Istnieją cztery podstawowe typy systemów pętli uziemienia. Trzy z nich — poziomy, pionowy i staw/jezioro — to systemy z pętlą zamkniętą. Czwarty typ systemu to opcja z pętlą otwartą. O tym, które rozwiązanie będzie najlepsze dla danej lokalizacji, decyduje kilka czynników, takich jak klimat, warunki glebowe, dostępny grunt i lokalne koszty instalacji. Wszystkie te podejścia można zastosować w budynkach mieszkalnych i komercyjnych.
Systemy w pętli zamkniętej
Większość geotermalnych pomp ciepła z zamkniętym obiegiem pompuje roztwór zapobiegający zamarzaniu przez zamkniętą pętlę – zwykle wykonaną z rurki z tworzywa sztucznego o dużej gęstości – która jest zakopana w ziemi lub zanurzona w wodzie. Wymiana ciepła przenosi ciepło pomiędzy czynnikiem chłodniczym w pompie ciepła a roztworem niezamarzającym w obiegu zamkniętym.
Jeden typ układu z zamkniętą pętlą, zwany wymianą bezpośrednią, nie wykorzystuje wymiennika ciepła i zamiast tego pompuje czynnik chłodniczy przez miedzianą rurkę zakopaną w ziemi w konfiguracji poziomej lub pionowej. Systemy bezpośredniej wymiany wymagają większej sprężarki i najlepiej sprawdzają się na wilgotnych glebach (czasami wymagają dodatkowego nawadniania, aby utrzymać wilgotność gleby), ale należy unikać instalowania w glebach powodujących korozję rur miedzianych. Ponieważ w tych systemach czynnik chłodniczy krąży pod ziemią, lokalne przepisy dotyczące ochrony środowiska mogą zabraniać ich stosowania w niektórych lokalizacjach.
Poziomy
Ten typ instalacji jest na ogół najbardziej opłacalny w przypadku instalacji mieszkaniowych, szczególnie w przypadku nowych budynków, w których dostępna jest wystarczająca ilość terenu. Wymaga to rowów o głębokości co najmniej czterech stóp. Najpopularniejsze układy wykorzystują dwie rury, jedną zakopaną na głębokości sześciu stóp, a drugą na czterech stopach, lub dwie rury umieszczone obok siebie na głębokości pięciu stóp w ziemi w rowie o szerokości dwóch stóp. Metoda Slinky polegająca na owinięciu rury w pętlę pozwala na umieszczenie większej liczby rur w krótszym wykopie, co obniża koszty instalacji i umożliwia instalację poziomą w obszarach, których nie byłoby w przypadku konwencjonalnych aplikacje poziome.
Pionowy
W dużych budynkach komercyjnych i szkołach często stosuje się systemy pionowe, ponieważ powierzchnia wymagana dla pętli poziomych byłaby zbyt duża. Pętle pionowe stosuje się również tam, gdzie gleba jest zbyt płytka do wykonywania rowów, i minimalizują one zakłócanie istniejącego krajobrazu. W przypadku systemu pionowego otwory (o średnicy około czterech cali) wierci się w odległości około 20 stóp i na głębokość od 100 do 400 stóp. Dwie rury, połączone od dołu kolankiem w kształcie litery U, tworząc pętlę, wkłada się do otworu i spoinuje w celu poprawy wydajności. Pętle pionowe połączone są z rurą poziomą (tzw. kolektorem), umieszczoną w rowach i podłączone do pompy ciepła w budynku.
Staw/jezioro
Jeśli na terenie znajduje się odpowiedni zbiornik wodny, może to być najtańsza opcja. Rura doprowadzająca prowadzona jest pod ziemią od budynku do wody i zwinięta w okręgi na głębokości co najmniej ośmiu stóp pod powierzchnią, aby zapobiec zamarznięciu. Cewki należy umieszczać wyłącznie w źródle wody spełniającym minimalne wymagania dotyczące objętości, głębokości i jakości.
System otwartej pętli
System tego typu wykorzystuje wodę ze studni lub powierzchnię ciała jako płyn do wymiany ciepła, który krąży bezpośrednio przez system GHP. Po przepłynięciu przez system woda powraca do gruntu poprzez studnię, studnię załadowczą lub zrzut powierzchniowy. Ta opcja jest oczywiście praktyczna tylko wtedy, gdy istnieje odpowiedni dopływ stosunkowo czystej wody i spełnione są wszystkie lokalne przepisy i regulacje dotyczące odprowadzania wód gruntowych.
Systemy hybrydowe
Inną opcją technologiczną są systemy hybrydowe wykorzystujące kilka różnych zasobów geotermalnych lub połączenie zasobów geotermalnych z powietrzem zewnętrznym (tj. wieża chłodnicza). Podejścia hybrydowe są szczególnie skuteczne tam, gdzie zapotrzebowanie na chłodzenie jest znacznie większe niż zapotrzebowanie na ogrzewanie. Tam, gdzie pozwala na to lokalna geologia, inną opcją jest „stojąca studnia kolumnowa”. W tej odmianie systemu z otwartą pętlą wierci się jeden lub więcej głębokich odwiertów pionowych. Woda pobierana jest z dna stojącej kolumny i zawracana na górę. W okresach szczytowego ogrzewania i chłodzenia system może spuścić część wody powrotnej, zamiast ponownie ją wtłaczać, powodując napływ wody do kolumny z otaczającej ją warstwy wodonośnej. Cykl upustowy chłodzi kolumnę podczas oddawania ciepła, ogrzewa ją podczas odprowadzania ciepła i zmniejsza wymaganą głębokość otworu.
Czas publikacji: 03 kwietnia 2023 r