních konstrukcích piloty zhotovují, není materiálově ani investičně náročné využít piloty podobným způsobem jako geotermální vertikální sondy. Piloty a hmota mezi nimi slouží jako velký energetický zásobník. Uložená energie z letních tepelných přebytků klimatizace se využívá pro převedení tepelným čerpadlem na vyšší tepelnou úroveň k vytápění. Obzvláště u pilotů je důležité přesné dimenzování, aby nedošlo k poškození stavební konstrukce. Pokud výtěžnost pilot nedosahuje tepelné potřeby objektu, je možná kombinace se zemním plošným kolektorem nebo geotermálními vertikálními vrty.

Armatura energetické piloty

Další části systému.

Rozdělovače-sběrače jako část instalace TČ mají zatím snižovaný význam, který se bude ukazovat až s přibývajícím věkem instalací. Hned první servisy a výměny nemrznoucích kapalin po 5 - 10 letech vyselektují nevhodná řešení. Veškeré nevhodné instalované kulové kohouty se musí vyměnit, protože není možné jimi otáčet. V horších případech se musí řešit výměna celých setů rozdělovačů-sběračů, protože jednotlivé části jsou doslova slepeny! Výměna pouze jednotlivých částí je nereálná.

Pomocí rozdělovačů-sběračů musí být zajištěn kompletní servis, odvzdušnění a možnost regulace celého systému sond nebo kolektorů. Doporučená jsou různá provedení, ale praxe jednoznačně ukazuje, že nejvhodnější je umístit tyto části do venkovních jímek, kde není nutné drahé a pracné izolování těchto částí. Ve venkovních podmínkách se teprve ukazují výhody plastových rozdělovačů / sběračů v kombinaci s plastovou jímkou.

Plastový rozdělovač-sběrač pro primární okruh tepelného čerpadla.

Dynamický vývoj v oblasti tepelných čerpadel přispívá k celkovému zvyšování kvality, která povede alespoň částečné selekci neprofesionálních hráčů v oboru. Znalost problematiky tepelných čerpadel se u našich zákazníků zvyšuje a doba, kdy tepelné čerpadlo bude běžným systémem vytápění je již zde.