Gruntowy wymiennik ciepła – co to jest i jak działa

Skrót GWC oznacza gruntowy wymiennik ciepła, czasem także „czerpnią gruntową”. GWC pozyskuje energię ze złoża (gruntu), na głębokości najczęściej 1,5 do 1,8 m, gdzie panuje średnia temperatura na poziomie 4°C <=> 8°C (w zależności od rodzaju gruntu). Na rynku proponuje się wiele rozwiązań: GWC powietrzne rurowe, żwirowe, a także glikolowe. W obu pierwszych przypadkach medium odbierającym temperaturę gruntu jest powietrze biegnące w systemie rur pod ziemią, w trzecim glikol w wężownicy ułożonej w gruncie. Bardzo ważna jest głębokość na jakiej posadowiony zostanie nasz wymiennik gruntowy. Przede wszystkim najwyższy punkt (poza czerpnią terenową oczywiście) powinien znajdować się PONIŻEJ strefy przymarzania tzn. głębokości do której przy typowych dla danego rejonu temperaturach zimowych grunt zamarza. Dodatkowo na sprawność układu wpływ ma także rodzaj gruntu. Piasek, ma najgorsze właściwości termiczne (szybko się schładza, szybko nagrzewa), znacznie lepsze właściwości mają grunty typu gliniastego. W przypadku glikolowych gruntowych wymienników ciepła możemy bez obaw ułożyć wężownicę w wodzie – oczywiście zbiornik musi być odpowiednio duży. W zależności od pory roku temperatura powietrza przepływającego przez system GWC ulega obniżeniu (latem) lub podwyższeniu (zimą). Gruntowy wymiennik ciepła ma za zadanie poprawić komfort termiczny w lecie (ochłodzić powietrze), a w zimie wesprzeć skuteczność odzysku temperatury (podgrzać powietrze). Zwracamy uwagę, że długość i średnica rur wpływa na czas jaki powietrze (lub glikol) “przebywa” pod ziemią i jaką temperaturę osiągnie nim dotrze do rekuperatora (lub modułu GGWC). Również tworzywo z jakiego wykonane są podziemne instalacje wpływa na efektywność przekazywania ciepła przez ścianki. Do GWC oferowane są dedykowane rozwiązania przystosowane do transportu powietrza i efektywnego przekazywania temperatury z gruntu przez ścianki rur. Zwiększona przepuszczalność termiczna uzyskiwana jest przez usunięcie w fazie produkcji mikrocząsteczek powietrza z materiału wykorzystywanego do ich produkcji. Im dłuższy czas poddawania powietrza procesowi „chłodzenia” lub „ogrzewania” tym lepszy parametr uzyskamy przy rekuperatorze.

 

Gruntowy wymiennik ciepła – jak dobrać odpowiednie rozwiązanie tego układu?

 
Przy doborze układu GWC musimy wziąć pod uwagę kilka istotnych warunków:

  • rodzaj gruntu,
  • wielkość dostępnej powierzchni – najlepiej wolnej od nasadzeń,
  • poziom wód gruntowych,
  • powierzchnia użytkowa domu – wentylowana kubatura.

W zależności od ww. czynników decydujemy jaką technologię GWC (gruntowy wymiennik ciepła) zastosować, jaką długość wymiennika dobrać by spełniał on swoje funkcje zgodnie z oczekiwaniami. Należy pamiętać, iż tylko niektóre urządzenia można połączyć z wybraną technologią gruntowych wymienników ciepła.

LATO:

W lecie, gdy temperatura na zewnątrz osiąga wysokie wartości, w proces zasysania powietrza do budynku zaprzęgany jest układ zewnętrzny. Zasadę działania najprościej jest przedstawić na przykładzie powietrznego rurowego wymiennika ciepła. Przyjmijmy, że temperatura gruntu wynosi wspomniane 4°C <=> 8°C. Powietrze zasysane do układu przez czerpnię terenową trafia pod ziemię do systemu rurowego, gdzie przez ściany tych rur ochładza się do komfortowej temperatury. Ważna jest długość rurociągu, średnica rur oraz materiał z jakiego są wykonane. Ważnym elementem przy wykorzystywaniu gruntowego wymiennika ciepła w lecie jest wyposażenie rekuperatora w by-pass. By – pass (dodatkowy kanał w urządzeniu) pozwala ominąć wymiennik ciepła nie dopuszczając do ogrzania świeżego powietrza przez powietrze wywiewane, w inny przypadku znacznie osłabi to efekt schłodzenia jaki uzyskaliśmy pod ziemią. Gruntowy wymiennik ciepła w lecie pełni funkcję chłodnicy.

