Gruntowy Wymiennik Ciepła - budowa, zasada działania, schemat

Komfort cieplny z GWC

• Ciepło geotermalne
  

Temperatura panująca na głębokości ok. 1,5 metra pod powierzchnią ziemi jest stała przez cały rok i wynosi około 4-7 stopni Celsiusza. I właśnie ta stabilność gruntu została wykorzystana w technologii GWC, która oparta jest na rurociągu zakopanym w ziemi będącym drogą dla powietrza wentylacyjnego. Ujednolicenie temperatury dostarczanego do budynku powietrza podnosi komfort cieplny osób w nim przebywających. Największe zyski energetyczne daje instalacja zanurzona na głębokość około 4 a 5 m w gruncie - minimalna zaś głębokość wynosi 20 centymetrów poniżej głębokości przemarzania gruntu.

fot.: Zróżnicowanie przestrzenne głębokości przemarzania gruntu w naszym kraju w podziale na IV strefy - mapa

• Czyste powietrze w domu z GWC

Dzięki odpowiednio dobranym i wbudowanym złożom minerałów skalnych (baza dolomitowa) następują procesy, dzięki którym powietrze staje się czystsze biologicznie i chemicznie oraz zostaje wzbogacone w makro, mikro oraz ultramikroelementy w postaci jonowej.

Poprzez osuszenie i obniżenie temperatury nawiewanego powietrza zyskujemy uczucie przyjemnego chłodu, a mikroklimat w budynku znacznie się poprawia, dlatego gruntowy wymiennik ciepła jest bardzo dobrym uzupełnieniem systemu wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła.

fot.: Global-Tech - GWC w budowie

Dodatkowo GWC można wyposażyć również w system filtracji przeciwdziałający smogowi. Przykładem może tu być mineralny pochłaniacz smogu SMOGSORBER oferowany przez firmę Global-Tech. Jest to rozwiązanie proste w montażu oraz o niskich kosztach eksploatacyjnych, a zarazem skuteczne w walce ze smogiem. Do tego jego budowa oparta jest wyłącznie na naturalnych komponentach, co stanowi dużą przewagę w stosunku do pochłaniaczy z aktywnym filtrem węglowym znanych z wielu innych dostępnych na rynku rozwiązaniach reklamowanych jako antysmogowe.

fot.: Globa-Tech - mineralny pochłaniacz smogu SMOGSORBER z wymiennymi pojemnikami na minerały aktywne (wykonanie i praca w zakresie wymiany termodynamicznej jest taka sama jak działanie GWC bezprzeponowego)

Największą wadą tego rozwiązania jest cena - nadal pozostaje to droga inwestycja, którą częściej wybiera się do dużych obiektów komercyjnych niż prywatnych domów. Jednak po stronie zalet stoi znacznie więcej cech:

• ogrzewanie powietrza w sezonie zimowym i ochładzanie powietrza w sezonie letnim za darmo
• redukcja bakterii i grzybów, dowilżanie powietrza w sezonie zimowym a osuszanie powietrza w sezonie letnim w modelach bezprzeponowych
• duża sprawność wymiany ciepła (duże zyski ciepła lub chłodu)
• małe opory przepływu - wyeliminowanie z instalacji wentylatorów zużywających energię elektryczną oraz powodujących hałas
• odporność na warunki atmosferyczne i gruntowe
• minimalny wpływ na środowisko - ekologiczna alternatywa pozyskiwania energii do grzania i chłodzenia

Przeczytaj także >> Czerpnia powietrza

Gruntowy Wymiennik Ciepła - rodzaje

W zależności od sposobu wymiany ciepła GWC można podzielić na:

• przeponowe - istnieje warstwa oddzielająca (przepona) media, między którymi następuje wymiana ciepła (wymienniki rurowe)
• bezprzeponowe - przepływające powietrze ma bezpośredni kontakt z odpowiednio przygotowaną warstwą gruntu (wymienniki żwirowe i płytowe)

GWC - budowa i zasada działania

Gruntowy wymiennik ciepła może mieć postać wymiennika rurowego, żwirowego, płytowego lub glikolowego.

