Wiercenia pod pompy ciepła – kompleksowy przewodnik i budowa wiertnicy DIY

Odwierty pod pompy ciepła to jeden z kluczowych etapów inwestycji, który decyduje o późniejszej pracy całego systemu. Każdy krok musi wynikać z danych technicznych i warunków na działce, aby zapewnić optymalne funkcjonowanie instalacji geotermalnej. Poniżej przedstawiamy, jak wygląda kompleksowa usługa wiercenia oraz jak samodzielnie zbudować wiertnicę do celów studziennych, co może być przydatne dla osób zainteresowanych systemami DIY.

Profesjonalne wykonanie odwiertów pod pompy ciepła

Kompleksowa usługa wiercenia pod pompy ciepła obejmuje kilka ściśle określonych etapów, które gwarantują prawidłową realizację projektu.

1. Przesłanie rysunku działki

Prace związane z odwiertami pod pompę ciepła zaczynają się od przekazania rysunku działki lub mapy terenu z zaznaczonym budynkiem, granicami terenu oraz istniejącą infrastrukturą. Dzięki temu możliwe jest wstępne zaplanowanie miejsc, w których odwierty pod pompy ciepła będą technicznie wykonalne. Na tym etapie sprawdza się także dostępność terenu dla sprzętu wiertniczego oraz potencjalne ograniczenia prawne. W wielu przypadkach konieczne może być pozwolenie na odwierty pod pompy ciepła lub konieczność zachowania określonych odległości od granic działki i zabudowań.

2. Wybór rozdzielacza do pompy ciepła

Dobór rozdzielacza odbywa się już po wstępnej analizie układu odwiertów. Bierze się pod uwagę liczbę sond, ich planowaną głębokość oraz sposób prowadzenia instalacji do budynku. Rozdzielacz musi umożliwiać równomierne rozdzielenie czynnika między wszystkie obiegi, co przekłada się na stabilną pracę całego systemu i prostszą regulację w przyszłości. Na tym etapie określa się także sposób późniejszego serwisowania i możliwości rozbudowy instalacji.

3. Przygotowanie projektu odwiertów pod pompę ciepła

Projekt zbiera wszystkie przygotowane dotychczas dane w konkretny plan działania. Określa on dokładną liczbę, głębokość oraz rozmieszczenie odwiertów pod pompy ciepła, dostosowaną do zapotrzebowania budynku. Uwzględnia się również rodzaj gruntu oraz planowaną moc pompy. Dzięki temu wykonanie usługi przebiega według jasno określonych założeń, bez potrzeby szukania rozwiązań w trakcie prac wiertniczych. Dokumentacja ustala też kolejność robót i jasno określa zakres odpowiedzialności po obu stronach.

4. Weryfikacja projektu przez klienta

Gotowy projekt trafia do klienta do sprawdzenia. Jest to etap, w którym inwestor może zobaczyć, jak dokładnie będą rozmieszczone odwierty oraz którędy instalacja trafi do budynku. Weryfikacja pozwala uniknąć nieporozumień i zostawia klientowi pełną kontrolę nad zakresem prac. Może on wtedy zgłosić swoje zastrzeżenia lub uwagi jeszcze przed rozpoczęciem prac. Po akceptacji dokumentacji można przejść do planowania terminu i logistyki realizacji zlecenia.

5. Ustalenie terminu i realizacja odwiertów

Po zatwierdzeniu projektu ustalany jest termin prac i zakres działań w terenie. Odwierty pod pompy ciepła wykonywane są zgodnie z dokumentacją i wcześniej przyjętymi założeniami technicznymi. Taki sposób realizacji ogranicza zakres robót do niezbędnego minimum i upraszcza prace porządkowe po ich zakończeniu. Czas wykonania zależy od liczby odwiertów oraz warunków gruntowych i w większości przypadków zamyka się w ciągu jednego lub kilku dni. W dniu realizacji wiertnica wykonuje otwory w zaplanowanych miejscach, a następnie pracownicy montują sondy. Na koniec wypełnia się odwierty pod pompę ciepła odpowiednią mieszanką i wyprowadza pętle do rozdzielacza oraz przygotowuje podejście instalacji do budynku.

