Co je to zemní kolektor a k čemu se využívá?

Nízkoenergetické a pasivní domy se dnes standardně vytápí pomocí tepelných čerpadel, které získávají tepelnou energii z vnějšího prostředí – vzduchu, vody a ze země. A právě zemní kolektor je podstatnou částí tepelného čerpadla země-voda.

Zemní kolektor je stavba umístěná na pozemku (lépe řečeno pod povrchem země) v bezprostřední blízkosti stavby, která bude vytápěná tepelným čerpadlem získávající energii z tohoto kolektoru. Jak jistě mnozí vědí, zemina promrzá jen do určité úrovně. Od úrovně 800 – 1200 mm pod úrovní terénu zemina nezamrzá (odtud nezámrzná hloubka). V této úrovni si zemina drží víceméně konstantní teplotu, která je navíc ovlivněna akumulací tepelné energie ze slunečního záření, která dopadá na zemský povrch.

V zemině je tedy obsažena tepelná energie, kterou lze tepelným čerpadlem získat pro vytápění rodinného a bytového domu, ale i administrativních a průmyslových staveb.

Geotermální energii lze ze země získat buď pomocí geotermálního hloubkového vrtu či právě pomocí zemního plošného kolektoru.

Z čeho se zemní kolektor postaven?

Základem zemního kolektoru je potrubí z vysokohustotního polyetylenu HDPE (dimenze například 25, 32 a 40 mm), které je uloženo v zemi v několika smyčkách. Tyto smyčky mají délku 100 – 300 m a jednotlivé smyčky jsou spojeny ve venkovní jímce, ve které jsou umístěny potřebné armatury včetně rozdělovače/sběrače. Z této jímky je teplonosné médium (nemrznoucí kapalina) dopraveno do tepelného čerpadla umístěného v technické místnosti domu. Celková délka potrubí a počet smyček závisí na potřebě tepla pro vytápění domu, příp. pro ohřev teplé vody a také na podloží pozemku.

Pro vybudování zemního kolektoru je potřeba dostatečně velký pozemek, jelikož plošný kolektor zabírá docela velkou plochu. Potrubí je uloženo přibližně 1200 – 1500 mm pod úrovní terénu a rozteč mezi HDPE potrubím je cca 1,0 m. Při délce smyčky zemního kolektoru 300 m pro pasivní rodinný dům tak může být plocha zemního kolektoru 300 – 400 m². Potrubí se ukládá buď do pískového lože, příp. jsou k dostání speciální potrubí určené pro uložení přímo do zeminy.

Zemní kolektor může být uložen spirálově (prostorové omezení) do rýhy šíře 600 – 800 mm, do meandru či klasicky do smyčky. Potrubí je možno ukládat také do drážky šířky 100 – 150 mm, která je vyhloubena speciálním drážkovačem.

Ať tak, nebo tak, je potřeba počítat s objemnými zemními pracemi.

Kolik energie lze zemním kolektorem získat?

Teplota teplonosné látky na výstupu ze zemního kolektoru má jen pár stupňů nad nulou. Tepelné čerpadlo však z této vody dokáže odebrat teplo a ochladit ji o několik stupňů i pod bod mrazu. Kolik lze získat celkově tepla ze zemního kolektoru tak z velké částí závisí na účinnosti tepelného čerpadla, které je dáno koeficientem COP.

Množství energie, které lze ze zeminy odebrat závisí především na typu podloží. U suché nesoudržné zeminy lze počítat s tepelnou energií 18 – 19,2 kWh/rok a u štěrkové a pískové zeminy s protékající vodou 72 – 76,8 kWh/rok. Odběr tepla je též ovlivněn dobou provozu odběru. Čím častěji je zemní kolektor v provozu, tím méně tepelné energie lze z každého m² plochy zemního kolektoru odebrat. Každý m² zemního plošného kolektoru může mít výkon 8 – 40 W v závislosti na podloží a na klimatických podmínkách oblasti.