Budując dom mamy bardzo wiele decyzji do podjęcia o charakterze technicznym i konstrukcyjnym, które będą miały wpływ na koszty eksploatacji i utrzymania budynku  oraz takie które będą miały znaczenie na późniejszy komfort panujący w jego wnętrzu. Jedną z tych decyzji jest wybór systemu wentylacji, czy wentylacja naturalna (grawitacyjna) czy mechaniczna z odzyskiem ciepła. Odpowiedź jest dość oczywista bo wyższość wentylacji mechanicznej nawiewno- wywiewnej i z odzyskiem ciepła nad wentylacją grawitacyjna jest ogromna i sprawa wydaje się prosta, to jednak decyzja o wykonaniu gruntowego wymiennika ciepła GWC dla niektórych jest już nie do końca oczywista i dość trudna. Pada tu często pytanie po co zatem potrzebne jest mi GWC.

GWC należy traktować jako całość z resztą systemu wentylacyjnego. Jeśli już podjęliśmy decyzję o wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła (rekuperacji) to gruntowy wymiennik ciepła(GWC) jest jednym z najważniejszych elementów tego systemu bo znacząco odpowiada za zapewnienie komfortu wewnątrz budynku.

W zimie podnosząc sprawność temperaturową centrali wentylacyjnej (rekuperatora) wzrasta temperatura nawiewanego powietrza i jest bliska tej panującej w pomieszczeniach. To z kolei powoduje, że wentylacja w zimie jest całkowicie nieodczuwalna pod względem różnic temperatury dla użytkownika a mimo to w całym domu mamy świeże powietrze.  Jeżeli zdecydujemy się na GWC, a zwłaszcza w wersji złoża żwirowego to dodatkową korzyścią jego stosowania jest to, że dzięki niemu zimą gdy powietrze w domu bywa zbyt suche może on nam nawilżać powietrze nawiewane do budynku. Jest to bardzo ważna i wyróżniająca ten wymiennik cecha, ponieważ jego zastosowanie praktycznie wyklucza możliwość przesuszenia powietrza wewnątrz domu w zimie.

W lecie natomiast GWC ma do spełnienia jeszcze ważniejszą rolę dla zapewnienia nam komfortu. Po pierwsze osusza powietrze nawiewane, bo latem wilgotność względna ta mierzona w procentach na zewnątrz jest bardzo wysoka, a poprzez wykroplenie się jej nadmiaru w GWC następuje znaczne  obniżenie wilgotności nawiewanego powietrza. Wilgotność powietrza jest ważniejszym czynnikiem wpływającym na nasz komfort niż temperatura. Wynika to z tego, że organizm ludzki chłodzi się głównie poprzez odparowywanie wody. Przy dużej wilgotności powietrza pot nie odparowywuje wystarczająco szybko. Wtedy jest nam bardzo gorąco i ciężko się nam oddycha można powiedzieć że mamy odczucie duszności. Zatem w tropiku przy +28⁰C będziemy czuli się dużo gorzej niż na pustyni przy +34⁰C.

Kolejna zaletą GWC jest to, że obniża znacznie również temperaturę co pozwala ograniczyć przegrzewanie się pomieszczeń. Zatem GWC ma bardzo istotny wpływ na jakość naszego samopoczucia w domu. Chłodzenie w upalne dni doprowadzanego przez system wentylacji współpracującej z GWC powietrza do ok. 20⁰C zdecydowanie poprawia komfort klimatyczny panujący wewnątrz.

Ostatnią równie ważną zaletą stosowanie GWC są koszty eksploatacyjne, a w zasadzie ich brak. Jedyne wydatki jakie ponosimy to nakłady inwestycyjne na samą budowę GWC. Koszty eksploatacyjne są praktycznie znikome i sprowadzają się do wydatków na  energię elektryczną zużywaną przez niewielki wentylator czy pompkę.

Gruntowy wymiennik ciepła jest to zatem urządzenie, które przy odpowiedniej konstrukcji posiada olbrzymią sprawność (stosunek energii uzyskanej – ochłodzenie lub ogrzanie powietrza  – do włożonej – energia zużyta przez wentylator), znacząco zmniejsza koszty eksploatacyjne budynku oraz ma bezpośredni wpływ na poprawę komfortu przebywania wewnątrz domu.

