Gruntowy wymiennik ciepła do rekuperacji
Ogromne znaczenie przy podejmowaniu decyzji o montażu GWC powinien mieć rodzaj gruntu. Jeśli grunt jest suchy i piaszczysty: zyski z nie są warte zachodu. Jednak gliniaste, wilgotne podłoże będą idealne, by do rekuperatora trafiło powietrze już wstępnie opracowane temperaturowo: latem chłodniejsze, zimą cieplejsze.
Warto jest też rozważyć wielkość terenu, gdzie położona będzie instalacja zewnętrzna gwc. Istnieje kilka sposobów kładzenia instalacji i przed podjęciem decyzji warto skonsultować temat z inżynierem.
Co to jest glikolowy gruntowy wymiennik ciepła
GWC glikolowy w systemie rekuperacji składa się z dwóch części:
- jednostki wewnętrznej umieszczonej przy rekuperatorze
- instalacji zewnętrznej, w której krąży w obiegu zamkniętym glikol, ułożonej w gruncie
Dzięki energii zgromadzonej na głębokości 1,5 – 2 m w gruncie, odzyskiwana jest energia, która służy do wstępnego opracowania strumienia powietrza nawiewanego, zanim jeszcze trafi ono do rekuperatora. Takie opracowane przez tę instalację powietrze latem jest chłodniejsze, zimą zaś cieplejsze.
W praktyce oznacza to, że gruntowy wymiennik ciepła glikolowy zapewnia większe oszczędności i jeszcze większy komfort w wentylowanych pomieszczeniach.
GWC rurowy składa się z dwóch części: zewnętrznej instalacji z glikolem umieszczonej w gruncie na głębokości 1,5 – 2 m oraz z jednostki zewnętrznej: urządzenia zamontowanego przy rekuperatorze (po lewej stronie obok rekuperatora AERISnext 350).
Zasada działania glikolowego wymiennika ciepła
Gruntowy wymiennik ciepła korzysta z energii zgromadzonej w ziemi, gdzie na głębokości około 2 m panuje stała temperatura zarówno w lecie, jak i w zimie. Krążące w przewodach medium (powietrze lub glikol) transportuje energię do rekuperatora, gdzie oddaje ją do powietrza nawiewanego do budynku. W zależności od pory roku i ustawień rekuperatora zaciągane powietrze ogrzewa się lub ochładza poprawiając parametry pracy całego systemu wentylacyjnego. W dobrze zaizolowanym domu energooszczędnym z pewnością da się odczuć efekt pracy z tego systemu, bo w budynkach takich ilość energii, która potrzebna jest do ogrzania, jest niewielka. Także ze względu również na doskonałą izolację dużo łatwiejsze będzie schłodzenie go i utrzymanie komfortowej temperatury.
Zwiększysz korzyści, jeżeli dom będzie posiadał
- dobrze zaizolowane fundamenty, ściany i dach
- rolety okienne, zwłaszcza połaciowe
- szczelne okna bez nawiewników
Pomoc dla rekuperatora
Wymiennik glikolowy dostarcza do rekuperatora powietrze po wstępnej obróbce: zimą cieplejsze, latem chłodniejsze od powietrza zewnętrznego. Zwiększa to efektywność systemu rekuperacji oraz jeszcze bardziej podnosi komfort w rekuperowanych pomieszczeniach. 
Gruntowy wymiennik ciepła rekuperacja: Zamontowany gruntowy wymiennik ciepła (z prawej) z rekuperatorem AERISnext 600 (z lewej).
Gwc przynosi określone korzyści nie tylko latem. Fenomenalnie działa także zimą, wstępnie ogrzewając czerpane z zewnątrz zimne powietrze. Rekuperator z gruntowym wymiennikiem ciepła jest jak związek idealny: zgodny i czerpiący od siebie nawzajem maksimum korzyści.
Gruntowy wymiennik ciepła zwiększa sprawność sytemu rekuperacji
Dzieje się tak dzięki wykorzystaniu energii zgromadzonej w ziemi, gdzie panuje stała temperatura na głębokości 1,5 – 2 m. Dzięki wykorzystaniu energii gruntu, powietrze, które wchodzi do rekuperatora, ma wyższą lub niższą temperaturę niż temperatura zewnętrza: latem jest ona niższa, zimą wyższa. Pozwala to wymiennikowi ciepła rekuperatora na uzyskanie jeszcze większych parametrów odzysku ciepła. Można więc powiedzieć, że związek rekuperatora z gwc jest wyjątkowo udany.
Nie należy jednak zapominać, że nawet rekuperator z gruntowym wymiennikiem ciepła nie zastąpi w naszym klimacie systemu grzewczego zimą. Latem nie zastąpi też klimatyzacji na górnych kondygnacjach, gdzie potrafi być bez klimatyzacji naprawdę gorąco.