Najprostszy w wykonaniu jest wymiennik rurowy wykonany z rury PCV ułożonego pod ziemią i zakończonego ponad gruntem czerpnią powietrza. Rury układa się z 1% spadkiem, który umożliwia odpływ skroplin w okresie wyższych temperatur. Ważne jest również uszczelnienie wszelkich odcinków łączonych oraz rozgałęzień itp. Rury mogą mieć postać prostego, łamanego odcinka lub w układzie meandrowym (tzw. Tichelmanna), czyli z rozgałęzieniami. Zaleca się stosowanie kolan 33 lub 45 stopni, gdyż ich opory są wielokrotnie mniejsze niż kolan 90-stopniowych (wybierane w przypadku braku miejsca na działce).

fot.: Pro-Vent - rurowy GWC zaliczany jest do wymienników przeponowych, ze względu brak bezpośredniej styczności między gruntem a przepływającym powietrzem

Wymiennik rurowy można instalować na dwa sposoby: jako pojedyncza rura o dużej średnicy lub jako układ kilku rur o mniejszej średnicy, ułożonych w gruncie równolegle w odstępach ok. 1 m i połączonych ze sobą za pomocą trójników.

Przykładowe wartości średnic rur dla wymiennika rurowego w przypadku central wentylacyjnych Mistral marki Pro-Vent: MISTRAL 300 (SLIM, DUO) – średnica rury = 200 mm, MISTRAL 400 (PRO, SLIM, DUO) – średnica rury = 250 mm, MISTRAL 600 (PRO, SLIM, DUO) – średnica rury = 315 mm.
	fot.: Pro-Vent - rekuperatory Mistral PRO
fot.: Pro-Vent - sposób montowania wymiennika rurowego w dużej mierze zależy od warunków topograficznych na działce oraz jej wielkości

W wymienniku żwirowym dochodzi do akumulacji energii oraz filtracji powietrza w materiale skalnym o granulacji 40-80 mm. W takim układzie wykonuje się wykop wypełniony żwirem, który powinien mieć objętość kilku metrów sześciennych. Złoże żwirowe zlokalizowane na drodze między czerpnią a urządzeniem odbiorczym w budynku ma tę wadę, że potrzebuje dłuższego czasu regeneracji w stosunku do wymiennika rurowego - mniejsza wydajność instalacji. Wymiennik żwirowy praktycznie zawsze wymaga stosowania wentylatora wspomagającego.

Dobór rodzaju i wielkości wymiennika żwirowego dla centrali Mistral marki Pro-Vent, np. MISTRAL 300 (SLIM, DUO): L=3 m, MISTRAL 600 (PRO, SLIM, DUO): L=5 m. Zatem długość wymiennika żwirowego zależy od pożądanego przepływu powietrza i centrali wentylacyjnej, z jaką ma on współpracować.

fot.: Pro-Vent - założenie żwirowego gruntowego wymiennika ciepła polega na zwiększeniu powierzchni wymiany termicznej pod gruntem poprzez skonstruowanie złoża żwirowego o dużej granulacji

Układ płytowy pozwala na przepływ powietrza pomiędzy płytami a złożem, gdzie dochodzi do jego ogrzania lub schłodzenia. Gruntowy wymiennik bezprzeponowy (płytowy) to nic innego jak utwardzone złoże piaskowo-żwirowe o dużej powierzchni, ale płytkim usytuowaniu (już od ok. 0,7 m głębokości wykopu), bo montowany powyżej najwyższego poziomu wód gruntowych. Płyty izoluje się styropianem o grubości 12 cm zabezpieczonego folią i zasypuje rodzimym gruntem. Dzięki temu w porównaniu z wariantem żwirowym wypada znacznie lepiej pod kątem wysokiej skuteczności pracy wynikającej z samoczynnej regeneracji, zastosowanego szczelinowego przepływu powietrza oraz ogromnej bezwładności systemu.

fot.: Pro-Vent

W przypadku GWC glikolowego mamy do czynienia z konstrukcją rurową, z tym że w układzie bierze udział glikol zamiast powietrza. Wymagane jest tu wykorzystanie wymiennika powietrze-glikol zamontowanego przed wlotem czerpni rekuperatora - brak natomiast czerpni terenowej. Krążący glikol jest czynnikiem znacznie podnoszącym sprawność instalacji, dlatego jest to rozwiązanie najlepsze i najdroższe obecnie na rynku.

Gruntowy wymiennik ciepła – darmowa energia z gruntu

W dobie poszukiwania ekologicznych rozwiązań, czyli oszczędzających zasoby naturalne oraz takich, które nie emitują szkodliwych substancji do środowiska, a także dbających o rachunek ekonomiczny GWC wydaje się instalacją na miarę XXI wieku. Jak zawsze w takich przypadkach barierą może być koszt inwestycji - później jednak możemy korzystać z darmowego źródła energii.

fot.: Rekuperatory.pl

Jednym z częstych pytań w sprawie użytkowania GWC jest jego wydajność względem pór roku. Otóż kluczem do sukcesu tej technologii jest całoroczna stabilność gruntu oraz jego właściwości pozwalające ogrzewać powietrze/glikol zimą i chłodzić go latem. Powietrze przepływające przez grunt o takiej temperaturze przejmuje jego właściwości samoistnie.

