W przypadku ogrzewania i chłodzenia domów jest o tyle ciekawie, że właściwie od dawna mamy pod ręką ogromny bufor cieplny, którego temperatura zmienia się znacznie wolniej niż powietrza. Gruntowe pompy ciepła wykorzystują ten fakt od lat, ale zwykle kojarzą się z profesjonalną instalacją, odwiertami, projektem i niemałym rachunkiem. Trudno więc byłoby mi uwierzyć, gdyby ktoś stwierdził, że podobną zasadę działania można odtworzyć przy pomocy urządzenia przeznaczonego na śmietnik, kawałków blachy oraz rur zakopanych na podwórku. Tyle że ktoś rzeczywiście to zrobił i pochwalił się tym w Internecie.
Klimatyzator ze śmietnika i ponad 610 metrów rur pod ziemią
Za projektem stoi YouTuber działający jako Craftsman Chris, który miał już przygotowany podziemny obieg składający się z czterech pętli rur PEX. Każda miała długość około 152 metrów, a więc łącznie mówimy o ponad 600 metrach przewodu o średnicy około 12,7 mm, zakopanego na głębokości mniej więcej 1,8-2,4 metra. Początkowo pomysł był znacznie prostszy. Woda krążąca pod ziemią miała po prostu chłodzić powietrze w domowej instalacji wentylacyjnej. Problem w tym, że temperatura wody nie była wystarczająco niska, aby taki układ dawał zadowalające rezultaty.
Czytaj też: Klimatyzacja może dostać nowego rywala. Wystarczy rozciągać odpowiedni metal, aby chłodzić
Wtedy pojawił się znaleziony na śmietniku klimatyzator okienny LG Dual Inverter o wydajności chłodniczej około 4,1 kW. Sprzęt był mocno zabrudzony, ale nadal nadawał się do uruchomienia. Chris wyczyścił więc wymienniki i całą konstrukcję, ale nie rozcinał przewodów z czynnikiem chłodniczym. Dzięki temu nie przebudowywał samego obiegu chłodniczego, tylko zmienił sposób, w jaki urządzenie pozbywa się odebranego z domu ciepła.
Skraplacz został obrócony o około 90 stopni i zamknięty w wykonanej z blachy komorze, przez którą przepływa woda z podziemnego obiegu. Gorący czynnik chłodniczy oddaje więc energię wodzie, ta zabiera ją ze sobą pod ziemię, a następnie wraca do układu po przejściu przez setki metrów rur. W skrócie? Klimatyzator nadal chłodzi powietrze dokładnie dzięki tej samej fizyce co wcześniej. Różnica sprowadza się do tego, gdzie wyrzuca zabrane z domu ciepło.
Zamiast rozgrzanego powietrza dostał grunt
Typowa jednostka klimatyzacyjna musi latem oddawać energię do powietrza na zewnątrz. Problem pojawia się zaś dokładnie wtedy, kiedy klimatyzacji potrzebujemy najbardziej, bo podczas upałów jej wymiennik próbuje oddać ciepło do otoczenia, które samo może mieć ponad 30°C. Grunt zachowuje się inaczej. Jego temperatura poniżej powierzchni jest znacznie stabilniejsza, dlatego może pełnić rolę zarówno źródła ciepła zimą, jak i miejsca, do którego energia jest odprowadzana latem. Na tej podstawie działają klasyczne gruntowe pompy ciepła.
Nie jest to więc żadna “darmowa energia z ziemi”, tylko wykorzystanie korzystniejszych warunków pracy wymiennika. Podobny mechanizm stoi za profesjonalnymi instalacjami, w których grunt może latem stać się odbiornikiem energii cieplnej. Więcej o samych rodzajach takich instalacji można przeczytać w artykule o porównaniu powietrznych, wodnych i gruntowych pomp ciepła. Temat jest zresztą coraz ciekawszy również od strony samego układu chłodniczego, bo przykładowo pisałem niedawno o zmianach, które czekają pompy ciepła przez nowe regulacje dotyczące czynników chłodniczych.
Nie nazwałbym jednak konstrukcji Chrisa pełnoprawną domową gruntową pompą ciepła. Znacznie uczciwiej traktować ją jako eksperymentalny układ chłodzenia, w którym klimatyzator wykorzystuje grunt jako miejsce odprowadzania ciepła. Zasada jest podobna, ale do profesjonalnego systemu HVAC nadal trochę tu brakuje. Widać to po tym, że zamiast rozbierać elektronikę klimatyzatora i próbować integrować jego sterowanie z termostatem, Chris wykorzystał przemysłowy sterownik PLC firmy Allen-Bradley oraz siłownik liniowy. Gdy termostat żąda chłodzenia, sterownik uruchamia siłownik, a ten fizycznie wciska przycisk zasilania klimatyzatora. Do układu dodał też kontrolę temperatury, która może wyłączyć sprzęt, jeśli woda otaczająca skraplacz zrobi się zbyt gorąca.
Same wyniki są mimo wszystko interesujące.
Z nawiewów leci powietrze o temperaturze około 10°C
Pompa obiegu gruntowego przepompowuje około 12,5 litra wody na minutę. Po przejściu przez komorę otaczającą skraplacz temperatura cieczy rośnie zazwyczaj o około 1,7-2,8°C, a następnie woda trafia ponownie pod ziemię, gdzie zgromadzona energia jest stopniowo oddawana do gruntu. Podczas późniejszych prób temperatura wody przy skraplaczu znajdowała się mniej więcej w zakresie 26-28°C.
Czytaj też: Klimatyzacja reliktem przeszłości? Twój dom może sam walczyć z upałem za darmo
Znacznie bardziej przemawiają do wyobraźni pomiary nawiewu. W kilku miejscach Chris uzyskiwał około 9,4-12,2°C, a podczas jednego z testów różnica temperatury między powietrzem przed i po schłodzeniu wyniosła około 14,7°C. Początkowo część uzyskanego efektu była jednak zwyczajnie marnowana. Nieizolowane aluminiowe kanały wentylacyjne ogrzewały bowiem zimne powietrze podczas transportu przez dom, więc zostały zastąpione izolowanymi elastycznymi przewodami prowadzącymi m.in. do pokoju rodzinnego, jadalni oraz kuchni.
Tutaj dochodzimy do części, która moim zdaniem jest ważniejsza od wszystkich imponujących temperatur. Nadal nie wiemy, ile energii elektrycznej zużywa cały system. Pomiar temperatury na nawiewie udowadnia, że urządzenie potrafi skutecznie chłodzić powietrze. Nie mówi jednak, czy robi to efektywnie. Do rachunku trzeba przecież doliczyć pobór sprężarki klimatyzatora, wentylatorów, pompy wymuszającej przepływ w setkach metrów rur oraz dodatkowej automatyki. Dopiero znając te wartości, można policzyć rzeczywistą efektywność energetyczną i porównać wynalazek ze współczesnym klimatyzatorem lub profesjonalną gruntową pompą ciepła.
Czytaj też: Najlepsze lodówki i klimatyzacje do kosza. Nadszedł przełom w sektorze chłodniczym
Sam autor projektu nie udaje też, że zbudował gotowy produkt. Konstrukcja nadal wymaga lepszych zabezpieczeń elektrycznych, kolejnych czujników i właśnie dokładnego monitorowania zużycia energii. Nie wiadomo też, jak grunt będzie zachowywał się przy długotrwałym odprowadzaniu do niego ciepła i czy cały układ zdoła utrzymać komfortową temperaturę przez tygodnie letnich upałów, a nie tylko podczas pojedynczych testów.
Źródła: Interesting Engineering
