GWC w wentylacji

    Połączenie wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła z gruntowym wymiennikiem ciepła to ekonomicznie uzasadnione rozwiązanie – nawet jeśli weźmiemy pod uwagę wyższe koszty inwestycyjne. GWC wykorzystuje darmową energię „zmagazynowaną” w gruncie, wstępnie ogrzewając lub schładzając powietrze, które następnie trafia do centrali wentylacyjnej.

    gwc w wentylacji - GWC w wentylacjiFot. 1. Schemat układu gruntowego powietrznego wymiennika ciepła, czyli GPWC w domu jednorodzinnym.

    Uwzględnienie wymiennika gruntowego na etapie projektowania pozwoli na zmniejszenie rozmiaru urządzeń wentylacyjnych, tym samym – na mniejsze koszty wykonania tych instalacji oraz oszczędności podczas eksploatacji. Szczególnie korzystna jest współpraca GWC z układem wentylacji nawiewno-wywiewnym z odzyskiem ciepła. Powietrze trafiające z GWC do centrali z rekuperatorem jest już wstępnie „przygotowane” do dalszych procesów, dzięki czemu są one o wiele mniej energochłonne. System wykorzystuje naturalne właściwości gruntu. Temperatura gruntu poniżej głębokości przemarzania, tzn. na poziomie 1,2–1,5 m, wynosi niezmienne od 8 do 12° C. Gruntowy wymiennik pozwala na wykorzystanie tego naturalnego zjawiska do zmiany temperatury przepływającego przez urządzenie medium. Powietrze po przejściu przez GWC transportowane jest do centrali rekuperacyjnej, gdzie dochodzi do dodatkowego przejęcia ciepła ze strumienia powietrza odprowadzanego z budynku. Producenci podają, że zastosowanie GWC w wentylacji pozwala na wstępne podwyższenie lub obniżenie temperatury nawiewanego powietrza nawet o 20°C. Średnio możemy spodziewać się obniżenia temperatury o ok. 15°C. Generalnie sprawność procesu chłodzenia oraz ogrzewania będzie wynikała przede wszystkim z warunków panujących w danej strefie klimatycznej czy rodzaju gruntu. System będzie więc funkcjonował jako istotne uzupełnienie instalacji grzewczej w sezonie zimowym.

    GWC zimą

    Zimą, niezależnie od warunków pogodowych, poprawnie dobrany i wykonany wymiennik gwarantuje na wyjściu temperaturę ok. 0°C (producenci zazwyczaj podają wartość od -2 do +1°C). Wartość ta wydaje się być błaha, jednak nawet wstępne ogrzanie powietrza o 1°C pozwoli na wygenerowanie oszczędności eksploatacyjnych. Mimo iż warunki pogodowe mogą być niesprzyjające, a temperatura spadać np. do -10°C, dostarczane do pomieszczeń powietrze jest stosunkowo ciepłe – bo nie jest pobierane bezpośrednio z zewnątrz. Ponadto dzięki ogrzaniu powietrza wymienniki ciepła central wentylacyjnych są zabezpieczane przed zamarzaniem, co podnosi sprawność procesu rekuperacji oraz przedłuża trwałość urządzeń. Wstępne dogrzanie powietrza latem i wspomaganie wentylacji z odzyskiem ciepła przekłada się na mniejsze zużycie paliwa wykorzystywanego do centralnego ogrzewania. Moc grzewcza układu GWC dla domu jednorodzinnego wynosi średnio ok. 3 kW – oznacza to, że także moc grzewczą głównego źródła ciepła można zmniejszyć o te 3 kW.

    gwc w wentylacji 1 - GWC w wentylacjiFot. 2. Schemat działania GWC latem i zimą. Latem niezbędne jest obejście wymiennika ciepła w centrali, które zapobiegnie wtórnemu nagrzaniu powietrza.

    GWC latem

    Z kolei w sezonie letnim GWC może pokrywać zapotrzebowanie na chłód oraz zapewnić optymalny komfort temperaturowy we wnętrzu budynku. Kiedy na zewnątrz jest wyjątkowo gorąco, chociażby w letnie popołudnia, wymiennik powinien pracować z 100% wydajnością. W nocy zaś zaleca się utrzymanie 2/3 przepływu nominalnego. Złoże dodatkowo regeneruje się dzięki chłodniejszemu nocnemu powietrzu.