Odwierty pod pompę ciepła to prace, które wymagają dobrego przygotowania jeszcze zanim wiertnica wjedzie na działkę. Gdy dokumentacja, projekt i ustalenia są gotowe, sama realizacja przebiega sprawnie.

Samodzielna wiertnica do pompy ciepła - metody i budowa

Wiercenie studni na miejscu to zadanie na dużą skalę, a nie każdego właściciela domu stać na usługi profesjonalnej ekipy. Łatwiej jest wykonać całą pracę samodzielnie, co znacznie obniża koszty. Samodzielne wykonanie wiertnicy może być opłacalne w porównaniu z rzeczywistymi cenami wierceń. Poniżej przedstawiamy, jak zrobić maszynę do ręcznego wydobywania ujęcia wody, co można zaadaptować do wykonania mniejszych odwiertów pod sondy spiralne pompy ciepła.

Początkujący wiertnik musi uzbroić się w cierpliwość i przygotować się na wykonanie niełatwej pracy. Do wykonania platformy i wiertnicy potrzebne będą także dostępne narzędzia i niedrogie materiały, a także zdrowy rozsądek i kilku przyjaciół do pomocy.

Zasady wiercenia studni

Wiercenie studni to dzieło sztuki, ponieważ wynik jest nieprzewidywalny, a każda konstrukcja jest wyjątkowa. Zadanie polega na wykonaniu w ziemi długiego i wąskiego szybu do poziomu wodonośnego i wpuszczeniu do niego rury osłonowej w celu wzmocnienia ścian wykopu. W tym procesie będziesz musiał wydobyć dużo gleby, która może być bardzo różna: od kawałków granitu po piasek zmieszany z wodą. Wiele zależy od głębokości warstwy wodonośnej. Czasem trzeba przejść mniej niż 10 metrów, żeby się tam dostać, a czasem studnia wodonośna sięga kilkudziesięciu, a nawet setek metrów. Wszystko to wpływa na metody i czas wiercenia.

Aby zbudować studnię, istnieją dwie główne metody: udarowa i obrotowa, w nowoczesnej interpretacji ślimakowej. Domowe wiertnice do wierceń ręcznych budowane są według jednego projektu - wiertnica wykonana jest w formie statywu.

Metoda udarowo-linowa

W tej metodzie wiercenie odbywa się za pomocą wąskiego i ciężkiego pocisku zwanego wyciągaczem. Jest on zawieszony na linie lub kablu, który jest przerzucony nad blokiem przymocowanym do statywu. Do wyciągania wiertła z wału służy wciągarka z silnikiem, chociaż w razie potrzeby można to również zrobić ręcznie. Pocisk zostaje kilkakrotnie zrzucony na dno kopalni z wysokości kilku metrów. Spulchnia ziemię, której część wpada do wnęki wyciskacza. Po zagłębieniu się w ziemię na głębokość około 0,5 m wiertło jest usuwane z pnia. Łuska jest czyszczona i wrzucana z powrotem do kopalni. Proces powtarza się, aż dotrą do wody.

Metoda liny udarowej jest bardzo stara, stosowana od stuleci. Wykonanie ściągacza jest stosunkowo łatwe, potrzebna będzie blacha stalowa o grubości 4-5 mm lub grubościenna rura Ø 110-120 mm, a także umiejętność pracy ze spawarką. Można pracować samemu z wyciągaczem, chociaż z asystentem wszystko pójdzie znacznie szybciej.

Zaletami wiercenia udarowego jest nie tylko jego dostępność. Dmuchawa jest niezawodna, przejeżdża przez prawie każdą glebę z wyjątkiem skał skalistych. W przypadku konieczności pokonania warstwy gliny piaszczystej lub iłu, wytrząsacz zastępuje się odpowiednio dobraną szybą - wąskim cylindrem bez zaworu na dnie.