• Gruntowy wymiennik ciepła latem - darmowa klimatyzacja
  

Gorące powietrze z zewnątrz trafia do rekuperatora, przepływając przez GWC, dzięki czemu ulega schłodzeniu (nawet o kilkanaście stopni). Wykorzystywana w tym celu jest darmowa energia skumulowana w gruncie, dlatego latem gruntowy wymiennik ciepła spełnia funkcję najtańszego klimatyzatora. Trzeba przy tym pamiętać, by rekuperator posiadał system by-pass, który wspomaga efektywność pracy GWC przy chłodzeniu. Powietrze dodatkowo ma odpowiednią wilgotność, co przekłada się na komfort cieplny.

• Gruntowy wymiennik ciepła zimą - darmowe ogrzewanie domu
  

Gdy temperatura na zewnątrz spada poniżej 0^o C GWC pełni odwrotną funkcję, czyli podgrzewa powietrze/glikol przechodzący przez dane złoże. GWC wówczas pełni funkcję darmowej nagrzewnicy wstępnej, a wchodzące powietrze do domu może mieć temperaturę podobną do tej panującej w domu. W takim układzie należy pamiętać, by Bypass rekuperatora był zamknięty, dzięki czemu powietrze zewnętrzne przejdzie także przez wymiennik ciepła rekuperatora. Co więcej, gruntowy wymiennik ciepła stanowi dla systemu rekuperacji dodatkową ochronę antyzamrożeniową. Powietrze z GWC jest również dodatkowo dowilżane, jest to ważne szczególnie dla alergików, astmatyków, czy małych dzieci.

• Gruntowy wymiennik ciepła jesień/wiosna - regeneracja gruntu
  

Okres przejściowy, czyli wiosna i jesień to de facto czas przerwy w pracy dla GWC. W warunkach, gdy na zewnątrz temperatura jest zbliżona do temperatury gruntu, korzystanie z GWC mija się z celem - wówczas warto korzystać z czerpni ściennej z pominięciem GWC.

GWC - montaż

Instalacja GWC musi być ułożona poniżej granicy przemarzania gruntu, czyli na ok. 1,5 - 2 m, a przewody muszą być zaizolowane. Najdogodniejsze warunki pracy GWC odnotowuje się w gruncie mokrym, grunt suchy i piaszczysty jest przeciwskazaniem do montażu GWC. W miejscu rozłożenia instalacji rurowej w gruncie powinniśmy zrezygnować ze zwartej roślinności, która mogłaby ograniczyć czerpanie energii ze słońca.

fot.: Rekuperatory.pl - prace montażowe przy instalacji gruntowej GWC

Sposób montażu zależy w dużej mierze od wielkości i położenia działki. Rozprowadzenie rur wpływa na wydajność całego układu. Najczęściej stosuje się jeden z poniższych układów.

GWC - przegląd rozwiązań dostępnych na rynku

GEOSTRONG jedyny na rynku wymiennik antybakteryjny, antywirusowy i antygrzybiczny wykonany w technologii NANO-TE, który pracuje w układzie TICHELMANN'A Odzysk ciepła następuje poprzez dyfuzję od podłoża oraz poprzez przenikanie od góry poprzez stopy betonowe wytrzymałość 460 t/m2 najlepsza wymiana termodynamiczna spośród wszystkich typów GWC.
GLOBAL wymiennik rurowy z warstwą antybakteryjną system oparty na łączeniu rur i kształtek poprzez zgrzewanie doczołowe lub elektrooporowe wykonany z polietylenu współczynnik przewodzenia 0,55 W/mk.
Zobacz więcej >> Global-Tech
Bezprzeponowy Płytowy Gruntowy Wymiennik Ciepła PROVENT-GEO unikatowy sposób budowy i konstrukcja wymiennika umożliwia wykonanie układu dla obróbki powietrza wentylacyjnego o wydajności 200-30000 m3/h, co pozwala na stosowanie go zarówno dla małych domków jednorodzinnych, jak i dużych obiektów i hal przemysłowych płytowy GWC PROVENT-GEO to jedyny rodzaj wymiennika posiadający pełną rekomendację Instytutu Techniki Budowlanej.
Zobacz więcej >> Pro-Vent

Redakcja poleca również:

• Rekuperatory - zestawienie oferty producentów
• Walka ze smogiem - rola rekuperacji
• Eksploatacja rekuperatorów - na co zwrócić uwagę