GWC WADY I ZALETY

• Prosta budowa GWC, z łatwo dostępnych materiałów (odpowiednio przygotowanych np. czysty, płukany żwir), pozwala na wykonanie go w zasadzie w każdych warunkach i miejscu. Stwarza to możliwość prawie powszechnego stosowania tego urządzenia dla celów wentylacji, klimatyzacji i termowentylacji domów jednorodzinnych jak i dużych obiektów.
• Wykorzystanie w tani sposób naturalnej energii gruntu z niewielkiej głębokości dla chodzenia i ogrzewania strumienia powietrza wentylacyjnego dostarczanego do budynku. Chłodzenie latem może wyeliminować potrzebę stosowania klimatyzatorów freonowych.
• Użytkowanie Gruntowego Wymiennika Ciepła ma wybitne cechy pozyskiwania energii odnawialnej czyli darmowej energii gruntu. Inwestor, który zdecyduje się na jego budowę, może starać się o dotację lub preferencyjny kredyt inwestycyjny z programów Unii Europejskiej lub Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska.
• Jedyna wada GWC wynika z jego zalety. Precyzyjna regulacja parametrów powietrza opuszczającego potężny magazyn energii jest utrudniona bo nie posiadamy w ręku pilota do regulacji temperatury jak to jest w przypadku klimatyzatora. Zakres parametrów regulowanych w tradycyjnym urządzeniu klimatyzacyjnym jest korzystniejszy od zakresów parametrów możliwych do osiągniecia przez GWC i to jest pewną zaletą urządzeń konwencjonalnych. Przy korzystaniu z GWC można jednak zaoszczędzić na kosztach automatyzacji, gdyż ze względu na bezwładność GWC stan powietrza na wyjściu z wymiennika jest w dużym stopniu niezależny od wahań powietrza zewnętrznego na wejściu do wymiennika – jego parametry są w długim okresie czasu stabilne i nie wymagają bieżącej regulacji. GWC ma charakter typowego wymiennika akumulacyjnego.
• Parametry powietrza opuszczającego złoże charakteryzują się bardzo powolnymi zmianami w czasie i są zauważalne dopiero w cyklu kilkumiesięcznym. Praktycznie w okresie jednego miesiąca trudno je zauważyć. Niesie to za sobą korzystne zjawisko, gdyż niwelowane są wszelkie skoki temperatury powietrza zewnętrznego występującego w ciągu doby, jak również w kolejnych, następujących po sobie dniach, gdy występują gwałtowne ochłodzenia i ocieplenia.
• Duża wydajność i niskie koszty eksploatacji GWC w okresie letnim pozwalają na wykorzystywanie do wentylacji tylko powietrza zewnętrznego – bez potrzeby mieszania go z zużytym – recyrkulacja. Wymaga tylko niewielkiej ilości energii elektrycznej do obsługi wentylatora wlotu powietrza. Do tej pory największy działający GWC w Polsce ma sumaryczną wydajność 137 tys. m3/h.
• Zapewnia pozyskiwanie prawie całkowitego zapotrzebowania chłodu w okresie letnim. Energia włożona (wentylator) do pozyskiwanej osiąga w szczytach letnich wartości 1:30÷35 czyli z 100W energii włożonej do zasilania wentylatora możemy osiągnąć 3500W energii dostarczonej do budynku w postaci chłodu.
• GWC rozwiązuje problem zamarzania wymiennika w rekuperatorze zimą. Może wyeliminować potrzebę cyklu odszraniania czy działania grzałki. Strumień powietrza z GWC zasilającego rekuperator (nawet przy zimowych ekstremalnych temperaturach minus 20⁰C) nie powoduje zamarzania wymiennika ciepła – temperatura na wlocie jest bliska 0⁰C lub dodatnia.
• Zastosowanie GWC w okresie zimowym pozwala na pozyskiwanie z gruntu w szczytach do 50% ciepła wentylacyjnego. Energia włożona (wentylator) do pozyskiwanej osiąga maksymalnie zimą 1:35÷45. Powietrze po przejściu przez GWC ulega ogrzaniu z minus 20⁰C do nawet +2⁰C. Pozostaje już tylko w rekuperatorze podgrzać to powietrze do żądanych +20⁰C bo taka temperaturę chcemy mieć w domu. Recyrkulacja lub zastosowanie rekuperatora pozwala na dalsze pozyskanie ciepła w granicach 20÷30%.
• Średnia maksymalna różnica temperatur powietrza przed i za GWC latem 10÷12⁰C, zimą 18÷20⁰C – dotyczy to ekstremalnych temperatur zewnętrznych powietrza +32⁰C i -20⁰C. Czyli najlepsze efekty energetyczne uzyskuje się w okresach występowania ekstremalnych warunków pogodowych, tzn. przy niskich temperaturach powietrza zewnętrznego zimą i wysokich temperaturach zewnętrznych latem. „Obcięciu“ ulegają wszystkie uciążliwe szczyty.
• Średni efekt cieplny złoża wynosi 1 kW/m3, a w szczytach letnich i zimowych dochodzi nawet do 2kW z 1m3 złoża.
• Po przejściu przez GWC następuje obniżenie wilgotności powietrza latem np. z 15,2 do 12,7 g/kg i nawilżenie w okresie zimowym. Latem gdy mamy bardzo ciepło i wysoką wilgotność względną na poziomie 80%, powietrze to przechodząc przez GWC z tytułu różnic temperatur czy to na ściankach rury czy na powierzchni zimnych zamieni ulega wykropleniu i znacznemu obniżeniu wilgotności, a także spadkowi temperatury. Zimą w GWC w wersji żwirowej można zastosować system zraszania złoża i dzięki temu regulować wilgotność względną powietrza nawiewanego do budynku.
• GWC w niektórych wersjach np. w wersji złoża żwirowego oprócz zapewnia kontrolowanej wentylacji świeżego powietrza, ma wysoką zdolność filtrowania pod kątem kurzu i alergenów
• Wadą na pewno możemy nazwać dużą wartość finansowa w trakcie inwestycji. Zależy to jednak od punktu odniesienia bo jeśli planujemy montaż typowych gazowych klimatyzatorów to już cena GWC nie wydaje się tak wysoka. Dwa, trzy klimatyzatory mogą kosztować bardzo podobnie co GWC, a ilość energii potrzebnej do zasilania tych rozwiązań jest nieporównywalna. GWC zużywa maksymalnie kilkaset watów (wentylator), a klimatyzatory kilka tysięcy watów energii.
• Bezobsługowa praca – nie wymaga konserwacji. Wskazuje na to ponad 40-letnia eksploatacja instalacji pilotażowej w Polanicy Zdroju i 33 letnia w Exbud Kielce. Są to najstarsze udokumentowane i opomiarowane gruntowe wymienniki ciepła.

