Gruntowy wymiennik ciepła

Czym jest gruntowy wymiennik ciepła?

Gruntowy wymiennik ciepła wykorzystując energię termiczną gruntu pozwala na podniesienie/obniżenie temperatury dostarczanego do budynku powietrza. GWC to opcjonalny element systemu wentylacji, jednak ze względu na szereg korzyści, które oferuje, jego stosowanie jest coraz bardziej powszechne i stanowi ciekawą alternatywę dla klimatyzacji. GWC stosuje się go w budynkach jedno i wielorodzinnych, a także dużych obiektach komercyjnych.

Działanie gruntownego wymiennika ciepła

Mechanizm działania gruntownego wymiennika ciepła opiera się na zdolności gruntu do stabilizacji temperatury na określonej głębokości (bez względu na warunki zewnętrzne i porę roku). Wymiana ciepła między gruntem, a powietrzem następuje w sposób bezpośredni (w przypadku GWC powietrznych) lub pośredni (GWC glikolowe). GWC zimą ogrzewa świeże powietrza, latem natomiast je ochłodza.

Rys. Działanie gruntownego wymiennika ciepła

Korzyści z korzystania z gruntownego wymiennika ciepła

Do najważniejszych korzyści wynikających z instalacji gruntowego wymiennika ciepła zaliczamy:

ogrzanie powietrza w sezonie zimowym,
ochłodzenie powietrza w sezonie letnim,
redukcję bakterii, pyłków, kurzu,
nawilżenie powietrza w sezonie zimowym,
osuszenie powietrza w sezonie letnim,
niskie koszty utrzymania

Gruntowny wymiennik ciepła – budowa

Wyróżniamy dwa podstawowe rodzaje gruntowego wymiennika ciepła – powietrzny i glikolowy. Do powietrznych gruntowych wymienników ciepła zaliczamy: układy rurowe oraz złoża żwirowe.

Pierwszy z nich zbudowany jest rur o różnej średnicy najczęściej od 110 mm do 250 mm w przypadku domów jednorodzinnych (w zależności od koncepcji układu), które zakopane są w ziemi na głębokości pomiędzy 1,5 a 2,5 m. Rury dedykowane do układów GWC wykonane są ze specjalnego materiału PE zawierającego jony srebra. Materiał ten gwarantuje wysoką efektywność pracy wymiennika związaną m.in. z przenikalnością ciepła oraz utrudnia rozwój bakterii i grzybów wewnątrz wymiennika. Naszym zdaniem NIE POWINNO SIĘ WYKONYWAĆ TAKICH UKŁADÓW Z KANALIZACYJNYCH RUR PCV z uwagi na brak właściwości antybakteryjnych tworzywa PCV oraz znacznie gorsze parametry przenikalności ciepła. Powietrze tłoczone przez rury wykonane z PE jest czystsze niż to transportowane przez kanalizacyjne rury PCV.

Wymiennik żwirowy, to wykop o objętości kilku metrów sześciennych, który wypełnia się oczyszczonym żwirem. Nad złożem montowana jest czerpnia terenowa, przez którą powietrze trafia do złoża, a pod nim umieszcza się rurę, którą powietrze transportowane jest do budynku. Powietrze z zewnątrz zasysane jest przez rekuperator i w ten sposób trafia do instalacji wentylacyjnej wewnątrz budynku.

Nieodłącznym elementem układu powietrznego jest wspomniana wcześniej terenowa czerpnia powietrza, w której znajduje się filtr. Filtr oczyszcza zasysane powietrze z kurzu, pyłków, a także stanowi skuteczną ochronę przed owadami.

Inaczej sytuacja wygląda w przypadku glikolowego gruntowego wymiennika ciepła, gdzie medium “odbierającym” temperaturę gruntu jest glikol, który krąży w zakopanej w gruncie wężownicy. Glikol tłoczony jest przez pompę obiegową umieszczoną wewnątrz budynku. Układ taki nie zawiera czerpni terenowej, a jedynie specjalny moduł połączony z rekuperatorem przez który przepływa powietrze czerpane wprost z czerpni ściennej. W skład modułu wchodzi naczynie wyrównawcze, pompa obiegowa, zawory i specjalny wymiennik ciepła wyglądem przypominający chłodnicę samochodową. Wymiennik ułożono w taki sposób by kontakt powierzchni lamelek z przepływającym powietrzem był jak najefektywniejszy. Powietrze, w zależności od pory roku, jest ochładzane lub ogrzewane od krążącego w wymienniku glikolu. Działanie glikolowego wymiennika ciepła determinowane jest przez włączenie/wyłączenie pompy obiegowej – jeśli pompa tłoczy glikol wówczas przepływa on przez chłodnicę niejako “niosąc” temperaturę gruntu. Jeśli pompa jest wyłączona glikol nie przepływa przez chłodnicę i w konsekwencji “nie dostarcza” do chłodnicy temperatury gruntu.

Planując rozmieszczenie GWC należy uwzględnić głębokość strefy przymarzania i dopilnować, by najwyższy punkt GWC znajdował się poniżej tej strefy. Głębokość strefy przymarzania jest różna i zależy od średniego poziomu temperatury charakteryzującej dany region. Każdy wymiennik GWC, niezależnie od zastosowanej technologii, dobiera się na podstawie obliczeń związanych m.in. warunkami gruntowymi i wydajnością instalacji wentylacyjnej. Wpływ na sprawność układu GWC ma także rodzaj gruntu, najgorszy wynik odnotujemy w przypadku gruntu piaszczystego, ponieważ piasek szybko ogrzewa lub wychładza się czyniąc GWC bardzo nieefektywnym. Najlepszy wynik zagwarantują nam grunty wilgotne i gliniaste. Grunty wilgotne nie są jednak wdzięcznym terenem do prac ziemnych, a niektóre rozwiązania, wręcz nie nadają się do montażu w takim terenie. Istotnym czynnikiem wpływającym na sprawność GWC, jest także długość czasu jaki powietrze/glikol płynie pod ziemią. Im dłuższy wymiennik, tym czas na ogrzanie/wychłodzenie jest dłuższy i tym bliższą oczekiwanej wartości temperatury uzyskamy przy rekuperatorze.

Gruntowe wymienniki ciepła cieszą się sporym zainteresowaniem Inwestorów – pamiętajmy jednak o realnych oczekiwaniach wobec tego rozwiązania, niestety praktyka pokazuje rozbieżności pomiędzy oczekiwaniami a odczuwalnymi efektami pracy tych technologii.