• Dmuchawa służy do podnoszenia każdego rodzaju gruntów niespoistych: piasku, tłucznia, żwiru i złóż żwirowych. Służy do udrażniania dna studni oraz w trakcie eksploatacji kopalni do usuwania osadów mułowych.
• Szkło skutecznie niszczy skały ilaste, które dzięki własnej zdolności do zagęszczania i przylegania do ścian utrzymują się w jego zagłębieniu.

Przy ręcznym wierceniu linowo-udarowym, wyciągacz i szkło stosuje się na zmianę w zależności od potrzeb. Gdy przejście przez wytrząsacz znacznie się zmniejszy, oznacza to, że natrafił on na strop gliniasty lub piaszczysto-gliniasty, dlatego zastępuje się go szkłem. Gdy tylko ziemia zniszczona w studni nie zalega już we wnęce szkła, zastępuje się ją ściągaczem. W jednej „sesji” można pogłębić wał o metr, chociaż częściej liczba ta jest skromniejsza, około 20-40 cm. Jest to wada metody liny udarowej - praca zajmuje dużo czasu. Na glebach gliniastych i plastycznych skuteczniejsze jest użycie świdra lub innego wiertła spiralnego.

Przy wierceniu ręcznym najczęściej konieczne jest łączenie metod udarowo-linowych z obrotowymi, dlatego lepiej zaopatrzyć się w minimalny zestaw pocisków pokazany na schemacie.

Metoda obrotowa (ślimakowa)

Narzędziem roboczym instalacji świdrowej jest kolumna prętów z wiertłem na dolnym końcu. Narzędzie jest dosłownie wkręcane w ziemię, która częściowo jest podtrzymywana przez jego ostrza. Okresowo świder wraz z spulchnioną ziemią jest usuwany na powierzchnię, a przodek z zawalonym wysypiskiem oczyszczany jest za pomocą ubijaka. Potem znowu wierci się świdrem, wnikając głębiej w ziemię z każdym zakrętem. Pręty są stopniowo zwiększane w miarę pogłębiania się wału. Po pierwsze, długość przewodu wiertniczego zwiększa się poprzez przymocowanie jednego pręta. Gdy jego górna część zrówna się prawie z głowicą odwiertu, należy przymocować drugą, potem trzecią itd. Wiertło można obracać ręcznie lub za pomocą wirnika silnika elektrycznego.

Aby utrzymać żerdź w prawidłowej pozycji pionowej, w przemysłowych wiertnicach mobilnych zastosowano ramę pionową przymocowaną do łóżka. Korzystając z tej zasady, możesz stworzyć własną maszynę. Schemat przedstawia wersję domowej wiertnicy, a także wynik: stosunkowo kompaktowe urządzenie do wiercenia studni.

Równolegle z pogłębianiem odwiert jest obudowany, tj. w wywierconym otworze instalowana jest rura, której średnica jest o 1-2 cm większa niż ten sam rozmiar pocisku. Ogniwa obudowy łączone są w jedną konstrukcję poprzez skręcanie lub spawanie.

W przypadku doprowadzenia do studni osłonowej dużej ilości wody pod ciśnieniem, dno można oczyścić bez użycia zbieracza. Metodę tę z powodzeniem stosują profesjonalne zespoły. Woda powoduje erozję rozluźnionej gleby i wypłukuje ją na powierzchnię. Płuczka wiertnicza kilkakrotnie przyspiesza pracę, ale wszystko wokół zostanie zalane wodą zmieszaną z brudem. I nie da się w ten sposób przedostać przez kamieniste gleby. Wszystko to należy wziąć pod uwagę, zanim zaczniesz tworzyć własną wiertnicę. Ponadto musisz określić swoje cele i zadania.

Jeśli potrzebujesz jednostki do budowy tylko jednej lub dwóch studni, nie musisz się zbytnio martwić o dokładność wykonania. Jednak solidna i trwała wiertnica może być dobrym powodem do założenia własnej firmy wiertniczej.