    Do pracy w cieplejszych miesiącach niezbędny jest tzw. by-pass, czyli obejście wymiennika ciepła w centrali, który uniemożliwi wtórne nagrzanie strumienia powietrza nawiewanego. Dzięki temu powietrze ochłodzone w GWC jest tłoczone bezpośrednio do poszczególnych pomieszczeń – omijając wymiennik ciepła rekuperatora, co oznacza, że proces zachodzi bez odzysku ciepła. W mniejszych instalacjach i centralach wentylacyjnych można stosować kasety letnie, w innych przypadkach montuje się automatyczne by-passy działające np. według zaprogramowanych temperatur.

    Ponadto by-pass stosuje się również dla samego GWC – tak, aby w okresach przejściowych dla temperatury zewnętrznej ok. 10–20°C można było ominąć instalację GWC i przekazać powietrze bezpośrednio do uszlachetnienia w rekuperatorze. Inaczej schłodzilibyśmy jeszcze bardziej powietrze zewnętrzne np. z 15 do 10°C. Tym samym zaistniałaby konieczność podniesienia jego temperatury do wymaganej wartości, np. 20°C w pomieszczeniach.

    gwc w wentylacji 2 - GWC w wentylacjiFot. 3. Centrala wentylacyjna wraz z modułem chłodzenia.

    Jaka wielkość GWC?

    Należy tak dobrać wielkość wymiennika, aby inwestycja była ekonomicznie uzasadniona i jednocześnie odpowiadała zapotrzebowaniu budynku i potrzebom użytkowników. Przyjęto, że najbardziej optymalną temperaturą wyprowadzanego z GWC powietrza jest ok. -2°C. Pozwala to na zabezpieczenie rekuperatora przed zamarzaniem, jednocześnie nie wymusza jeszcze pracy nagrzewnicy elektrycznej oraz pozwala na możliwe najmniejsze koszty inwestycyjne i efektywne ogrzanie strumienia powietrza. Uzyskiwanie temperatury wyższej o kilka stopni, np. na poziomie 8°C, wymagałoby zamontowania wymienników o wiele dłuższych.

    Niezwykle ważna jest izolacja termiczna kanałów nawiewnych rozprowadzonych w budynku. Pozwala to na zminimalizowanie strat cieplnych zimą (powietrze ogrzane w wymienniku mogłoby ponownie ochłodzić się, przepływając przez niezaizolowane kanały) lub uniknięcie nadwyżek energetycznych latem (kanały przejmowałyby ciepło z otoczenia, tym samym przepływające przez nie powietrze mogłoby ulec nagrzaniu).

    gwc w wentylacji 3 - GWC w wentylacjiFot. 4. Instalacja GWC zakończona jest czerpnią wyposażoną w siatkę zabezpieczającą przed insektami oraz często w filtr.

    Zamiast klimatyzacji?

    Mimo iż system GWC doskonale wspomaga instalację wentylacyjną, schładzając w miesiącach letnich transportowane do pomieszczeń powietrze, nie posiada jednak zdolności utrzymywania temperatury na danym, ustalonym poziomie. Ponadto pamiętajmy, że napływ powietrza z wentylatora nie jest bardzo odczuwalny, a świeże powietrze szybko miesza się z powietrzem znajdującym się w pomieszczeniu. Z anemostatów nie popłynie tak silny strumień chłodu, jak dzieje się w przypadku układu klimatyzacyjnego.

    Bakteriobójcze

    Gruntowe wymienniki (jak np. wymienniki płytowe bezprzeponowe) mogą dodatkowo dowilżać ogrzewane powietrze wskutek kapilarnego podciągania wody w gruncie. Przeprowadzone badania wskazują na skuteczność nawilżania na poziomie nawet 2 – 3 g/m3 powietrza. Pamiętajmy, że ważną kwestię stanowi również uzdatnianie wpuszczanego do wnętrza powietrza – drobnoustroje mogą rozmnażać się w przewodach w sezonach, w których wymiennik jest nieużywany. Powietrze powinno być oczyszczone, przefiltrowane, wolne od bakterii. Coraz częstsze jest wykorzystywanie srebra o silnym działaniu bakteriobójczym (choć zdania producentów na temat wpływu srebra na środowisko i człowieka są podzielone). Dzięki temu rozwiązania oparte na współpracy wentylacji mechanicznej i GWC znajdzie zastosowanie również w przypadku, gdy wśród użytkowników są alergicy.

