Gruntowy wymiennik ciepła – GWC

Gdy już rozważyliśmy sens zastosowania w domu rekuperacji warto rozważyć zamontowanie gruntowego wymiennika ciepła. Jest to, można powiedzieć, ekologiczna i prawie darmowa klimatyzacja.

Dzięki wykorzystaniu naturalnych zjawisk przygotuje nam powietrze wentylacyjne w taki sposób, że i latem i zimą odczujemy pozytywne skutki tej inwestycji.


Jak to działa?


Temperatura pod powierzchnią ziemi na głębokości poniżej przemarzania jest dosyć stabilna i różni się od tej panującej na powierzchni. Przepływające pod ziemią powietrze zimowe ogrzeje się i nawilży, a powietrze letnie osuszy się i ostudzi nawet o 8 do 15oC. GWC odzyskuje ciepło lub chłód z ziemi, w zależności co jest nam aktualnie potrzebne.

☸ ZIMĄ

GWC pełni zimą funkcję nagrzewnicy wstępnej. Powietrze zewnętrzne (zimne) zasysane przez czerpnię do GWC położonego pod ziemią, gdzie średnia temperatura to 4-8oC ogrzewa się od cieplejszych ścianek rur wymiennika i płynie do rekuperatora, gdzie przechodzi przez wymiennik krzyżowy. Na tym wymienniku cieplejsze powietrze wywiewane z budynku, już ogrzane przez system grzewczy, ogrzewa wstępnie podgrzane w GWC powietrze zewnętrzne. Ponieważ na wymiennik rekuperatora trafia powietrze już nie takie zimne, różnica temperatur jest mniejsza i rekuperator jest zabezpieczony przed zamarznięciem. Za koszt napędu wentylatora podgrzewa nam powietrze zewnętrzne, czyli robi to co robiłaby grzałka tylko taniej bo przy użyciu mniejszej ilości energii.

☀ LATEM

GWC pełni latem funkcję chodnicy. Powietrze zewnętrzne (ciepłe) zasysane jest przez czerpnię do gruntowego wymiennika ciepła położonego w warstwie gruntu o średniej temperaturze 4-8oC. Płynąc odpowiednio długi czas ochładza się od zimnych ścianek rur wymiennika. Żeby powietrze powtórnie nie nagrzało się przechodząc przez wymiennik w rekuperatorze trzeba zastosować obejście wymiennika, tzw. by-pass.

☂ W OKRESACH PRZEJŚCIOWYCH WIOSNA – JESIEŃ – REGENERACJA

Tak jak dolne źródło ciepła dla pompy ciepła tak i gruntowy wymiennik ciepła potrzebuje odpocząć i zregenerować się. Podczas letnich upałów i zimowych mrozów temperatura gruntu wokół rur wymiennika zmienia się i żeby mogła powrócić do średniej warto w okresie wiosny i jesieni przełączyć się na czerpnię ścienną.


Co potrzebne do doboru?


Gruntowych wymienników ciepła jest kilka rodzajów. Żeby wybrać odpowiedni dla siebie trzeba zebrać kilka informacji:

☛ Rodzaj gruntu pod budowę GWC

ma wpływ na sprawność GWC, najmniej sprawny jest suchy piasek, szybko się nagrzewa, ale też szybko stygnie. Grunty bardziej spoiste, np. gliny mają o wiele lepsze właściwości

☛ Poziom wód gruntowych w miejscu posadowienia GWC

woda jest nośnikiem ciepła dla gruntu, ale stały wysoki poziom wód gruntowych w niektórych rodzajach GWC może przeszkadzać z uwagi na to, że nie są szczelne, a stojąca woda wpłynie niekorzystnie na jakość powietrza docierającego do pomieszczeń. Szczelność GWC na przenikanie wód gruntowych pod ciśnieniem 2,5bar można uzyskać montując odpowiedni system rur o połączeniach specjalnie skonstruowanych, albo wykonując wymiennik gruntowy z jednego odcinka rury bez połączeń w ziemi

☛ Wielkość terenu pod budowę GWC

płytko posadowiony wymiennik wyklucza sadzenie drzew na jego trasie i w okolicy z uwagi na rozbudowany system korzeniowy

