Wymienniki gruntowe


Gruntowe wymienniki ciepła do wspomagania wentylacji

Gruntowy wymiennik ciepła (GWC) jest urządzeniem do wspomagania wentylacji budynków z odzyskiem ciepła. Zwiększa komfort cieplny poprzez ujednolicenie temperatury powietrza, dostarczanego do budynku. Zastosowanie GWC we współpracy z wentylacją na obiekcie pozwala w zimę :
– podgrzać powietrze zewnętrzne przy temperaturze około -15 -20 do około 0 stopni na wejściu na centralę wentylacyjną. Dzięki temu układ unikamy pracy układu any-zamrożeniowego rekuperatora, czyli pracy nagrzewnicy wstępnej( oszczędność energii) lub w wersjach najprostszych zatrzymania się wentylatora nawiewnego.( brak efektu podciśnienia)
-schodzić powietrze zewnętrzne o około 8-10 stopni w stosunku do temperatury zewnętrznej, co pozwala na zwiększenie komfortu cieplnego w okresie upałów. Niestety komfort można uzyskać tylko w przypadku obiektów w których praktycznie nie ma zysków ciepła od okien, czyli budynek z racji umiejscowienia i konstrukcji sam w sobie jest ,,chodny’’ a GWC pozwala na pracę centrali wentylacyjnej bez przegrzewania budynku.

Urządzenia w zależności od metodyki wymiany ciepła można podzielić na przeponowe i bezprzeponowe. W przeponowych wymiennikach występuje warstwa oddzielająca (tzw. przepona) media, między którymi występuje wymiana cieplna. Do tej kategorii zalicza się wymienniki rurowe i tu rozróżniamy 2 główne przypadki – z rur przeznaczonych do transportu powietrza np. Awaduckt Thermo firmy Rehau oraz rur kanalizacyjnych przeznaczonych do transportu ścieków, a nie powietrza –stosowanych jako tańszy zamiennik oraz glikolowe.
W wymiennikach bezprzeponowych powietrze przepływające ma bezpośredni kontakt z warstwą gruntu. Do tego rodzaju wymienników należą żwirowe i płytowe.
System może być połączony z wentylacją mechaniczną z rekuperatorem, powietrznym systemem grzewczym (np. pompa ciepła) lub z wentylacją grawitacyjną, która jest wspomagana kominem słonecznym.

Rodzaje wymienników gruntowych
Na rynku można wyróżnić następujące systemy rozwiązań GWC:
• Rurowe- transport powietrza odbywa się w specjalnych rurach.
• Żwirowe- powietrze przechodzi przez odpowiednio przygotowaną warstwę żwiru.
• Płytowe- powietrze zasysane do budynku przechodzi przez specjalną płytę strukturalną.
• Glikolowe- ciepło z gruntu przekazywane jest najpierw do zamkniętego układu glikolowego, a następnie do powietrza zasysanego do budynku.

Na jakim etapie należy planować montaż GWC
System wentylacji we współpracy z GWC należy uwzględnić już na etapie projektowania budynku. Wiąże się to z umiejscowieniem poszczególnych elementów wentylacji ( rekuperatora, wymiennika gruntowego, czerpni itp.) oraz rozprowadzenia przewodów wentylacyjnych na obiekcie oraz do wymiennika gruntowego. Na etapie projektowania należy określić przestrzeń wymaganą do ułożenia GPWC w gruncie oraz wskazania jego miejsca wejścia do budynku, a także umiejscowienia samej czerpni powietrza. Projekt musi uwzględnić moc (grzewczą i chłodniczą) wymiennika gruntowego. Parametry te wpłyną na określenie przewidywanej mocy grzewczej instalacji CO w budynku. Uwzględniając w projekcie GPWC, o wartość jego mocy grzewczej możemy zmniejszyć zapotrzebowanie na energię cieplną budynku. Dzięki temu można zbilansować te oszczędności w kosztach inwestycyjnych systemu wentylacji wspomaganego przez GPWC oraz obniżyć koszty eksploatacyjne, instalując w budynku źródła ciepła o mniejszej mocy. Na tym etapie należny podjąć również decyzję czy w ogóle instalować GWC, czy ma to uzasadnienie do naszej inwestycji.

Jako przykład przedstawimy sposób montaż wymiennika z wersji rurowej gdyż było to pierwsze rozwiązanie i najwięcej tego typu wymienników jest wykonanych i użytkowanych w Polsce.

Obraz 053Obraz 041

Przewody zasilające GPWC układa się podobnie jak rury kanalizacji zewnętrznej. Należy w tym wypadku używać rur polipropylenowych, dedykowanych pod wymiennik GPWC. Charakteryzują się one podwyższoną przewodnością cieplną, umożliwiając optymalną wymianę energii cieplnej między zasysanym powietrzem a gruntem, co ma bezpośredni wpływ na wysoką sprawność układu. Często popełnianym błędem jest instalowanie przewodów z PVC. Rury z PVC są wykonane z materiału, który nie jest przeznaczony do wymiany ciepła z gruntem. Ponadto do montażu tego typu instalacji nie należy stosować rur kanalizacyjnych z rdzeniem spienionym oraz dwusiecznych strukturalnych. Ze względu na działanie izolacyjne zamkniętego powietrza.
Przy wykonywaniu i wypełnianiu podsypki zalecane jest użycie gruntu rodzimego. Zdarza się, że do tego typu instalacji jest nawożony piasek, który niestety charakteryzuje się gorszymi parametrami przewodności cieplnej w porównaniu do typowej gliny.
Instalacja rurociągu powinna mieć spadek co najmniej 2 % w kierunku przepływu.

Obraz 010Natomiast odpływ kondensatu należy zainstalować w najniższym punkcie. Parametry samej instalacji ( średnica rur, długość samego rurociągu) zależą głównie od wielkości wymiany powietrza. Prędkość przepływu powietrza powinna mieścić się w granicach 1-3 m/s. Przy większej prędkości mamy do czynienia z większymi stratami ciśnienia oraz gorszą wymianą ciepła.
Wyróżniamy dwa główne typy instalacji GPWC: pierścieniowa (jednorurowa) lub Tichelmana. Wybór określonego rodzaju podyktowany jest wielkością samej instalacji jak i ilością dostępnego miejsca.
Aby wymiennik działał prawidłowo nie tylko musi mieć odpowiednio duża powierzchnie wymiany ale również powinien być zamontowany w odpowiednim gruncie, charakteryzującym się dobrymi parametrami przewodności cieplnej. Czy bardziej wilgotny tym lepszy. Ponadto bliskość wód gruntowych ma korzystny wpływ na działanie takiego wymiennika. Gwarantuje stałą i wyższą temperaturę gruntu, co ma wpływ na wyższą wydajność i efektywność takiej instalacji. Na takim podłożu również zapewniona jest lepsza i szybsza regeneracja cieplna
Jakie są wady wymienników gruntowych
Z racji że każdy typ wymiennika gruntowego ma inną budowę pomijamy tu wady i zalety poszczególnych rozwiązań wobec siebie. Do najważniejszych zaliczmy:
– dość duże koszty inwestycyjne w stosunku do efektywności
– brak ,,efektu klimatyzacji’’ co dla wielu potencjalnych Inwestorów jest głównym argumentem za wykonaniem tego systemu lub nie.
– po zamieszkaniu mało kto serwisuje i czyści wymienniki gruntowe, co powoduje że zamiast sobie pomagać- szkodzimy.