    Część producentów podkreśla zaś pozytywny wpływ naturalnej tlenowej flory bakteryjnej znajdującej się w gruncie na jakość powietrza. W przypadku wymienników przeponowych powietrze jest oczyszczane z zarodników bakterii oraz grzybów.

    Jaki wymiennik?

    gwc w wentylacji 4 - GWC w wentylacjiFot. 5. Układanie kolektora poziomego przy nowoczesnym domu pasywnym.

    Zanim inwestor podejmie decyzję o montażu systemu wentylacji we współpracy z wymiennikiem ciepła musi jeszcze zdecydować o rodzaju GWC. Wybór warunkuje m.in. rodzaj stref klimatycznych, poziom wód gruntowych, rodzaj gruntu oraz dostępna powierzchnia. Warto jedynie nadmienić, że każdy z rodzajów gruntu charakteryzuje się odmienną wartością przewodności cieplnej, co może wpłynąć chociażby na wielkość wymiennika. Projekt GWC powinien być ściśle związany z planem instalacji wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła. Należy określić zapotrzebowanie na daną ilość powietrza dostarczaną przez wymiennik, biorąc przy tym pod uwagę m.in. przeznaczenie obiektu, jego powierzchnię użytkową oraz liczbę przebywających w nim osób. Wśród najpopularniejszych rodzajów wymienników znajdziemy: rurowy (w formie rury z tworzywa sztucznego), żwirowy (powietrze przepływa tu przez złoże żwirowe, które dodatkowo naturalnie je filtruje), przeponowy (połączenie systemu rurowego i żwirowego), bezprzeponowy płytowy (powietrze przepływa w bezpośrednim kontakcie z odpowiednio przygotowanym podłożem żwirowo-piaskowym) oraz glikolowy (w formie rurki z 30% roztworem glikolu). Do współpracy z systemami wentylacji poleca się m.in. wymiennik rurowy przeponowy, w którym powietrze pełni rolę medium, nie dochodzi jednak do bezpośredniego jego kontaktu z gruntem.

    Rury wykorzystane do GWC muszą charakteryzować się wysoką przewodnością cieplną, aby zapewnić optymalną wymianę energii pomiędzy powietrzem a gruntem. Do tego celu wykorzystuje się m.in. polipropylen. Dla porównania można dodać, że przewodność cieplna rur z PVC jest kilkukrotnie mniejsza, w związku z czym zazwyczaj zaleca się ułożenie większej ich ilości niż przewodów polipropylenowych, aby uzyskać wymierne efekty.

    Pamiętajmy również, że z dłuższą instalacją wiążą się większe spadki ciśnienia. To z kolei wymaga od nas doboru mocniejszych wentylatorów oraz uwzględnienie tego czynnika przy doborze centrali wentylacyjnej. Raczej nie poleca się stosowania rur z polietylenu, które co prawda charakteryzują się współczynnikiem ciepła na zadowalającym poziomie, jednak nie są odporne na obciążenia statyczne i punktowe – nie zaleca się ich układania pod chodnikami czy ścieżkami ogrodowymi, mogłyby ulec owalizacji lub nadmiernemu ugięciu wzdłużnemu, a w rezultacie pęknięciu. Nie poleca się także stosowania rur kanalizacyjnych z rdzeniem spienionym lub rur dwuściennych strukturalnych ze względu na działanie izolacyjne zamkniętego w ściance rur powietrza.

    Kolejne dyrektywy Unii Europejskiej pokazują jasny kierunek rozwoju systemów wentylacyjnych i grzewczych. Wraz z powstawaniem kolejnych domów niskoenergetycznych zwiększy się zainteresowanie systemami bazującymi na odnawialnych źródłach energii, jak gruntowy wymiennik ciepła i wentylacja z rekuperatorem.

    Iwona Bortniczuk
    Na podstawie materiałów firm:
    PRO-VENT, Rehau

     

    UDOSTĘPNIJ
    Poprzedni artykułKotły w ruch
    Następny artykułJak działają wiertarki kolumnowe?

    ZOSTAW ODPOWIEDŹ

    Please enter your comment!
    Please enter your name here