Värmepump för jordkälla
En bergvärmepump samlar in solvärme som lagrats i jord, berg eller vatten. I de djupare delarna av borrhålet kommer värmen i större utsträckning från fissionsenergi från jordens kärna i berget och från varma grundvattenflöden. Geotermisk värme lämpar sig väl som uppvärmningssystem året runt för både nya och gamla byggnader.
Jordvärme har vanligtvis den högsta initiala investeringen av de olika värmepumpsalternativen, men de lägsta driftskostnaderna. Lönsamheten för bergvärme förbättras med ökande byggnadsstorlek och årlig energiförbrukning. Värmepumparnas effektivitet är som bäst i golvvärmeapplikationer eller andra lågtempererade värmesystem.
Vid renovering av värmesystemet kan byggnadens tidigare vattenburna värmesystem direkt ersättas av en bergvärmepump. De flesta värmeuppsamlingskretsar i geotermiska lösningar implementeras genom borrhål som borras ner i marken. Andra metoder för att installera en värmeåtervinningskrets är horisontell installation i markens ytskikt på cirka en meters djup eller installation i en vattensamling genom att sänka ner kretsen i vattenbotten med hjälp av vikter.
Inköp av en bergvärmepump
För installation av bergvärmerör krävs tillstånd från kommunen. Tillstånd är beroende av faktorer som eventuella underjordiska konstruktioner i stadsområden, grundvattenområden och skyddsavstånd från byggnader, fastighetsgränser och andra värmebrunnar. Om rörledningen planeras att installeras i en vattenförekomst måste tillstånd även inhämtas från vattenförekomstens ägare.
Innan du fattar ett köpbeslut bör du kontrollera med det nätbolag som ansvarar för elförsörjningen i ditt hus om du t.ex. behöver öka storleken på huvuduttaget, köpa en mjukstartare för att begränsa den maximala strömmen under startfasen eller köpa en likströmsstyrd (inverter) bergvärmepumpsmodell. Särskilt i glesbygden kan kompressorn i en bergvärmepump bland annat orsaka att lamporna i det egna huset och/eller i grannhusen fladdrar.
Modeller för bergvärmepump
Vissa bergvärmepumpar är växelvis laddade modeller, där tappvarmvattnet produceras i den dubbelmantlade värmeväxlarens yttermantel – växelvis uppvärmning av vattnet för uppvärmning och växelvis för tappvarmvatten. Tappvarmvatten värms upp med en lägre effektfaktor än rumsuppvärmning, eftersom kondenseringstemperaturen för tappvarmvatten vanligtvis är högre i värmedistributionsnätet. När det är möjligt värms varmvattnet först. Den laddningsbara modellen är lämplig för både golvvärme och radiatorvärme.
En del av bergvärmepumparna är så kallade ”forcerade” värmepumpar. En Tulip-värmepump har en separat värmeväxlare mellan kompressorn och kondensorn, där värme överförs från den hetaste köldmedieångan till varmvattnet. Jordvärmepumpar av Tulip-typ är vanligtvis utrustade med en varmvattenslinga. Vanligtvis återvinns varmvattenenergin för uppvärmning av tappvarmvatten.
Det finns också modeller med dubbla kompressorer som har egna köldmediekretsar, temperaturområden och olika köldmedier. Även dessa modeller kan nå temperaturer över 70°C med kompressoreffekt.
Värmebrunn som värmekälla för en geotermisk värmepump
Idag genomförs de allra flesta geotermiska tillämpningar med värmebrunnar. Detta är ett borrhål med en ytterdiameter på 115-165 mm, i vilket ett rörsystem installeras där värmeöverföringsvätskan cirkulerar. Fryspunkten för en 30-procentig bioetanolblandning är cirka -17 grader Celsius. Ett geotermiskt system som använder en värmebrunn kan vanligtvis installeras på en liten tomt, men är vanligtvis det dyraste värmeuppsamlingsalternativet.
Horisontella rörledningar som värmeuppsamlingskrets för geotermisk värme
En markvärmepump kan också utnyttja den värmeenergi som lagras i markens ytskikt från solstrålningen. Värmeenergin samlas in av ett värmeuppsamlingsrör som installeras i marken, som installeras horisontellt, beroende på klimatzonen, på ett djup av cirka en meter, djupare i norra Finland. Det horisontella avståndet till det intilliggande röret bör vara minst 1,5 m, helst mer. Horisontella rör är i allmänhet den mest kostnadseffektiva metoden för insamling av geotermisk värme.
Värmeuppsamlingsslinga i en vattenkropp
En liten del av bergvärmekollektorerna installeras i sjöar, hav eller till och med i diken med högt flöde. Värmeuppsamlingsrören förankras i botten av vattenmassan med vikter med intervaller på cirka 3 till 5 meter.
Rörledningar i vattendrag kan ge högre effekt och energi än motsvarande rörledningar i marken, eftersom vattnets värmeöverföringsegenskaper är bättre än markens. Konstruktionen måste dock säkerställa att vattentemperaturen runt röret inte sjunker under +1°C, inte ens på vintern. Om temperaturen sjunker under denna nivå finns det risk för att is ansamlas på rörens yta. Ackumulerad is kan orsaka en hög lyftkraft i rörsystemet, vilket kan leda till att rören stiger upp till vattenytan.
Rörledningens djup bör därför vara mer än två meter för att vattnet ska kunna röra sig fritt runt rörledningen även på vintern. Särskilt i strömmande vatten måste vattentemperaturen kontrolleras, eftersom temperaturen i det strömmande vattnet kan vara mycket låg (så kallat underkylt vatten). I praktiken är kostnaden för att installera ett vattensystem något lägre för ett litet hus än för en värmebrunn. För större anläggningar med högre energibehov är vattensystemet mer kostnadseffektivt än för mindre anläggningar, eftersom installationen av uppsamlingsröret kräver vissa speciella förberedelser och utrustning.
Effektklassning av en bergvärmepump
Det kanske inte är värt att dimensionera en bergvärmepump för att tillgodose byggnadens toppeffektbehov, på grund av systemets högre kostnadseffektivitet och kompressorns längre livslängd. En bergvärmepump kan dimensioneras för cirka 60-80% av byggnadens designkapacitet, vilket ger cirka 95-99% av det årliga energibehovet. De återstående 1-5% produceras av bergvärmepumpens reservmotstånd/tilläggsvärmemotstånd.
För småhus kan en bergvärmepump dimensioneras till full kapacitet, där något högre investeringskostnader rimligen kan motiveras. Full kapacitet minskar byggnadens toppeffektförbrukning, vilket blir allt viktigare. Vid full kapacitet minskar inverterstyrningen av bergvärmepumpen värmepumpens arbetscykel och förlänger kompressorns livslängd.
Dimensionering av värmeuppsamlingskretsen
Värmeuppsamlingskretsen bör dimensioneras efter den årliga energi som krävs för rumsuppvärmning och tappvarmvatten. En lagom stor värmeuppsamlingsslinga betalar sig själv i form av en något bättre värmekoefficient på lång sikt. Underdimensionering av värmebrunnen kommer också att leda till att värmekällan gradvis kyls ned under årens lopp.
Värmepumpens effektklass har liten effekt på dimensioneringen av värmeåtervinningskretsen. I marken har mängden fukt i marken en betydande inverkan på energieffektiviteten hos den horisontella rörvärmeväxlaren. Vattenflödet förbättrar värmekollektorns effektivitet i värmebrunnen och till och med i små vattendrag.