Rodzaje GWC
Najogólniej rzecz biorąc zasada działania każdego gruntowego wymiennika ciepła polega na wykorzystaniu stałej temperatury gruntu, oscylującej na poziomie ok. 8°C, do ocieplenia lub schłodzenia powietrza płynącego systemem kanałów, płyt lub kolektorów.
Biorąc pod uwagę moment styku przepływającego powietrza z gruntem wyróżniamy trzy rodzaje GWC:
- GWC przeponowe np. rurowe – przepływające powietrze nie ma bezpośredniego styku z gruntem, jest od niego oddzielone ścianką kanału tzw. przeponą.
- GWC bezprzeponowe np. żwirowe lub płytowe – przepływające powietrze nie jest oddzielone od gruntu żadną barierą.
- GWC z czynnikiem pośredniczącym w postaci roztworu glikolu tzw. glikolowe.
GWC Rurowy
Najprostszym w wykonaniu Gruntowym Wymiennikiem Ciepła jest po prostu rura z tworzywa sztucznego o długości 40-60 metrów ułożona pod ziemią. Jej minimalna średnica powinna być równa lub większa średnicy króćca montażowego centrali wentylacyjnej. Zastosowanie rury o przekroju nieco większym niż króćce montażowe rekuperatora spowoduje wolniejszy przepływ powietrza przez Gruntowy Wymiennik Ciepła a co za tym idzie nieznaczne zwiększenie jego sprawności – powietrze lepiej ogrzeje się zimą oraz mocniej schłodzi latem. Jeżeli natomiast zastosuje się zbyt małą średnicę rur, znacznie wzrosną opory przepływu powietrza przez wymiennik a co za tym idzie jego skuteczność znacznie spadnie. Niestety często tzw. „fachowcy” proponują inwestorom wykonanie GWC z rur o średnicy 80 czy 100 mm argumentując to niższą ceną. Jednak niezależnie od wielkości i typu centrali wentylacyjnej, ze względu na olbrzymie opory wymiennik tego typu nie będzie on działał.
Najprostszą formą GWC rurowego jest prosta rura o odpowiedniej długości, dobranej do potrzeb konkretnego budynku zakopana pod ziemią. Niestety nie na każdej działce istnieje możliwość zakopania ok. 60 mb rury w prostym odcinku.
W takim przypadku wykonuje się GWC w postaci rury łamanej (w kształcie litery “S” lub “U”) , kilku rur równoległych zebranych następnie w jedną lub w postaci drabinki.
Należy w takim przypadku unikać zagięć pod kątem 90° i do montażu używać kolanek 45°, aby uniknąć oporów w przepływie powietrza. Tego typu instalacja jest nieznacznie droższa ze względu na koszt kolanek, ale daje możliwość ułożenia instalacji na stosunkowo niedużej powierzchni.
O kształcie wymiennika za każdym razem powinien decydować, znający się na rzeczy wykonawca. Każde, bowiem załamanie rury generuje dodatkowe opory przepływu, co ma olbrzymi wpływ na późniejsze działanie GWC.
Bez względu na kształt ułożonej rury zawsze jest ona zakończona czerpnią zabezpieczoną siatką chroniącą przed insektami i gryzoniami. Niekiedy czerpnię wyposaża się dodatkowo w filtr, którego zadaniem jest oczyszczanie zasysanego powietrza.
GWC rurowe można wykonać z antybakteryjnej rury PVC, posiadającej dodatkowo właściwości bakterio- i grzybobójcze zabezpieczające GWC przed namnażaniem się w jego wnętrzu niepożądanych gości. Niestety takie rozwiązanie znacznie podnosi koszty całej inwestycji. Nie jest też jednoznacznie stwierdzone czy w warunkach panujących w wymienniku (brak dostępu światła, stała temperatura) namnażanie drobnoustrojów chorobotwórczych w ogóle może mieć miejsce.
GWC Płytowy
Płytowy gruntowy wymiennik ciepła to oryginalne rozwiązanie umożliwiające pozyskanie zawartego w gruncie chłodu latem oraz ciepła w okresie grzewczym w maksymalnie wydajnym stopniu. Dzięki odpowiednio dobranej izolacji termicznej i niewielkiej grubości podłoża żwirowego może być płytko posadowiony(około 0,7m poniżej gruntu). Umożliwia to wykonanie go w miejscach o wysokim poziomie wód gruntowych. Bezprzeponowy przepływ powietrza (w bezpośrednim kontakcie z odpowiednio przygotowaną warstwą gruntu) umożliwia odprowadzenie bezpośrednio do gruntu kondensatu powstającego w procesie schładzania powietrza, zapobiega rozwojowi grzybów i pleśni wykorzystując stabilizujące działanie naturalnej flory gruntu.
Odpowiednie ukształtowanie strugi powietrza przepływającego przez płytowy wymiennik zapewnia skuteczną wymianę ciepła. Podstawowe wyróżniki charakteryzujące wymiennik płytowy to niewielkie straty ciśnienia.
