Dobrym rozwiązaniem wspomagającym i uzupełniającym system wentylacyjny domu jest gruntowy wymiennik ciepła (GWC).
Zanieczyszczenia spowodowane nadużywaniem paliw kopalnych prowadzą do globalnego ocieplenia, które jest poważnym zagrożeniem dla świata. Wraz z ciągłym wzrostem zapotrzebowania na energię dla zapewnienia komfortu cieplnego wewnątrz budynków, domów, mieszkań czy innych obiektów, odnawialne źródła energii zyskały na znaczeniu w ostatnich latach w celu zaspokojenia gwałtownie malejących zasobów energii i zaspokojenia rosnącego zapotrzebowania na energię. Pożądane zatem jest zminimalizowanie zużycia energii i promowanie wykorzystania odnawialnych źródeł energii w celu uratowania Ziemi przed niebezpiecznymi skutkami globalnego ocieplenia i niszczenia warstwy ozonowej. Obecnie poszukuje się wielu alternatywnych technik efektywniejszego wykorzystania dostępnych zasobów energii w celu uzyskania warunków komfortu cieplnego wewnątrz budynków. Koniecznym stało się opracowanie nietypowych i twórczych systemów energetycznych przystępnych cenowo, otwartych na postęp technologiczny, łatwych w utrzymaniu i zgodnych z ograniczeniami prawnymi. Gruntowe Wymiennik Ciepła (GWC) ziemia-powietrze są jedną z tych obiecujących technik, które można skutecznie wykorzystać do wstępnego podgrzewania powietrza zimą i odwrotnie latem. Temperatura ziemi na głębokości od 1,5 do 2 m pozostaje dość stała przez cały rok i ta temperatura nazywana jest niezakłóconą temperaturą gruntu (NTG). NTG pozostaje wyższa niż temperatura powietrza zewnętrznego zimą i niższa niż temperatura powietrza zewnętrznego latem. Koncepcja gruntowego wymiennika ciepła (GWC) ziemia-powietrze jest bardzo prosta. Powietrze z otoczenia jest wciągane do GWC zakopanego na określonej głębokości, redukowane do temperatury gruntu i dzięki temu ogrzewane zimą i odwrotnie latem. W ten sposób można pasywnie zmniejszyć obciążenie ogrzewania i chłodzenia budynku.
Stwierdzono, że grunt na pewnej głębokości ma właściwość pozostawania zimnym latem i stosunkowo gorętszym w zimowe dni od temperatury atmosferycznej. W polskich warunkach na głębokości 1,5 do 2 m niezakłócona temperatura gruntu (NTG) wynosi około +8⁰C , +10⁰C.(GWC).
GWC Rozkład temperatur
Warunki komfortu przebywania w pomieszczeniach dla człowieka to temperatura od 20⁰C do 26⁰C i wilgotność względna od 40% do 60%. Można to osiągnąć poprzez zamontowanie energochłonnej klimatyzacji w oparciu o urządzenia freonowe, ale w dzisiejszych czasach powinniśmy się opierać o rozwiązania równie skuteczne jak klimatyzacja ale energooszczędne i takim właśnie rozwiązaniem jest GWC. Powietrze przepuszczane przez podziemną instalację latem nawiewane do budynku jest schładzane, ponieważ temperatura gruntu wokół wymiennika ciepła jest niższa od temperatury otoczenia. Zimą, gdy temperatura otoczenia jest niższa niż temperatura gruntu, proces ulega odwróceniu i następuje wstępne podgrzanie powietrza. Czyli jeśli na zewnątrz zimą mamy -20⁰C to po przejściu przez gruntowy wymiennik ciepła powietrze jest wstanie się ogrzać do temperatury na poziomie od -10⁰C do +2⁰C w zależności od konstrukcji GWC. W lecie z kolei gdy na zewnątrz jest temperatura około +35⁰C to powietrze po przejściu przez GWC może osiągnąć wartość +25⁰C, a nawet +16⁰C z zależności od konstrukcji GWC.
