Kútvizes hőszivattyú

 Folyó vizet, mint hőforrást, nagyobb biztonsággal lehet ilyen megfontolásból hőszivattyús rendszerekhez használni. A bonyolult engedélyeztetés és a korlátozott lehetőségek miatt ez a rendszer nem terjed Magyarországon.

Gyakoribb, és könnyebben alkalmazható megoldás a kutas kialakítás. Viszont a nyílt vízfelhasználást szigorúbb hatósági ellenőrzés mellett lehet megoldani.
Ebben az esetben egy nyelő és egy nyerő kutat kell kialakítani.

A nyelő és nyerőkút közt védőtávolságot kell betartani, hogy elkerülhető legyen az úgynevezett termikus rövidzár.
Sokszor probléma a olyan nyelőkutat kialakítani, amelynek befogadó képessége megegyezik a hőszivattyú működtetéséhez szükséges térfogatárammal. Ebben az esetben a vizet nyomás alatt egy segédszivattyúval sajtolni kell, de ez a megoldás jelentősen leronthatja a rendszer energetikai hatékonyságát. Az energetikai hatékonyság romlását okozhatja a túl mélyen található vízréteg, ugyanis ennek a felszínre hozatali is jelentős elektromos szivattyúzási energiával járhat. Ezen lehetőségeket mindig a helyszíni adottságoknak megfelelően kell megvizsgálni.
Mivel ilyen esetben a kútból kinyert víz hőmérséklete egyértelműen megállapítható, a méretezést a térfogatáramra kell végezni, vagyis, meg kell határozni, a kút hőmérsékletének figyelembevételével azt a víztömegáramot, amely a hőszivattyú működtetéséhez szükséges.

Sajátságos probléma, hogy , mivel tiszta vizet használunk, az elpárologtatóban nem hűthetjük a víz hőmérsékletét 0 C alá, ezért viszonylag nagy térfogatáramokkal kell számolni. Ha a térfogatáram vészesen leapad, a víz elfagy és tönkreteszi a hőszivattyút. Ne feledjük, a kútba nem tehetünk fagyállót!

Nyitott vízáramú rendszerről lévén szó, különös körültekintéssel kell megvizsgálni az alkalmazhatóságot. A fenti hőtechnikai követelményeken túlmenően a víz nem lehet vegyileg agresszív, és a vízkő képződéssel is számolni kell. Amennyiben a víz kémiai összetétele indokolja, akkor egy hőcserélővel le kell választani a hőszivattyút.

Fémek ellenálló képessége a talajvíz összetevőivel szemben (A táblázat csak tájékoztató jellegű)

A korrózióveszély mértéke a vízben található anyag koncentrációjától, és különböző anyagok együttes jelenlétének függvényében változó lehet.

Alkalmazhatunk leválasztó hőcserélőt, de ebben az esetben viszont egy újabb hidraulikai kör keletkezik, egy újabb szivattyúval, amely szintén növeli a rendszer energia felvételét, a beruházási költségeket, és az újabb beiktatott hőcserélő rontja a hőátadás hatékonyságát.

Mindezek a körülmények által „kényszeríttet” megoldások oda vezethetnek, hogy a rendszer energetikai hatékonysága rendkívül leromolhat, és egy hőszivattyús rendszertől elvárható szint alá esik.

Nem elhanyagolható tétel az üzemeltetés során a kutak karbantartása, kompresszorozása, vízáteresztő képességének megtartása.

Ebben az esetben át kell gondolni a hőszivattyú alkalmazhatóságának gazdasági következményeit.

Ha mégis kútvizes hőszivattyú rendszert választunk, akkor a következőképpen lehet tovább haladni.

Ebben az esetben egy nyelő és egy nyerő kutat kell kialakítani.
A nyelő és nyerőkút közt védőtávolságot kell betartani, hogy elkerülhető legyen az úgynevezett termikus rövidzár.
Sokszor probléma a olyan nyelőkutat kialakítani, amelynek befogadó képessége megegyezik a hőszivattyú működtetéséhez szükséges térfogatárammal. Ebben az esetben a vizet nyomás alatt egy segédszivattyúval sajtolni kell, de ez a megoldás jelentősen leronthatja a rendszer energetikai hatékonyságát. Az energetikai hatékonyság romlását okozhatja a túl mélyen található vízréteg, ugyanis ennek a felszínre hozatali is jelentős elektromos szivattyúzási energiával járhat. Ezen lehetőségeket mindig a helyszíni adottságoknak megfelelően kell megvizsgálni.
Mivel ilyen esetben a kútból kinyert víz hőmérséklete egyértelműen megállapítható, a méretezést a térfogatáramra kell végezni, vagyis, meg kell határozni, a kút hőmérsékletének figyelembevételével azt a víztömegáramot, amely a hőszivattyú működtetéséhez szükséges (elpárologtató tömegárama).

A kinyerhető energiát a következő képlettel határozhatjuk meg (W):

ahol:

• - Qel -a víz tömegárama [kg/s], amit a kútból kiszivattyúzunk
• - qm- a víz térfogatárama
• Δthcs-az elΔthcs-az előremenő és visszatérő kútvíz hőmérsékletkülönbsége (K)őremenő és visszatérő kútvíz hőmérsékletkülönbsége (K)
• - cví- cvíz -a víz fajhője  (J/kg*K)z -a víz fajhője  (J/kg*K)

Védőtávolság (m) a nyelő és a nyerő kutak közt, a talaj porozitásának, üzemidő és talajréteg vastagság függvényében:

A táblázatban szereplő adatok 20 %- os porozitásra vonatkoznak. 10 % porozitás érték növekvés vagy csökkentés esetén a táblázatban szereplő értékeket növeljük meg vagy csökkentsük 5 %- kal.

Talajok porozitása:

Nyitott vízáramú rendszerről lévén szó, különös körültekintéssel kell megvizsgálni az alkalmazhatóságot.
A fenti hőtechnikai követelményeken túlmenően a víz nem lehet vegyileg agresszív, és a vízkőképződéssel is számolni kell. Amennyiben a víz kémiai összetétele indokolja, akkor egy hőcserélővel le kell választani a hőszivattyút.