Najprościej rzecz biorąc płytowy, gruntowy wymiennik ciepła to połączenie niektórych właściwości wymiennika rurowego z wymiennikiem żwirowym. Jego konstrukcja polega na umieszczeniu na przygotowanym, równym złożu żwirowym warstwy płyt z tworzywa ustawionych na „stopkach” opartych o powierzchnię złoża żwirowego (podsypki żwirowej). Powietrze przepływa, więc nie pomiędzy kamieniami złoża (jak ma to miejsce w przypadku GWC żwirowego), ale nad nimi, w przestrzeni pomiędzy złożem a pokrywającymi go płytami.
GWC Żwirowy
Jest to jedno ze starszych rozwiązań gruntowego wymiennika ciepła. Popularne w okresie, gdy niedostępne były jeszcze nowsze rozwiązania wymienników rurowych czy płytowych. Najstarszy żwirowy wymiennik ciepła w Polsce znajduje się w Polanicy Zdroju i pracuje nieprzerwanie od ponad 22 lat. Na świecie np. w Norwegii żwirowe GWC użytkowane są od lat 70-tych ubiegłego stulecia.
Tak długi okres eksploatacji pozwolił na wykonanie wielu badań i pomiarów oraz na zebranie informacji jak wymiennik zachowuję się na przestrzeni lat i jak wypada w porównaniu z nowszymi konstrukcjami.
GWC oparty na złożu żwirowym, oprócz funkcji chłodzenia latem oraz podgrzewania wstępnego powietrza zimą pełni również rolę swoistego filtra dla powietrza wchodzącego do budynku. Większość zanieczyszczeń powietrza zostanie zatrzymana wewnątrz złoża wymiennika, jednak użytkownik powinien mieć świadomość przynajmniej teoretycznej konieczności usunięcia zanieczyszczeń z wnętrza wymiennika co jakiś czas. W tym celu wymiennik żwirowy powinien być wyposażony w system doprowadzający wodę do złożą. Pozwoli on na przepłukanie żwiru, a także da nam możliwość nawilżania powietrza przechodzącego przez wymiennik.
Wymiennik oparty na złożu żwirowym będzie miał na pewno wysoką sprawność i w przypadku prawidłowego wykonania zapewni dopływ świeżego, przefiltrowanego powietrza do budynku. Z naszych doświadczeń wynika, że GWC żwirowy jest jednym z najlepszych tego typu rozwiązań. W szczególności charakteryzuje się on:
- bardzo efektywną wymianą cieplną z gruntem, praktycznie niespotykaną w wymiennikach innych typów
- wydajnym chłodzeniem i osuszaniem powietrza latem
- bardzo skutecznym ogrzewaniem i nawilżaniem powietrza zimą
- stosunkowo niską ceną w porównaniu z parametrami pracy i korzyściami płynącymi z jego zastosowania
- Czerpnia powietrza
- Kanał doprowadzający
- Rury rozprowadzające powietrze
- Grunt rodzimy
- Złoże akumulacyjne (żwir)
- Izolacja termiczna (styropian)
- Folia
- Geowłóknina
- Kanał wyprowadzający
A korzyści są następujące:
- Znaczne ograniczenie kosztów ogrzewania,
- Optymalna praca urządzeń do odzysku ciepła,
- Zapobieganie nadmiernej suchości powietrza zimą
- Zapewnienie pożądanego chłodu w porze letnich upałów
Wszystko to składa się na znaczną poprawę komfortu dla mieszkańców budynku oraz ograniczenie kosztów związanych z ogrzewaniem domu zimą i klimatyzowaniem latem.
GWC Glikolowy
Kolejnym rozwiązaniem GWC jest wykonanie go w wersji z czynnikiem pośredniczącym w postaci roztworu glikolu. W przeciwieństwie do wcześniej omawianych wymienników przeponowych (GWC rurowe) i bezprzeponowych (GWC żwirowe) tutaj powietrze ogrzewa się lub ochładza w chłodnicy umieszczonej w ciągu kanałów nawiewnych. Chłodnica jest typowym wymiennikiem ciepła typu powietrze/glikol, jednak w tym zastosowaniu musi spełniać bardzo rygorystyczne wymogi. Dotyczą one przede wszystkim oporów przepływu powietrza, oporów przepływu czynnika chłodzącego oraz odpowiedniej powierzchni wymiany ciepła. Wszystkie te czynniki mają bezpośredni wpływ na koszty eksploatacyjne systemu oraz jego rzeczywistą wydajność energetyczną.
GWC glikolowe ma następujące zalety:
- możliwość wykonania w trudnych warunkach gruntowych:
- bagnistych,
- sezonowo zalewanych,
- nasypowych (gruntem nieznanego pochodzenia)
- w pobliżu wysypisk śmieci i innych źródeł potencjalnych zanieczyszczeń
- absolutna czystość higieniczna oraz możliwość łatwego dostępu do wszystkich elementów, z którymi styka się powietrze wentylacyjne
- wysoka wydajność energetyczna
- możliwość współpracy z dolnym źródłem pompy ciepła opartym na glikolu
Wady GWC glikolowego to przede wszystkim brak oczyszczania powietrza oraz jego regulacji wilgotności w zimie.
Zalety GWC żwirowego to duża objętość chłodnicy znajdującej się wewnątrz budynku.