☛ Strefa klimatyczna i związana z nią głębokość przemarzania gruntu

na głębokości 1,5-1,8m panują średnie temperatury rzędu 4-8oC w zależności od rodzaju gruntu. Ważne jest, żeby GWC posadowić poniżej głębokości przemarzania, żeby był jak najbardziej efektywny także zimą przy okazji mrozów. Przesadzanie z głębokością posadowienia więcej niż to konieczne narazi inwestora tylko na większe koszty prac ziemnych. Na głębokości 2 czy 4m panują podobne temperatury

☛ Powierzchnia użytkowa domu

wielkość GWC dobieramy do ilości powietrza potrzebnego do wentylacji, a ta zależy od wielkości domu


Jakie są rodzaje gruntowych wymienników ciepła?


Rurowy

rura z tworzywa sztucznego, ułożona pod ziemią poniżej głębokości przemarzania gruntu, zakończona czerpnią powietrza, zabezpieczoną filtrem i siatką przed gryzoniami. Rura ułożona w odcinku prostym, w kształcie litery U lub S wokół budynku, zachowując bezpieczną odległość od fundamentów, albo w układzie Tichelmanna, który zmniejsza opory przepływu powietrza przez wymiennik gruntowy. Minimalna średnica rury powinna być równa lub większa od średnicy króćca centrali wentylacyjnej. Najlepiej zastosować rury z powłoką antybakteryjną (np. REHAU AWADUKT), co uchroni i zapobiegnie namnażaniu się bakterii we wnętrzu wymiennika oraz zabezpieczy przed powstawaniem nieprzyjemnych zapachów. W takim wymienniku zbierają się skropliny, więc konieczne jest zastosowanie studzienki chłonnej. Rury układamy ze spadkiem 2% od domu do czerpni, a układając rury na załamaniach stosujemy kolana 45o zamiast 90o, żeby ułatwić przepływ powietrza we wnętrzu wymiennika.

Żwirowy

w wykopie o pojemności kilkunastu metrów sześciennych ułożony jest płukany żwir o frakcji 40 – 80mm, a wykop obłożony jest geowłókniną. Ma tę zaletę, że oprócz chłodzenia powietrza latem i ogrzewania zimą filtruje powietrze nawiewane do budynku. Wymiennik żwirowy potrzebuje czasu na regenerację, pracuje w trybie 12h/12h. Jeśli na działce mamy wysoki poziom wód gruntowych musimy poszukać innego rozwiązania. Zalany wodą wymiennik gruntowy nie spełnia swojego zadania. Jeśli nie będzie możliwy odpływ wody ze złoża albo żwir użyty do budowy nie będzie dostatecznie przepłukany przed ułożeniem spowoduje to powstanie nieprzyjemnych zapachów, które przedostaną się do instalacji wentylacyjnej. W niektórych rejonach kraju zastosowanie lokalnych kruszyw może spowodować zwiększenie ilości szkodliwego radonu w powietrzu wentylacyjnym wprowadzanym do budynku. Przepływ powietrza przez wymiennik żwirowy generuje większy opór, dlatego potrzebny jest rekuperator o większym sprężu.

Bezprzeponowy

na warstwie żwiru ułożona jest warstwa płyt z tworzywa sztucznego. Powietrze przepływa w przestrzeni pomiędzy złożem żwirowym a płytami, na płytach układa się styropian oraz folię i zasypuje ziemią – rozwiązanie to jest chronione patentem. Zaletą tego wymiennika gruntowego jest to, że gwarantuje bardzo długą pracę bez konieczności regeneracji i nie generuje dużych oporów przepływu powietrza. Tak jak w przypadku żwirowego wymiennika gruntowego nie wolno stosować bezprzeponowego wymiennika przy wysokim poziomie wód gruntowych. Można za to zbudować go pod podłogą budynku.

Glikolowy

zbudowany z przewodu o średnicy 2-4cm i długości 120-250m, umieszczonego pod ziemią poniżej głębokości przemarzania gruntu, wypełnionego glikolem. Żeby działał wystarczy uruchomić pompę obiegu glikolu. Nie ma w układzie czerpni terenowej, a na kanale czerpni przed centralką wentylacyjną montuje się dodatkowy wymiennik ciepła glikol – powietrze. Można go montować przy wysokim poziomie wód gruntowych.


Jaki rekuperator przy GWC?


