Zemní plošný kolektor a jeho instalace

Zemní plošné kolektory

Instalace plošného kolektoru

Tepelná čerpadla země–voda odebírají nízkopotenciální teplo z podloží pomocí uzavřeného systému horizontálních nebo vertikálních primárních okruhů.

Primární okruh je zpravidla naplněn nemrznoucí směsí na bázi lihu. Systém zemních kolektorů je oblíbený pro svoji jednoduchost, minimum pohyblivých částí a stabilní teplotní zisky, které jsou ideální pro dlouhodobý provoz tepelného čerpadla.

Volba zdroje tepla

Plošný, nebo vertikální kolektor?

U tepelných čerpadel země–voda musí být kladen důraz nejen na výběr samotného stroje, ale také na primární okruh, který získává potřebné teplo. Jde o část systému, kterou lze později opravovat jen velmi obtížně, a proto jsou zásadní kvalitní materiály, vysoká pasivní bezpečnost a odborná montáž.

Pro čerpání tepla ze země lze použít zemní plošný kolektor nebo geotermální vrty. Plošný kolektor vyžaduje rozsáhlejší výkopy, bývá však levnější. Geotermální vrty jsou vhodné tam, kde není dostatečně velký pozemek nebo kde jsou příznivé geologické podmínky.

U novostaveb na volném pozemku s dostatkem prostoru představují zemní plošné kolektory velmi dobrou volbu.

Princip fungování

Zemní plošný kolektor

Jednoduché a ekonomické řešení

V praxi jde o řešení, které je z hlediska realizace i financí zpravidla méně náročné. Pro povolení obvykle postačuje ohlášení stavebnímu úřadu. Podmínkou je dostatečně velký pozemek v okolí budovy, který nebude v budoucnu zastavěn ani zakryt komunikací.

Energie ze svrchních vrstev země

Systém pracuje převážně s energií slunce, která se během teplé části roku akumuluje ve vrchních vrstvách půdy. Tepelné čerpadlo tuto energii postupně využívá pro vytápění objektu a ohřev teplé vody.

Pokud není pro plošný kolektor dostatek prostoru nebo je potřebný výkon vyšší, je vhodnější realizovat geotermální vertikální sondy.

Orientační dimenzování

Možný odběr tepla z podloží

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.

Plošný kolektor využívá především tepelný tok přicházející shora z přímé a nepřímé sluneční energie, například ze záření a srážek. Při plánování proto rozhodují nejen tepelné vlastnosti půdy, ale také poloha pozemku a jeho okolí. Plochu nad kolektorem není vhodné zastavovat ani nepropustně zakrývat.

Technické zásady

Uložení zemního kolektoru

Kolektor je vyroben z polyethylenového potrubí uloženého do výkopů v nezámrzné hloubce. V našich geografických podmínkách se doporučuje hloubka přibližně 1,2 až 1,5 m. Při dimenzování je důležitější celková plošná výměra kolektoru než samotný způsob položení jednotlivých smyček.

Délka a zapojení okruhů

Doporučená délka jednotlivých okruhů je pro snížení tlakových ztrát přibližně 100 až 200 m. Smyčky se sdružují ve venkovní sběrné jímce s rozdělovačem, sběračem, možností uzavření jednotlivých větví, odvzdušnění a případné regulace průtoku.

Bezpečné odstupy

Od základů budov se doporučuje bezpečnostní vzdálenost přibližně 1,5 m. Studené potrubí vedené v blízkosti staveb nebo ostatních sítí musí být vhodně izolováno a mechanicky chráněno.

Ukázky uložení kolektoru

1

Spirálové uložení

Vhodné pro lokality, kde je prostor pro pokládku omezený.

2

Uložení do meandru

Pomáhá rovnoměrně rozložit čerpání energie a je vhodné zejména při plošné skrývce zeminy.

3

Klasické uložení

Potrubí rovnoměrně využívá energii z celé dostupné plochy pozemku.

Křížení sítí a prostupy

Ochrana potrubí a ostatních vedení

Jednotlivá vedení kolektoru nebo páteřní vedení od sběrné jímky smějí křížit kanalizaci, dešťové svody či jiné přípojky pouze při správném izolování obou vedení. Teplota média v kolektoru může na konci topné sezony klesnout pod bod mrazu a negativně ovlivnit funkčnost okolních sítí.

Izolace nesmí být nasákavá vodou; vhodný je například syntetický kaučuk.
Izolaci je nutné chránit odolnou PVC chráničkou nebo jinou mechanickou ochranou.
Izolované musí být také prostupy do objektu, které současně zajistí vodotěsnost.
Běžně se používá potrubí v dimenzích d 25, 32 a 40 mm.

Čím horší jsou tepelná kapacita a tepelná vodivost podloží, tím větší množství potrubí je nutné do země uložit.

Návrh systému

Instalace plošného kolektoru a další zásady

Podle vlastností a druhu půdy se výkon tepla získaný ze země pohybuje přibližně mezi 8 až 32 W/m² při 2 400 provozních hodinách tepelného čerpadla za rok. Sloupec 1 800 hodin odpovídá zejména systémům určeným pouze pro vytápění. Hodnota 2 400 hodin se vztahuje na většinu instalací, kde tepelné čerpadlo zajišťuje také ohřev teplé vody.

Výpočet potřebné plochy kolektoru pro konkrétní objekt je vhodné přenechat odborné firmě nebo projektantovi.

Materiál potrubí

Hadice plošného kolektoru

Pro zemní plošný kolektor se doporučuje použít potrubí z vysokohustotního polyethylenu, tedy PE 100 nebo lépe PE 100+, určené pro pokládku do pískového lože.

V suchém podloží však může pískový obsyp působit jako tepelný izolant. Vhodnou alternativou pro pokládku bez pískového lože je potrubí z materiálu FAST PE-GT-RC, které odolává i dlouhodobému bodovému zatížení kamenem.

Způsoby realizace

Výkop bagrem, nebo zemním rýhovačem?

Klasický výkop bagrem

Výkop se provádí zpravidla na šířku lžíce 0,6 až 0,8 m. Jedna trasa smyčky se pokládá po jedné straně výkopu a vratná větev po straně druhé. Při hloubení další smyčky lze vytěženou zeminou zasypávat již dokončenou část.

Drážky zemním rýhovačem

Rýhovač ukládá potrubí do drážky široké přibližně 10 až 15 cm. Výhodou je vysoká rychlost realizace a menší následné sesedání zeminy. Omezením může být skalnaté podloží nebo velké kameny.