Dla ekonomicznego działania pompy ciepła ważne jest dobranie i skonstruowanie odpowiedniego dolnego źródła – miejsca skąd pompa ciepła będzie czerpać ciepło. Pomijając szczęśliwych właścicieli źródeł ciepła odpadowego, w typowych warunkach będą to:

1. kolektor glikolowy poziomy
2. kolektor glikolowy pionowy
3. układ „dwie studnie”

Pierwszy z wymienionych to układ rur z tworzywa zagłębionych w ziemi na niewielkiej głębokości. Do dobrania mamy: głębokość, długość rury, średnicę rury. Głębokość można dobrać znając maksymalną głębokość przemarzania gruntu dla danej okolicy; nasz kolektor postaramy się umieścić ok. 20 cm – 40 cm niżej, przy czym należy zauważyć że dalsze jego zagłębianie niewiele go „ulepszy”, znakomita większość ciepła jakie nasz kolektor pozyska pochodzić będzie: ze słońca, „z góry”, należy jednak zadbać by teren kolektora był jak najlepiej nasłoneczniony (bez drzew, krzewów). Zależnie od układu rur, przewodności cieplnej gruntu, nasłonecznienia, temperatury średniorocznej, .... dobieramy długość rury. Dla warunków w Kraju można przyjąć że 1 kW mocy chłodniczej (czyli ~1,25 kW mocy grzewczej) wymagać będzie ok. 100 m rury. Rurę układa się liniowo, lub spiralnie. Dla ułożenia liniowego można użyć nieco mniej rury, ale wykop pod kolektor spiralny jest tańszy. Typowa gałąź ma moc chłodniczą 1,5 kW ; przepływ ~0,25 m3/h; 150 m rury średnicy 32 mm z PE, i leży w wykopie 1,2 m – 1,8 m głębokim, szerokim na ok. 1,8 m, a długim na ok. 20 m (fotografie). Podobną moc uzyskać można układając liniowo ok. 130 m rury co ~40 cm jedna od drugiej. Tak wykonane gałęzie łączy się równolegle dla uzyskania żądanej mocy chłodniczej. Często spotkać można się z poglądem że spiralny układ kolektora nie nadaje się jako dolne źródło do pompy ciepła, tylko do zrzutu ciepła z klimatyzacji, bowiem następuje przemrażanie gruntu na skrzyżowaniach rury, istotnie takie zjawisko występuje, ale dla typowych w Kraju warunków i podanego „przepisu” na kolektor spiralny temperatura glikolu będzie w nim na poziomie 0 st.C na wlocie i – 5 st.C na wyjściu (na wiosnę) i przemrażanie będzie zachodzić w niewielkim stopniu ! Powierzchniowy wskaźnik mocy to ok. 25 W/m2.

W bardzo podobny sposób wykonuje się kolektor glikolowy pionowy, lecz zamiast wykopów, wykonać należy odpowiednie odwierty. Często stosuje się głębokość odwiertów 30 m – jak wynika z przepisów „robienie dziur” w ziemi do tej głębokości nie wymaga zezwoleń ! Oczywiście jeżeli mamy maszynę wykonującą tanio odwierty o innych głębokościach to nic nie stoi na przeszkodzie by je wykonać, wydaje się jednak że głębokość 20m – 50 m jest optymalna !, należy zauważyć że obie części U-rury w odwiercie umieszczone są bardzo blisko siebie, a zysków ciepła „z wnętrza ziemi” nie należy się spodziewać (wzrost temperatury w odwiercie to ok. 0,7 K na 100 m głębokości !)

Jeżeli mamy już taki odwiert to należy w nim umieścić rurę z tworzywa PE połączoną w tzw. U-rurkę. Można przyjąć że z jednego takiego odwiertu „wyciągnie się” ~0,8 kW mocy chłodniczej. Odwierty takie wykonuje się co najmniej 5 m jeden od drugiego. Tak wykonane wymienniki łączy się w układ równoległo – szeregowy lecz nie więcej niż 3 w jednym poł. szeregowym (8 szt. połączymy w 4 gałęzie po 2 odwierty w każdej, 11 szt. w 5 gałęzi lecz w jednej będą 3 odwierty, ... staramy się przy tym by długości poszczególnych gałęzi były zbliżone !) Niewielkimi różnicami długości nie należy się przejmować; układ ma własności samoregulacji: w krótszej gałęzi będzie większy przepływ i niższa temperatura, więc i roztwór glikolu będzie bardziej lepki, a to oczywiście zmniejszy przepływ !