pocalosci1

ZIMA:

Analogicznie do okresu letniego wykorzystujemy tą samą cechę i właściwości gruntu. Rekuperator poprzez czerpnię terenową zasysa powietrze do układu GWC. Pod ziemią, w rurach, powietrze „ogrzewa” się i dopiero wstępnie ogrzane trafia do rekuperatora. W tym przypadku by-pass kieruje powietrze tylko na wymiennik by dokonał się proces odzysku ciepła z powietrza wywiewanego. W zimie gruntowy wymiennik ciepła pełni funkcję nagrzewnicy wstępnej, podgrzewając „za darmo” powietrze wchodzące oraz dodatkowo zabezpiecza rekuperator przed zamarzaniem. Połączenie rekuperatora o wysokim współczynniku sprawności z układem GWC zapewni zimą dodatkowe wsparcie systemu wentylacji, a to w konsekwencji przełoży się na nawiewanie wyższej temperatury do pomieszczeń, bardzo zbliżonej do temperatury wywiewanej.

pocalosci1
 
Regeneracja gruntu

Prawidłowo zaprojektowany i wykonany gruntowy wymiennik ciepła zastosowane w budownictwie jednorodzinnym działa w szczytowych zakresach temperatur – w okresie letnim i zimowym. Jesień, wiosna to czas, gdy temperatura zewnętrzna osiąga wartości zbliżone do temperatury wewnątrz, GWC wówczas nie pracuje, a grunt ma czas na regenerację. Oczywiście producenci deklarują, że regeneracja gruntu przebiega w cyklu dobowym, ale przy długotrwałym mrozie lub upałach temperatura gruntu wokół rur również się zmienia, co przekłada się na sprawność układu. W okresie wiosennym i jesiennym rekuperator powinien czerpać powietrze z czerpni ściennej.

 

Rekuperator a Gruntowy wymiennik ciepła

 
Dobierając rekuperator do układu GWC warto zwrócić uwagę na kilka elementów:

Spręż – najprościej tłumacząc to ”moc” powietrza jaką wytwarza rekuperator, która określa jakie opory jest ono w stanie pokonać. Im instalacja bardziej skomplikowana, im dłuższa tym opory są większe. Musimy o tym pamiętać, gdyż po uruchomieniu systemu wentylacji może się okazać, ze urządzenie nie jest w stanie uzyskać założonych parametrów.

Automatyka – najlepiej, gdy nasz rekuperator będzie dysponował sterowaniem pozwalającym automatycznie sterować pracą poszczególnych podzespołów m.in. na podstawie zadanych przez użytkownika kombinacji wysokości temperatur system zarządzający pracą urządzenia będzie wybierać najbardziej komfortowy strumień powietrza: czerpnia gruntowa (gruntowy wymiennik ciepła)/czerpnia ścienna. Automatyka steruje także by-passem, a nas zwalnia z konieczności nadzorowania pracy całego układu.

By-pass – rekuperator, aby nie dogrzewał powietrza latem musi być wyposażony w automatyczny by-pass, co oznacza, że całość powietrza kierowana jest właśnie przez niego, a nie przez wymiennik ciepła.

Wentylatory regulowane niezależnie – to jeszcze jeden niezwykle istotny element, o którym wielu zdaje się nie pamiętać. Aby układ wentylacji z odzyskiem ciepła mógł współpracować “bezkolizyjnie” z GWC rekuperator musi mieć możliwość automatycznej zmiany prędkości obrotowej wentylatorów przy Gruntowym Wymienniku Ciepła, który jest uruchomiony. Wszystko po to, aby pokonać opory dodatkowej instalacji (Gruntowy Wymiennik Ciepła) bez start w ilości dostarczanego powietrza do pomieszczeń. W praktyce wygląda to tak, że w momencie uruchomienia GWC rekuperator zwiększa swoją moc pokonując opory układu GWC i dostarcza nam taką samą ilość powietrza jaka była nawiewana bez GWC.
 
Jeśli jesteś zainteresowany/-a gruntowym wymiennikiem ciepła, a nie wiesz, który układ będzie dla Ciebie najlepszy i jaki wybrać do niego rekuperator – zapytaj nas. Chętnie pomożemy!