GWC – gruntowy wymiennik ciepła stanowi uzupełnienie systemu rekuperacji, zwiększając przynoszony przez niego zysk energetyczny. Oprócz tego wymiennik wspomaga rekuperator podczas mrozów, chroniąc go przez zamarzaniem. Na rynku znajduje się kilka różnych rodzajów wymienników. W artykule wskażemy mocne i słabe strony każdego z nich.
Gruntowy wymiennik ciepła składa się z jednostki wewnętrznej, która znajduje się przy rekuperatorze oraz instalacji zewnętrznej ułożonej w gruncie, w której w zamkniętym obiegu krąży określony czynnik – nośnik energii. Instalacja położona jest w gruncie na głębokości 1,5-2 m, czyli tam, gdzie panuje temperatura niezależna od pory roku mieszcząca się w zakresie 6-12 stopni C. Stamtąd czerpie energię cieplną, która nagrzewa bądź ochładza strumień powietrza, zanim trafi on do rekuperatora. Latem, kiedy temperatura gruntu jest niższa od temperatury powietrza, strumień pochodzący z GWC jest chłodniejszy, a zimą, gdy ziemia ma wyższą temperaturę od temperatury powietrza, również i strumień powietrza jest cieplejszy. Jak łatwo się domyśleć, wykorzystanie energii znajdującej się w gruncie niesie ze sobą spore oszczędności, dodatkowo zwiększając komfort w wentylowanych pomieszczeniach. Nie oznacza to jednak, że rekuperator z gruntowym wymiennikiem ciepła całkowicie zastąpi w naszym klimacie system grzewczy zimą, a klimatyzację latem. Jednak już przy domu parterowym oba urządzenia pracujące razem są w stanie na tyle ochłodzić nawiewane powietrze, że mogą utrzymać na długo komfortową temperaturę latem (pod warunkiem, że podczas najbardziej gorących letnich dni osłoni się pomieszczenia przed bezpośrednim nagrzewaniem przez promienie słoneczne).
Warto pamiętać, że nie każdy grunt przyniesie wymierne korzyści z zastosowania GWC. Przy suchym i piaszczystym podłożu zyski z zastosowania wymiennika będą niewielkie.
Rodzaje GWC
Na rynku znaleźć można kilka rodzajów GWC, a różnica pomiędzy nimi wynika przede wszystkim z zastosowanego nośnika energii uzyskanej z gruntu. Wymienniki dzielimy w pierwszej kolejności na powietrzne (czyli takie, w których nośnikiem jest powietrze nawiewane bezpośrednio do budynku) i niepowietrzne (w których nośnikiem jest np. roztwór wody i glikolu). Wymienniki powietrzne podzielić można dalej, na bezprzeponowe (w których powietrze przepływa bezpośrednio przez grunt) i przeponowe (w których powietrze płynie przez rury).
W GWC niepowietrznym rurki z czynnikiem (glikol i woda) umieszczone są pod powierzchnią gruntu. Czynnik odbiera temperaturę z ziemi i przekazuje ją do powietrza nawiewanego do budynku.
Walorem tego rozwiązania jest przede wszystkim szybki montaż instalacji. Wadą jest to, że powietrze ulega jedynie schłodzeniu lub nagrzaniu. Ponieważ samo w sobie nie jest nośnikiem, nie zostaje w żaden sposób uzdatnione.
Wymienniki powietrzne bezprzeponowe również występują w kilku wariantach. GWC żwirowy opiera się na złożu żwirowym usypanym w wykopie pod gruntem. Zastosowanie znajduje tu żwir o dużej granulacji. Powietrze przepływa w bezpośrednim z nim kontakcie, przez co nawet w przypadku wykraplania się kondensatu, wnika on prosto do złoża. Dzięki temu nie jest konieczne stosowane dodatkowych studzienek do odprowadzania kondensatu.
Polecanym przez specjalistów wymiennikiem bezprzeponowym jest wymiennik płytowy. Instalację umieszcza się w niewielkim wykopie, na czystej warstwie gruntu układając na dystansach odpowiednio przygotowane płyty. Pod ich powierzchnią, bezpośrednio przy gruncie przepływa powietrze, pobierając energię cieplną. Płyty maksymalizują skuteczność jej przekazywania. Niektórzy producenci na płyty układają dodatkową warstwę izolacji. Dzięki temu na głębokości 1 m uzyskuje się takie warunki, jakie panują 8 m pod ziemią. W wyniku takiego ułożenia i dodatkowego zabezpieczenia, wymiennik jest znacznie skuteczniejszy od pozostałych rodzajów GWC.
Podobnie jak w wymienniku żwirowym, skroplony kondensat wsiąka bezpośrednio do gruntu, przez co zniwelowane są problemy wynikające z gromadzącej się wilgoci. Również wewnątrz pomieszczenia panuje przyjemny i korzystny zdrowotnie mikroklimat, bowiem powietrze jest naturalnie osuszane latem i nawilżane zimą.
W stosunku do wymienników niepowietrznych, wymienniki powietrzne mają tę przewagę, że powietrze jest dodatkowo uzdatniane,poprzez warstwy gruntu, przez które przepływa. Potwierdzają to badania PZH, które wykazały redukcję bakterii o 86% i grzybów o 97%.
Montaż GWC płytowego jest mocno utrudniony w przypadku występowania płytko przepływających wód gruntowych. W takich przypadkach konieczny jest montaż wymiennika pod nasypem lub wykonanie dodatkowego drenażu.
Gruntowy wymiennik ciepła przeponowy rurowy jest skonstruowany z układu rur, wykonanych zazwyczaj z materiału PVC. Przepływające powietrze nie ma bezpośredniej styczności z gruntem. Jest ono oddzielone ścianą rury, przez co skuteczność wymiany ciepła między powietrzem a gruntem jest umiarkowana, co stanowi główną wadę tego rozwiązania. Kolejnym ograniczeniem jest konieczność umieszczenia rur ze spadem.
GWC w wersji rurowej może być wykonany w trzech wersjach:
- w wariancie łamanym – rury układane są np. w kształcie litery „S”, w odległości co najmniej 1 metra od fundamentów
- w wariancie prostym – odcinek rur jest prosty od czerpni do budynku
- w wariancie rozgałęzionym (układ Tichelmanna) – rura wychodzi z czerpni, po czym rozgałęzia się na kilka równolegle biegnących przewodów i kończy ponownie prostym odcinkiem.
Niestety, odizolowanie powietrza od gruntu powoduje problemy z odprowadzaniem nadmiernej wilgoci z powietrza, przez co przepływające powietrze traci część energii cieplnej, a ponadto istnieje ryzyko powstawania zarodników grzybów wewnątrz rurociągu. Rozwiązaniem tych problemów jest zastosowanie powłok antybakteryjnych na wewnętrznych ścianach rur.
Wymienniki przeponowe wymagają regularnego czyszczenia wodą pod bardzo wysokim ciśnieniem. Niestety, ma to niszczący wpływ na warstwę antybakteryjną. Ich zalety to stosunkowo prosta konstrukcja i niska cena.
Damian Żabicki
