Jaka temperatura glikolu w pompie ciepła zapewnia najwyższą sprawność

Masz pompę ciepła z kolektorem gruntowym albo sondą i właśnie zorientowałeś się, że w rurach nie płynie zwykła woda, tylko jakiś „glikol". Pojawia się wtedy lawina pytań: czy temperatura glikolu w pompie ciepła naprawdę musi być tak niska, co się stanie, gdy spadnie poniżej zera, jaki płyn wybrać i kiedy go wymieniać. To są dokładnie te wątpliwości, które rozbieram poniżej - z konkretnymi liczbami, mechanizmami fizycznymi i chemicznymi, bez ściemy marketingowej i bez lania wody.

• Glikol propylenowy czy etylenowy - który płyn wybrać do pompy ciepła
• Optymalne stężenie glikolu a temperatura krzepnięcia w instalacji
• Kontrola i wymiana glikolu w pompie ciepła co 5 i 20 lat

Glikol propylenowy czy etylenowy - który płyn wybrać do pompy ciepła

Kilkanaście lat temu w gruntowych obiegach królował roztwór chlorku sodu, czyli zwykła solanka. Problem pojawił się szybko: sól żarła wymienniki i parowniki, a instalacje padały po kilku sezonach. Producenci przeszli więc na glikole - związki organiczne o właściwościach obniżających temperaturę krzepnięcia, a przy okazji mniej agresywne wobec metali. Stąd wzięła się stara nazwa „pompa solankowa", którą jeszcze dziś słychać u instalatorów pamiętających lata dziewięćdziesiąte.

Przy wyborze płynu do dolnego źródła liczy się pięć kryteriów technicznych, a nie marketingowe hasła. Pierwsze to temperatura krzepnięcia - musi być co najmniej 7 K niższa od najniższej temperatury, jaka realnie pojawi się w wymienniku. Drugie to lepkość i gęstość, bo glikol gęstszy od wody wymaga mocniejszej pompy obiegowej i więcej prądu. Trzecie to właściwości korozyjne - dobry płyn chroni parownik przed tlenem i jonami chlorkowymi. Czwarte to smarność, czyli zdolność do tworzenia filmu na łożyskach pompy obiegowej. Piąte to bezpieczeństwo - palność, toksyczność i biodegradowalność w razie wycieku do gruntu.

Glikol propylenowy stężeniu 30-35% to dziś branżowy standard dla pomp gruntowych. Jest bezpieczny biologicznie, zatwierdzony do kontaktu z wodą pitną w wielu krajach, a jednocześnie skutecznie obniża temperaturę zamarzania do około -12 do -15°C. Glikol etylenowy ma lepsze parametry termodynamiczne - niższą lepkość i lepsze przenikanie ciepła - ale jest toksyczny. Dawka śmiertelna dla dorosłego człowieka to około 100 ml, a państwa takie jak Niemcy czy Szwecja wprowadziły zakazy lub mocne ograniczenia jego stosowania w instalacjach gruntowych ze względu na ryzyko skażenia wód podziemnych.

Spirytus etylowy, choć czasem pojawia się w „poradach" internetowych, do profesjonalnych instalacji nie powinien trafiać. Ma fatalną smarność, wysoką palność, paruje przez mikro-nieszczelności, a producenci pomp ciepła w większości przypadków unieważniają gwarancję po wykryciu alkoholu w układzie. Woda bez żadnych dodatków sprawdza się wyłącznie tam, gdzie grunt nie zamarza - w systemach z kolektorami płytowymi na głębokości poniżej 1,5 m w klimacie oceanicznym albo przy wykorzystaniu wód powierzchniowych o temperaturze powyżej 4°C zimą.

Wybór między propylenowym a etylenowym sprowadza się do trzech zmiennych: lokalnego klimatu, wymogów prawnych i bilansu kosztów eksploatacyjnych. W polskich warunkach, gdzie zimy potrafią schodzić poniżej -20°C, propylenowy w stężeniu 35% jest bezpiecznym minimum. Etylenowy wygrywa tylko wtedy, gdy zależy nam na kilku procentach sprawności i akceptujemy ryzyko prawne oraz środowiskowe.

Optymalne stężenie glikolu a temperatura krzepnięcia w instalacji

Stężenie glikolu w instalacji to nie jest parametr „im więcej, tym lepiej". Przekroczenie 35% propylenowego paradoksalnie osłabia ochronę przed zamarzaniem, bo cząsteczki glikolu zaczynają się wiązać w agregaty, które krystalizują szybciej niż pojedyncze cząsteczki. Producent cieczy robi pomiary DSC (skaningowej kalorymetrii różnicowej) i wie, gdzie leży maksimum ochrony. Dla propylenowego maksimum to okolice 30-35%, dla etylenowego okolice 35-40%.