Słów kilka o materiałach: wymiennik pompy ciepła wykonany jest przeważnie ze stali kwasoodpornej lutowanej czystą miedzią, rury kolektorów z PE (polietylen), pompa obiegu z żeliwa, rzadziej z brązu, rozdzielacze z PE, innego tworzywa lub żeliwa, inne komponenty z żeliwa, mosiądzu, miedzi, brązu. Roztwór glikolu (szczególnie etylenowego) wykazuje duże oddziaływanie korozyjne na niektóre metale, dlatego też należy bezwzględnie stosować odpowiednie inhibitory korozji, zalecany jest też glikol propylenowy; ma on co prawda nieco gorsze własności cieplne, i jest droższy, lecz o wiele mniej toksyczny, bardziej ekologiczny i mniej korozyjny ! W obiegu dolnego źródła NIE STOSUJE SIĘ ELEMENTÓW OCYNKOWANYCH – jak dotąd nie wynaleziono inhibitorów glikol–cynk. Stężenie glikolu powinno być dobrane na najbardziej niekorzystny przypadek - zatrzymanie pompy obiegu; z reguły presostat pompy ciepła wyłączy ją po obniżeniu się temperatury (i ciśnienia) freonu do ok. – 15 st.C, ale chcąc pewnie chronić wymiennik należy przyjąć że będzie to – 20 st. C ! Nie należy „na wszelki wypadek” dawać za dużych stężeń glikolu – w stężeniu powyżej 50% roztwór nie zamarza, a „kaszkuje”, ale ma o wiele większą lepkość i mniejsze ciepło właściwe; wymagałby zatem większej pompy obiegu.

Warto też zastosować oprócz wody, glikolu, inhibitorów; jeszcze składnik zmniejszający lepkość roztworu, także temperaturę krzepnięcia. Mieszanina trzech lub więcej składników ma przeważnie niższą temperaturę krzepnięcia, niż dwóch.

Wybór między poziomym, a pionowym układem dolnego źródła jest oczywisty; pierwszeństwo z uwagi na niższy koszt ma kolektor poziomy, nieco lepsze własności kolektora pionowego (szczególnie na wiosnę), nie zawsze warte są znacznie wyższej ceny.

Pozostaje jeszcze często zalecany układ „dwie studnie”; nie podzielam zachwytów nad jego sprawnością.

Po pierwsze pompa ciepła musi mieć dodatkowe zabezpieczenie ciągłości przepływu wody ! Ale najważniejszy jest skład wody i gwarancja wydatku studni ! Woda nie może zawierać: żelaza, manganu, osadu, być za twarda. Co prawda wymiennik pompy ciepła daje się czyścić (kwasem azotowym, ortofosforowym, szczawiowym), ale trudno mówić o właściwym i bezproblemowym działaniu układu jak czyszczenie jest co pół roku ! Typowe jest też zapychanie się studni zrzutowej (kolmatacja), i tak inwestor może stać się niespodziewanie posiadaczem całkiem sporego stawu z gwarantowaną dostawą wody 24 m3/ dobę ! Oczywiście jeżeli w studni jest woda nie zawierająca wymienionych powyżej składników mineralnych, jest ona ze złoża z głębokości 15 m – 30 m, jej lustro jest na dynamicznym poziomie do 6 m (tańsza pompa), a warstwy geotechniczne gwarantują stały wydatek i pochłanianie studni; to może warto ryzykować i .... grzać dom o ok. 10% taniej, za to płacić za czyszczenie wymienników i konserwację studni. Układ dwie studnie daje oczywiście wyższą temperaturę dolnego źródła (o ok. 8 Kelvinów) ale należy pamiętać że pompowanie wody między dwoma studniami wymagać będzie znacznie większej mocy (~x 2,5) niż wywołanie przepływu w zamkniętym układzie glikolu !