Produkcja wiertnic udarowo-linowych DIY

Statyw z wywijakiem to konstrukcja prosta, jak wszystko genialne. Jego wymiary można oszacować „na oko”, nie są tu potrzebne szczególnie dokładne obliczenia inżynierskie. Przykładowo wysokość statywu, na którym będzie mocowany ściągacz, powinna być o około metr większa od tej wiertarki. Jeśli prace wiertnicze przeprowadzane są w piwnicy domu, wymiary konstrukcji będą ograniczone wysokością sufitu.

Wiercenie udarowo-linowe odbywa się za pomocą ciężkiego pocisku - ściągacza. Jest zrzucany z wysokości, ziemia zapada się i wypełnia wnękę wewnątrz wyciskacza, po czym urządzenie jest wyjmowane i czyszczone. Na otwartej przestrzeni wytrząsacz można zawiesić wyżej w celu zwiększenia siły uderzenia, ale nie przesadzaj, to nie jest zawsze skuteczne. Sam bailer powinien być dość ciężki. Aby skutecznie spulchnić ziemię, lepiej zrobić nacięcia na jej podeszwie lub zeszlifować ostrą krawędź.

Uważa się, że optymalna długość wiercenia wynosi od 1,8 do 2,2 metra, tak aby wiertnik mógł swobodnie sięgnąć do górnej części wiertła w celu podłączenia lub odłączenia kabla. Jednak przy wierceniu ręcznym za najlepszą długość ściągacza uważa się 1,0 - 1,2 m. Rozmiar ten pozwala dosięgnąć dłonią dna pocisku, jeśli nie opróżnia się on np. przy przyklejaniu się gliny. Do wiercenia udarowego linowego wykorzystuje się wyciągarkę o długości około 1,2 - 2,0 metra. Pocisk musi być na tyle ciężki, aby rozbić ziemię i wyciągnąć ją na powierzchnię w dużych ilościach. Dmuchawa wykonywana jest najczęściej z kawałka metalowej rury, pożądana grubość metalu to 4 - 6 mm.

Kroki budowy wyciągacza:

1. Przygotuj kawałek rury o odpowiednim rozmiarze.
2. Zrób zawór na dnie pocisku.
3. Zgrzej siatkę ochronną na górze.
4. Zagotuj uchwyt lub „uszy”, aby zabezpieczyć linę.
5. Naostrz spód pocisku lub przyspawaj kilka „zębów” z kawałków metalu lub kawałków grubego drutu.
6. Zrób statyw z metalowych rur.
7. Zamontuj blok, wciągarkę i silnik, aby podnieść pocisk z wału.
8. Przywiąż linę do ściągacza i zmontuj konstrukcję.

Na szczególną uwagę zasługuje zawór bailer. Pociski o małej średnicy wykorzystują zawór kulowy. Do swojej roli nadaje się metalowa kulka o średnicy nieco większej niż połowa średnicy ściągacza. Jeśli nie zostanie znaleziona odpowiednia kula, można ją wykonać ze złomu. Na przykład do tych celów często stosuje się mieszaninę śrutu ołowianego i żywicy epoksydowej, rolę formy odlewniczej pełni swego rodzaju piłka dziecięca wykonana z tworzywa sztucznego lub gumy. Zawór kontaktronowy wyciskacza składa się z okrągłego kawałka metalu, który zamyka szczelinę w dnie szklanki, a także sprężyny, która utrzymuje ją w pozycji zamkniętej. Podkładka z otworem o średnicy mniejszej niż średnica kulki jest przyspawana od dołu, aby nie wyleciała. W tym samym celu u góry, w pewnej odległości od kratki ochronnej, umieszczony jest korek - kawałek metalu ograniczający ruch piłki w górę. Siatka druciana zapobiega wypadaniu dużych kawałków ziemi z prasy.