Lepkość rośnie ze stężeniem niemal liniowo. Glikol propylenowy 50% ma lepkość dwukrotnie wyższą niż 30%, a pompa obiegowa zużywa wtedy o 15-25% więcej energii, żeby utrzymać nominalny przepływ. Dodatkowo wyższe opory hydrauliczne oznaczają większe obciążenie łożysk - to realnie skraca żywotność pompy obiegowej z typowych 15-20 lat do 8-12 lat.

Temperatura glikolu w pompie ciepła na wejściu do parownika waha się od około 0°C w najcieplejszych dniach do -5°C w szczycie zimy. Na wyjściu z parownika jest zwykle 3-5 K niższa. To oznacza, że w całym układzie realnie pracuje płyn o temperaturze -2 do -7°C, a margines bezpieczeństwa do temperatury krzepnięcia powinien wynosić minimum 7 K. Przy stężeniu 30% propylenowego, krzepnącego w -12°C, mamy więc rezerwę około 5-7 K, co jest wartością graniczną.

Skąd wziąć wodę do rozcieńczenia? Nie każda kranówka się nadaje. Parametry, które trzeba sprawdzić przed napełnieniem instalacji, są konkretne: chlor maksymalnie 100 mg/kg, twardość ogólna nie wyższa niż 360 ppm CaCO₃/dm³, odczyn pH 7,0-8,5. Przekroczenie tych wartości przyspiesza korozję płytową w parowniku i skraca żywotność inhibitorów zawartych w fabrycznym koncentracie glikolu.

Kontrola i wymiana glikolu w pompie ciepła co 5 i 20 lat

Glikol w układzie gruntowym nie jest wieczny. Podlega degradacji chemicznej (utlenianie, rozkład glikolu do kwasów organicznych), biologicznej (wzrost bakterii i grzybów w biofilmach) oraz fizycznej (ubytek wody przez odpowietrzniki). Tempo tych procesów zależy od temperatury pracy, jakości płynu na starcie i warunków gruntowych, ale orientacyjne interwały są dobrze znane: kontrola co 5 lat, wymiana co 20-25 lat.

Co pięć lat pobiera się próbkę płynu i bada cztery parametry. Pierwszy to pH - powinno mieścić się w przedziale 7,5-9,0; spadek poniżej 7 sygnalizuje zakwaszenie i utratę ochrony inhibitorowej. Drugi to rezerwa alkaliczna, która informuje, ile inhibitora zostało jeszcze w płynie. Trzeci to gęstość, z której wylicza się aktualne stężenie glikolu. Czwarty to barwa i zapach - ciemnobrązowy odcień albo zapach zgnilizny oznaczają biodegradację i konieczność wymiany.

Koszty roczne porządnego serwisu glikolu są niewielkie w porównaniu z awarią. Badanie próbki to około 200-400 PLN, ewentualne uzupełnienie inhibitorem to 300-600 PLN, pełna wymiana płynu wraz z płukaniem to 2000-4000 PLN w typowej instalacji domowej (8-12 l glikolu). Dla porównania: zatarcie pompy obiegowej przez zbyt gęsty płyn albo korozja parownika to wydatek rzędu 6000-15 000 PLN, nie licząc przestoju instalacji w środku zimy.

Mini-kalkulator potrzebnej ilości glikolu jest prosty: pojemność wymiennika w litrach × stężenie docelowe. Przykład: kolektor gruntowy o pojemności 50 l wymaga 17,5 l koncentratu propylenowego do uzyskania stężenia 35%. Resztę dopełnia woda. Warto uwzględnić też pojemność pompy obiegowej i rur - w typowej instalacji domowej to dodatkowe 5-10 l pojemności roboczej.

Ostatnia kwestia to nowoczesne płyny bio-based, czyli glikole z surowców odnawialnych, produkowane z fermentacji skrobi zbożowej lub z biomasy celulozowej. Mają taką samą strukturę chemiczną co glikole petrochemiczne, ale niższy ślad węglowy i często lepszy profil toksykologiczny. Producenci pomp ciepła coraz częściej je rekomendują, szczególnie w instalacjach z certyfikatem budownictwa pasywnego albo w projektach kompensujących emisję CO₂.

Źródła danych i norm: karty techniczne producentów glikoli (Susterra, Propylene Glycol USP/EP), norma PN-EN 14511 dotycząca pomp ciepła, dyrektywa REACH (rozporządzenie WE nr 1907/2006) klasyfikująca glikol etylenowy, instrukcje serwisowe wiodących producentów pomp ciepła, dokumentacja techniczna VDI 4640 dla gruntowych wymienników ciepła. Konkretne adresy stron producentów i jednostek normalizacyjnych można znaleźć pod hasłami: „PN-EN 14511", „REACH ethylene glycol restriction", „VDI 4640 geothermal".