GWC WNIOSKI

GWC można stosować w wielu obiektach czy to mieszkalnych jak domy jednorodzinne czy obiektach użyteczności publicznej jak w sklepach, gastronomii, biurowcach, halach produkcyjnych, szkołach itp. W odróżnieniu od klimatyzacji tradycyjnej, którą często montuje się tylko w wybranych pomieszczeniach reprezentacyjnych jak salon to gruntowe wymienniki ciepła ze względu na ich zasadę działania i współpracę z centralnym systemem wentylacji stosuje się do zasilania w chłodne klimatyzowane powietrze w całym budynku.

Montaż i posiadanie gruntowego wymiennika ciepła jest opłacalne, ponieważ korzystnie wpływa on na jakość powietrza wentylacyjnego nawiewanego do pomieszczeń i znacząco podnosi komfort mieszkania przebywających w nich mieszkańców. Koszt wykonania GWC zwraca się w akceptowalnym okresie. Aby dobrze wybrać rozwiązanie i typ wymiennika ciepła spełniającego nasze wymagania co do osiągalnych parametrów to warto złożyć kilka zapytań do różnych firm oferujących wykonanie gruntowych wymienników ciepła.  Po otrzymaniu ofert należy porównać przedstawione propozycje pod względem kosztów instalacji, typu i wielkości wymiennika im jest większa, tym lepiej. Z pewną rezerwą należy podchodzić do proponowanych nam i reklamowanych rozwiązań oraz osiągów gruntowego wymiennika ciepła. Zbyt wiele błędów widziałem przy wykonywaniu GWC by powiedzieć, że każdy potrafi to poprawnie robić. Błędy bywają karygodne. GWC w formie rury potrafi być nie szczelne lub bez spadku co powoduje wypełnianiem się wodą i ograniczanie przepływu powietrza nie mówiąc o tym że stojąca woda w środku rury po pewnym czasie „zakwitnie”. Złoże żwiru wsypane do płytkiego wykopu wyłożonego folią i dwie rury po obu stronach na potrzeby wejścia i wyjścia powietrza. Tragedia. Nawet jak czytam artykuły w popularnym miesięczniku budowlanym opisujące rodzaje GWC, gdzie zamieszczone zdjęcia udostępnione przez wykonawców prezentują błędne wykonanie to pozostaje tylko stwierdzić, że wykonanie Gruntowego Wymiennika Ciepła jest proste jak się wie jak poprawnie należy go wykonać.

Firma LINK od wielu lat (około 20) wykonuje gruntowe wymienniki ciepła dla wielu różnych inwestorów od małych domowych instalacji o wydajności 500 – 1000 m³/h do dużych obiektów jak fotele, restauracje czy hale produkcyjne o wydajności od 5 000 do 20 000 m³/h.

Opracował Antoni