Kula zaworu nie może spaść poniżej poziomu zaostrzonej krawędzi lub metalowych zębów, w przeciwnym razie pochłonie siłę uderzenia. Z drugiej strony „zęby” nie powinny być zbyt długie, w przeciwnym razie nie pozwolą, aby część ziemi dostała się do wnętrza ubijaka. W górnej jednej trzeciej korpusu ściągacza wycięte jest okienko. Będzie potrzebna w przypadku konieczności oczyszczenia pełnego czerpaka z ziemi, która zgromadziła się w jego wnętrzu.

Do wykonania zaworu kulowego do ściągacza potrzebna jest metalowa kulka o średnicy około 60 mm. Taki element można zdemontować z dużego łożyska.

Inną opcją zaworu jest zawór płatkowy. Wykonany jest z kawałka metalu. Zawór kontaktronowy wygląda jak okrągłe drzwiczki przymocowane do sprężyny w dolnej części ściągacza. Kiedy pocisk porusza się w dół, zawór otwiera się pod naciskiem gleby, a następnie sprężyna go zamyka i utrzymuje glebę w środku. Czasami taki zawór jest uszczelniony kawałkiem gumy, ale nie jest to konieczne.

Jeśli podczas wiercenia domowy baker okaże się, że wychwytuje za mało ziemi, być może projekt trzeba po prostu trochę poprawić. Czasami trzeba nieco powiększyć prześwit w dolnej części urządzenia. Jeżeli pocisk okaże się za lekki należy go dociążyć. W tym celu górna część czerpaka jest czasami wypełniana betonem. Ale możesz po prostu przymocować dodatkowe obciążenie na ruchomym złączu od góry.

Statyw do wiercenia udarowego może być wykonany z metalowej rury, ale do krótkotrwałego użytkowania nadaje się również trwałe drewno, na przykład drewno o grubości 150-200 mm. Na glebach lepkich skuteczny może być ubijak bez zaworu. Gęsta gleba jest upakowana wewnątrz pocisku i utrzymuje się tam w sposób naturalny. Takie urządzenie czyści się przez wąski pionowy otwór z boku. Jeśli to możliwe i konieczne, należy wykonać dwa różne mulatory, aby móc je stosować na różnych glebach. Dmuchawa służy również do oczyszczenia gotowej studni z piasku i brudu.

Produkcja wiertnic obrotowych DIY

Rama takiej instalacji może być wykonana w formie statywu, ale częściej składa się z pionowych prowadnic zamontowanych na stojaku i połączonych od góry poziomą konstrukcją. Rama maszyny musi bezpiecznie podtrzymywać kolumnę roboczą wiertło i wysuwane pręty podczas wydobywania ich ze studni. Na schemacie wyraźnie widać budowę wiertnicy na ramie metalowej z krętlikiem, wiertarką, wciągarką elektryczną i motoreduktorem.

Kroki budowy świdra i wiertnicy:

1. Kilka zwojów metalowego paska jest przyspawanych do odcinka wąskiej metalowej rury o długości około 1,5 metra, aby utworzyć coś w rodzaju gwintu.
2. Do krawędzi ślimaka przymocowane są noże, których krawędzie tnące powinny znajdować się pod kątem do poziomu.
3. Noże są naostrzone.
4. Trójnik z gwintem wewnętrznym przykręca się lub przyspawa do górnej krawędzia wiertła.
5. Przygotowuje się odcinki metalowej rury o tej samej średnicy jak również rury świdra, w celu dalszego zwiększenia długości przewodu wiertniczego. To są sztangi.
6. Na tych odcinkach rur wycina się gwinty w celu ich połączenia lub wierci się otwór w celu zamocowania za pomocą kołka blokującego. Jednakże, aby zwiększyć długość żerdzi wiertniczej, z powodzeniem stosuje się również połączenie sprzęgające lub blokujące.

Wiertnica może być wykonana z rur metalowych, kanałów lub drewna. Najważniejsze, że bezpiecznie trzyma przewód wiertniczy. W górnej części ramy zamontowany jest blok, który połączony jest z wciągarką służącą do podnoszenia ciągu rurowego wraz z wiertłem. Uważa się, że wieża jest konieczna tylko wtedy, gdy wiercenie studni ma głębokość ponad ośmiu metrów. Bez niego można wywiercić małą konstrukcję, ale praca nadal będzie trudna.