GWC lato. Rozkład temperatur. |
GWC zima. Rozkład temperatur. |
Gruntowo-powietrzne wymienniki ciepła są uważane za skuteczny system wspomagania ogrzewania lub zamiennik chłodzenia budynków. Są to zasadniczo konstrukcje metalowe, plastikowe, betonowe lub kamienne zakopane pod ziemią na określonej głębokości. W zależności od różnicy temperatur w tych konstrukcjach następuje wymiana ciepła między gruntem a powietrzem. Wykorzystują zieloną i czystą energię w celu zminimalizowania zanieczyszczenia i zminimalizowania konwencjonalnego zużycia energii. Zyski ze stosowania GWC w budownictwie energooszczędnym są olbrzymie dlatego powinniśmy je wykorzystywać zawsze gdy jest to możliwe. Istnieje kilka typów systemów gruntowych wymienników ciepła Ziemia-Powietrze w zależności od tego jak następuje styk przepływającego powietrza z gruntem czyli wyróżniamy:
- Gruntowe wymienniki przeponowe i tu najczęściej rurowy. To zakopana na odpowiedniej głębokości rura o średnicy umożliwiającej swobodny przepływ wymaganej ilości powietrza z prędkością najlepiej nie większą niż 2m/s. Przeponą oddzielającą powietrze od gruntu jest ścianka rury. Najczęściej stosowaną średnicą jest 200mm i odpowiada ona wydajności 200-250 m³/h przy zachowaniu 2m/s. Rura może być w postaci prostej, łamanej lub opaski wokół domu, a także w postaci kilku rur ułożonych równolegle tworzących postać drabinki (układ Tichelmanna). Jednak na wydajność systemu nie wpływa znacząco kształt instalacji i materiał zakopanej rury, a zamiast tego w dużym stopniu wpływa na nią prędkość powietrza.
- Gruntowy wymiennik bezprzeponowy i tu najczęściej żwirowy lub grzebieniowy. Wymiennik żwirowy to najprościej mówiąc wykop wypełniony czystym, płukanym, certyfikowanym żwirem o odpowiedniej granulacji. Do wykopu wstawiony jest system rur pozwalających wprowadzić powietrze na całej wysokości wymiennika i z drugiej strony bliźniaczy system rur pozwalający wyprowadzić powietrze. Powietrze ogrzewa się lub chłodzi, przepływając przez całą kubaturę zakopanego żwiru, mając z nim bezpośredni kontakt nie będąc oddzielone żadna przeponą.
- Gruntowy wymiennik płytowy i tu autorskie rozwiązanie firmy Pro Vent. To można powiedzieć połączenie wymiennika żwirowego z rurowym. Pod powierzchnią gruntu, na podsypce żwirowo-piaskowej, układa się specjalne płyty tworzące szczelinę ok. 5 cm przez którą przepływa powietrze. Ma ono z jednej strony bezpośredni kontakt z gruntem. Wymiennik płytowy zajmuje dość duża powierzchnię ponieważ wymaga dużego kontaktu wymiennika z gruntem rodzimym ale za to nie musi mieć tak głębokiego wykopu jak przy wymienniku np. żwirowym.
- Gruntowy wymiennik z czynnikiem pośredniczącym i tu może być to roztwór glikolu. W tym rozwiązaniu powietrze nie ma bezpośredniego kontaktu z gruntem czy to bezprzeponowo czy przeponowo ale pośrednio odbiera energię gruntu przepływając przez pośredniczący wymiennik powietrze – glikol. To glikol krążąc w układzie pionowo lub poziomo zakopanej rurze odbiera energię i przekazuje ją powietrzu na chłodnico nagrzewnicy zamontowanej na układzie wentylacyjnym. Ten wymiennik jest często wybierany na brak kontaktu powietrza z gruntem i ryzykiem zanieczyszczenia powietrza substancjami mogącymi znaleźć się w układzie zakopanym pod ziemią.