Aktualne tendencje do wykorzystywania rozwiązań dających jak największe oszczędności powodują, że również w instalacji wentylacyjnej stosuje się energooszczędne technologie. Prostym sposobem jest wykorzystanie gruntowego powietrznego wymiennika ciepła. Powietrze przepływając przez przewody umieszczone w gruncie, w zależności od pory roku ogrzewa się (zimą) lub chłodzi (latem.) Zastosowanie takiego dodatkowego wymiennika pozwala na obniżenie kosztów na ogrzanie powietrza zimą, a latem daje odczucie przyjemnego, naturalnego chłodu.

Gruntowy powietrzny wymiennik ciepła GPWC

Gruntowy wymiennik ciepła wykorzystuje ciepło gruntu i służy do wstępnego ogrzania (zimą) lub schłodzenia powietrza wentylacyjnego (latem). W ostatnich czasach często jest wykorzystywany, gdyż pozwala na obniżenie zużycia energii i stanowi uzupełnienie systemu wentylacyjnego dla nowo budowanego domu. W okresie zimowym zastosowanie gruntowego wymiennika ciepła zapobiega zamarzaniu wymiennika ciepła w centrali wentylacyjnej.

Temperatura gruntu jest zależna od głębokości i na głębokości 4m od poziomu terenu następuje stabilizacja na poziomie 10°C. Gruntowe powietrzne wymienniki ciepła umożliwiają wykorzystanie naturalnego ciepła gruntu za pomocą układu rur lub płyt zagłębionych w gruncie na głębokości poniżej 1,5m, przez które przepływa powietrze. Temperatura gruntu poniżej poziomu przemarzania jest stała i wynosi około 8°C. Ze względu na akumulację ciepła w otaczającym gruncie, wymiana ciepła w wymienniku gruntowym ma charakter nieustalony.

Kanał czerpny jest prowadzony pod warstwą gruntu na głębokości ok. 1,5-2m. Jego koniec wyprowadza się na zewnątrz i należy zakończyć czerpnią, Dobrze jest przykryć wymiennik ciepła od góry dodatkową warstwą izolacji, gdyż pozwala to lepiej wykorzystać ciepło gruntu.

Stosując powietrzne gruntowe wymienniki ciepła, należy rozwiązać problemy związane z:

  • zapewnieniem szczelności przed dopływem wód gruntowych,
  • zapewnieniem spływu kondensatu,
  • zapewnieniem spełnienia wymogów higienicznych.

Najważniejsze elementy GWC dla małych instalacji to:

  • czerpnia powietrza z filtrem,
  • system rurociągów z polietylenu,
  • przejście szczelne do budynku,
  • odpływ kondensatu do kanalizacji wewnętrznej z syfonem lub do studzienki kondensatu.

 

1. Rodzaje gruntowych wymienników ciepła

Ciepło gruntu możemy wykorzystać, stosując dwa rodzaje powietrznych wymienników gruntowych:

  • przeponowe (rurowe),
  • bezprzeponowe (płytowe lub żwirowe).

 

Rurowy wymiennik ciepła

Wymaga ułożenia w gruncie systemu polipropylenowych rur, przez które będzie przepływać powietrze wentylacyjne. Nie dochodzi do bezpośredniego kontaktu powietrza z gruntem. Zamiast jednej rury można użyć kilku o mniejszych średnicach ułożonych równolegle w odstępach 1m. Należy jednak unikać połączeń pod kątem prostym, a układ powinien być jak najprostszy, aby uniknąć zbędnych strat ciśnienia powietrza. Trzeba również wykonać system odwodnienia, gdyż w rurach gromadzą się skropliny. Rury powinny posiadać antybakteryjną warstwę wewnętrzną minimalizującą niebezpieczeństwo rozwijania się drobnoustrojów.

Instalację możemy ułożyć na kilka sposobów:

  • w układzie pierścieniowym – rurociąg biegnie na około budynku w określonej odległości od fundamentów, ten układ jest stosowany najczęściej w przypadku budynków jednorodzinnych,
  • w układzie Tichelmana – rurociągi biegną równolegle do siebie i są połączone z boku kolektorami,
  • w układzie meandrowym – rurociąg ułożony jest w kształcie meandra.


Fot. Elementy do budowy rurowego gruntowego wymiennika ciepła (fot. E. Satory)

 

Żwirowy wymiennik ciepła

Zewnętrzne powietrze przepływa przez warstwę żwiru i podgrzewa się w okresie zimowym nawet o 20°C (od -20°C do 0°C), natomiast latem ochładza się o około 10°C. Żwirowy wymiennik ciepła pełni rolę filtra powietrza zatrzymującego zanieczyszczenia.

Żwirowy wymiennik ciepła może być posadowiony nawet powyżej poziomu gruntu, lecz nad złożem należy ułożyć dodatkową warstwę izolacji. Efekt jest taki sam, jakby złoże było ułożone na głębokości 5-6m poniżej poziomu gruntu. Żwirowy wymiennik ciepła jest oddzielony od gleby jedynie geowłókniną, istnieje zatem ryzyko przedostania się do wymiennika wody, owadów, czy gryzoni. Pojawia się również niebezpieczeństwo pojawienia się zapachu stęchlizny w nawiewanym do pomieszczeń powietrzu.

Złoże generuje duże straty ciśnienia podczas przepływu powietrza, więc zazwyczaj praca żwirowego wymiennika jest wspomagana dodatkowym wentylatorem.

 

Płytowy wymiennik ciepła

Modyfikację wymiennika żwirowego stanowi płytowy wymiennik ciepła. Zamiast złoża żwirowego pod powierzchnią gruntu na podsypce żwirowo-piaskowej ułożone są płyty ze szczelinami, przez które przepływa powietrze. Powietrze ma bezpośredni kontakt z gruntem i przepływa pomiędzy złożem a przykrywającymi je płytami. Ten typ wymiennika ma większą bezwładność niż żwirowy wymiennik ciepła, gdyż powierzchnia kontaktu wymiennika z gruntem jest dużo większa.


Fot. Płytowy gruntowy wymiennik ciepła podczas montażu (fot. Pro-Vent)

 

2. Jak działa gruntowy powietrzny wymiennik ciepła?

GPWC pracuje tylko w okresie letnim i zimowym, a w okresach przejściowych powietrze jest czerpane z ominięciem gruntowego wymiennika.

W okresie zimowym przez czerpnię pobierane jest powietrze zewnętrzne o temperaturze -20°C, które przepływa przez system rurociągów ułożonych w gruncie. Powietrze w trakcie przepływu ogrzewa się od otaczającego rurociągi gruntu o temperaturze 8°C i osiąga temperaturę około 2°C. Następnie jest transportowane do centrali wentylacyjnej. Wstępnie ogrzane powietrze w gruntowym wymienniku ciepła w kolejnym etapie jest ogrzewane powietrzem usuwanym z pomieszczeń (odzysk ciepła w wymienniku ciepła w centrali). Zastosowanie GWPC generuje duże oszczędności związane z redukcją zapotrzebowania energii potrzebnej na ogrzanie powietrza wentylacyjnego.

W okresie letnim pobierane jest z zewnątrz powietrze o temperaturze 30°C, a po przepłynięciu przez GPWC temperatura powietrza kształtuje się na poziomie 16°C. Zatem latem nawiewany do pomieszczeń schłodzone powietrze, co daje darmową „klimatyzację”. 

Autor: Ewelina Satory
Opracowanie: Redakcja