Zwiększenie długości żerdzi znacznie powoduje, że sznur jest cięższy, dlatego do jego podnoszenia wykorzystuje się silnik elektryczny z wciągarką. Jeśli planujesz wiercić „na mokro”, wiertło obraca się również za pomocą silnika elektrycznego. Eksperci uważają, że najlepszą opcją do tych celów jest standardowe urządzenie o mocy 2,2 kW przy 60-70 obr./min, które można zasilać ze zwykłego gniazdka 220 V. Odpowiednie mogą być modele takie jak 3MP 31,5, 3MP 40 czy 3MP 50.

Krętlik jest elementem, za pomocą którego przekazywany jest moment napędowy z silnika elektrycznego na żerdź. Za jego pośrednictwem do kopalni dostarczana jest również płuczka wiertnicza. Do ruchomej części tego urządzenia przymocowane są żerdzie wiertnicze. Do płynu wiertniczego przeznaczona jest specjalna uszczelniona rura.

Ponieważ krętlik podczas wiercenia stale się porusza, źle wykonany może bardzo szybko pęknąć. Aby temu zapobiec, należy przestrzegać dwóch zasad: do jego produkcji używać wyłącznie stali o wysokiej wytrzymałości oraz zapewnić minimalną szczelinę pomiędzy elementami statycznymi i ruchomymi urządzenia.

Jak już wspomniano, przy budowie samodzielnie wykonanych wiertnic do studni nie ma super rygorystycznych zasad. Najczęściej konstruowana jest konstrukcja hybrydowa, która pozwala na jednoczesne zastosowanie zarówno metody udarowo-linowej, jak i wiercenia obrotowego. W tym projekcie ułożona jest ta sama rama, co pozwala na przejście z jednej metody na drugą bez dokonywania jakichkolwiek zmian projektowych. Jest to odmiana wiertnicy kombinowanej, która może być stosowana zarówno do wiercenia udarowo-linowego, jak i wiertniczego.

Przykładowa instalacja DIY pompy ciepła z sondami spiralnymi

Inwestor dysponujący działką z wodą gruntową na około 2 metrach oraz podłożem piaskowo-glinianym, z miejscem pod dolne źródło od południa i dobrym nasłonecznieniem, rozważa wykonanie dolnego źródła w postaci sond spiralnych na głębokość 6 metrów. Planuje zastosowanie rur PEX/AL/PEX lub PE100 na potrzeby pompy ciepła o mocy 6-8 kW, co będzie wymagało 6 sztuk sond. Taka instalacja zajmuje mało miejsca, jest mniej inwazyjna i zazwyczaj nie wymaga specjalnych pozwoleń.

Sposób wykonania zakłada przygotowanie 6 dołów o głębokości 110 cm, a następnie wykorzystanie świdra do wykonania odwiertu na 5 metrów w osłonie rury karbowanej przepustowej. Sondy zostaną spięte w szeregu po 3 sztuki. Dalej, studzienka zbiorcza z rozdzielaczami na rotametrach posłuży do podłączenia zasilania i powrotu do pompy w budynku.

W kontekście tego typu instalacji często pojawia się pytanie o konieczność zastosowania bufora, zwłaszcza, że o pompach powietrznych jest dużo informacji, a o gruntowych - znacznie mniej. W przypadku słabszych jakościowo pomp powietrznych ze słabą modulacją i przepływami, bufor jest często zalecany. Kwestią jest również, jak wpiąć pompę ciepła do instalacji CO - czy normalnie, tak jak kocioł w instalację ciśnieniową, czy trzeba stosować jakieś wymienniki. Standardowo, pompy gruntowe wpinane są bezpośrednio w instalację CO.

tags: #diy #wiertnica #do #pompy #ciepla