Rozdíly v kvalitě a energetické výtěžnosti vrtů pro tepelná čerpadla

V ČR jsou vrty pro tepelná čerpadla nejrozšířenějším způsobem získávání geotermální nízkopotenciální energie, absolutně nezávislým na vlivu počasí. Další výhodou je možnost využít jejich konstantní teploty (8 - 12 °C) pro chlazení objektů v letním období. Tím dodáváme vrtům vyšší tepelnou energii, která se zhodnocuje ve formě regenerace vrtů pro zimní období. Aby geotermální vrt byl zhotoven správně a z materiálů k tomu určených, sledují evropské normy a předpisy celé dílo. Rozdíly v provedení a ziskovosti vrtů jsou značné, hledejme je v provedení a použitých materiálech.

Vystrojení vrtů pro tepelná čerpadla

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

Vrt pro tepelné čerpadlo je stavební dílo. Samo potrubí představuje většinu použitého materiálu. Materiál pro výrobu potrubí volíme co možná nejvyšší kvality a odolnosti. Ještě nedávno 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.

Vystrojení vrtů pro tepelná čerpadla, GVS 4x32 se závažím

Jako nejvhodnější materiál do vrtů je označován vysokohustotní polyethylen PE 100, který se osvědčil pro svoje již dobré mechanické vlastnosti. Byl vyvinut především pro rozvody plynu, kde faktor bezpečnosti hraje velkou roli. Přesto i u materiálu PE 100 nemůžeme hovořit o materiálu zcela vhodném pro vystrojování geotermálních vrtů pro TČ. 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.

Nové polyethyleny se vyznačují až desetinásobně vyšší odolností než PE 100. Pro jejich aplikace není nutný pískový obsyp, a proto můžeme hovořit o prvních materiálech opravdu určených a vhodných jako výstroj vrtů pro TČ. 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.

Detail vratného U kolena, GVS 4x32

U uzavřeného okruhu potrubí je na konci vystrojení použito vratné U koleno. 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 tlakovou ztrátou nemohou být považovaná za ekonomická a vhodná. 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.

Instalace vystrojení vrtů se musí provádět s použitím rozvíjecího zařízení, které vystrojení po malu 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.

Detail vymezovacího dílu mezi potrubím vystrojení vrtu

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 vy tlačení nežádoucího vzduchu, který by mařil přenos tepelné energie mezi vystrojením a horninou. Na samotné tamponování vrtů je řada názorů. Důležité je, že vrty pro TČ se v EU nesmějí provádět jinak.

Rozdíl ve vrtech s instalovaným vymezovacím dílem a bez něj

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 z 3,5 na 3,8 až 4,0, což je 10 - 15 % úspory energie.

Při zapouštění vystrojení do vrtu se postupně instalují vymezovací díly, které zajišťují souměrné uspořádání potrubí ve vrtu. Při zapouštění bez vymezovacích dílů dochází k tomu, že sedlé vystrojení a neuspořádané potrubí snižují 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.

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 TČ. Vzhledem k tomu, že se na většině rozsáhlejších staveb 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.

Armatura energetické piloty

Další části systému

Rozdělovače/sběrače jako část instalace TČ mají zatím snižovaný význam, který bude růst až s přibývajícím věkem instalací.

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.

Plastový rozdělovač /sběrač pro primární okruh tepelného čerpadla

Praxe jednoznačně ukazuje, že nejvhodnější je umístit tyto části do venkovních jímek, kde není nutné drahé a pracné izolování těchto částí.

Dynamický vývoj v oblasti TČ a stoupající znalost jejich problematiky u koncových zákazníků přispívají k cel kovému zvyšování kvality, která povede alespoň k částečné selekci neprofesionálních hráčů v oboru.