☛ z większym sprężem i automatyczną zmianą prędkości obrotowej wentylatorów – dodatkowe kanały to dodatkowe opory przepływu powietrza. Chodzi o to, żeby do pomieszczeń dostarczyć powietrze w odpowiedniej ilości w odpowiednim czasie, bez strat. Zwykły rekuperator może być za słaby

☛ z by-passem lub wkładem letnim – latem nie potrzebujemy ogrzewać powietrza rekuperatorem, ale dobrze byłoby je schłodzić w GWC. Przyda się więc automatycznie działające obejście wymiennika w rekuperatorze

☛ z automatycznym wyborem czerpni – odpowiednia automatyka podpięta pod czujniki temperatury i ustawiona na dogodne parametry sama wybierze, którą czerpnię otworzyć, ścienną czy gruntową, steruje także by-passem


Czy jest niezbędny?


Rekuperację stosujemy głównie po to, żeby zaoszczędzić na ogrzewaniu. Wstępnie podgrzane powietrze na wymienniku krzyżowym w rekuperatorze nie wychładza nam tak domu jak nawiew chłodnego powietrza z nawiewników okiennych. Z GWC zimą będzie podobnie tylko jeszcze cieplej, a dodatkowo uzyskamy powietrze nawilżone. Co latem? Sam rekuperator z wkładem letnim, czyli bez wymiennika odzyskującego ciepło, to po prostu centralka nawiewno – wywiewna. Będziemy mieli zapewnioną stałą wymianę powietrza. Zastosowanie GWC pozwoli na zmianę parametrów powietrza nawiewanego. Osuszy je, ale też ochłodzi. Jeśli na dworze jest upał np. 35oC, powietrze po przejściu przez GWC potrafi się schłodzić o 10oC, co można porównać z działaniem klimatyzatora, który jednak zużywa spore ilości energii elektrycznej. Gruntowy wymiennik ciepła podnosi zatem sprawność wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła i polepsza mikroklimat w pomieszczeniach.

Decyzję o jego wykonaniu powinno się podjąć najpóźniej na etapie budowy. Nie chodzi tylko o wybór rekuperatora o odpowiednim sprężu i znalezieniem miejsca na wymiennik, ale też o cały bałagan związany z fizycznym wykonaniem GWC. Budując dom można oczywiście zostawić przejścia przez fundament dla rur wymiennika, a jego samego wykonać w późniejszym okresie. Ważne żeby wszystko pod niego było przygotowane.


Jakie koszty?


Koszty to zakup i montaż elementów GWC. Czasem chcąc zaoszczędzić na tym etapie inwestorzy decydują się na wykonanie GWC ze zwykłych rur PCW kanalizacyjnych. PCW nie jest najlepszym wyborem, ponieważ nie jest to materiał dobrze przewodzący ciepło. Żeby uzyskać ten sam efekt należałoby ułożyć więcej rur w odpowiednich odstępach, co przekłada się na koszty zakupu rur i zajętą powierzchnię. Dłuższy rurociąg to większe opory przepływu, a to z kolei ma wpływ na wielkość potrzebnego sprężu wentylatora w rekuperatorze. Takie rury nie mają dopuszczenia do stosowania w układach wentylacyjnych ze względów higienicznych. Nie są zabezpieczone przed rozwojem grzybów i bakterii. Poza tym posiadają indywidualny zapach, który jest niepożądany w powietrzu nawiewanym, o którego jakość chcemy zadbać stosując rekuperację i GWC. Czy jest sens oszczędzać w ten sposób?

Koszty eksploatacyjne to koszty energii elektrycznej potrzebnej do pracy wentylatora. Konserwacja to wymiana filtra na czerpni powietrza raz na kwartał lub rzadziej. Ważne jest też to, żeby dbać o zużycie gruntowego wymiennika ciepła i starać się nie doprowadzać do jego nadmiernej eksploatacji. W czasie największych temperatur dobrze jest nie dopuszczać do przegrzewania pomieszczeń. Zasłaniać okna przed silnym promieniowaniem słonecznym i nie otwierać ich, bo doprowadzi to do napływu bardzo ciepłego powietrza, które trudno będzie ochłodzić.

Instalując rekuperator i GWC można zaoszczędzić na kosztach ogrzewania ok. 30%.

as-gips