Jednak już przy domu parterowym można się pokusić o stwierdzenie, że duet rekuperatora z gruntowym wymiennikiem ciepła na tyle ochładza nawiewane powietrze, że jest w stanie utrzymać na długo komfortową temperaturę latem. Oczywiście pod warunkiem, że podczas najbardziej gorących letnich dni odetnie się też bezpośredni dopływ promieni słonecznych do pomieszczeń używając do tego np. rolet zewnętrznych.
Uwaga! Przejście rurki z glikolem od jednostki wewnętrznej do instalacji wewnętrznej trzeba przewidzieć na wczesnym etapie budowy domu. Jeśli inwestor poważnie rozważa montaż GWC, należy zrobić to nie później niż na etapie fundamentów!
Wyjście instalacji z budynku Zobacz więcej zdjęć z montażu instalacji zewnętrznej GWC
Zimą ogrzewa powietrze
W Polsce przez około 8 miesięcy w roku trzeba dogrzewać dom, by uzyskać w nim komfortową temperaturę i uzupełnić straty ciepła (wynikające z otwierania drzwi wejściowych, przenikalności ścian, okien, etc.). System rekuperacji odzyskuje znaczną część energii już w samym wymienniku, jednak gruntowy wymiennik z rekuperatorem robi coś więcej: ogrzewa powietrze zanim trafi ono do rekuperatora. Dzięki temu nawiewane powietrze jest jeszcze cieplejsze, a korzyści z wentylacji mechanicznej większe.
Latem ochładza powietrze
Latem zazwyczaj poza klimatyzacją nie istnieje wiele możliwości ochłodzenia budynku, szczególnie jego górnej kondygnacji. Wraz z upływem ciepłych dni wnętrze domu staje się powoli coraz cieplejsze w wyniku kumulowania się energii słonecznej wpadającej przez okna, wynikającej z użytkowania kuchni, łazienek czy po prostu energii pochodzącej od ludzi.
Proces ten przebiega wolniej w domach o dużej kubaturze i wykonanych z materiałów kumulujących ciepło. Budynek duży, wykonany z kamienia będzie miał dużo większą bezwładność termiczną niż niewielki domek wykonany z typowo izolujących materiałów budowlanych. Dużym mankamentem budynków o wysokiej bezwładności termicznej są stosunkowo duże koszty ogrzewania: aby dom był ciepły, należy wprowadzić duże ilości energii w ściany budynku. Odwrotnie latem – taki dom teoretycznie dłużej zachowa przyjemny chłód, nawet przy stosunkowo częstym tradycyjnym wietrzeniu. Coś za coś.
Budynek dobrze zaizolowany zachowuje się inaczej: ściany nie kumulują dużych ilości ciepła, za to jego bezwładność termiczna zapewniana jest przez maksymalną szczelność. Jeśli dom z niewielką bezwładnością przewietrzymy zimą poprzez otwarcie okien – nastąpi jego szybkie wychłodzenie. Podobnie latem – otwarcie okien i wietrzenie gorącym, letnim powietrzem spowoduje szybkie ogrzanie się wnętrza budynku.
Latem temperatura powietrza dostarczanego przez czerpnię do rekuperatora jest dokładnie taka, jak na zewnątrz: wysoka. Przy zastosowaniu gwc, temperatura powietrza dostarczonego do rekuperatora zostaje obniżona właśnie dzięki energii uzyskanej z jego pracy.
Gruntowy wymiennik ciepła rekuperacja: rekuperator AERISnext z gruntowym glikolowym wymiennikiem ciepła. Z prawej strony za GWC widoczny manometr.
Na czym polega działanie gruntowego wymiennika ciepła
Podstawową funkcją gruntowego wymiennika ciepła jest obróbka temperaturowa powietrza: zimą jest ono podgrzewane, latem schładzane. Dzięki temu do wymiennika rekuperatora dostaje się świeże powietrze z zewnątrz, ale 'opracowane’: zimą podgrzane, a latem ochłodzone. W wyniku tej obróbki zimą cały system rekuperacji jest w stanie osiągnąć dużo wyższe sprawności odzysku ciepła. Nawiewane do pomieszczeń powietrze jest także cieplejsze, a wymiennik dodatkowo chroniony przed przemarzaniem.
Latem nawiewane do pomieszczeń powietrze jest chłodniejsze, co zwiększa komfort przebywania w wentylowanych pomieszczeniach.
Rekuperator AERISnext 600 (z prawej) z gruntowym wymiennikiem ciepła (z lewej).
Mity i prawdy o gruntowym wymienniku ciepła
Mniejsze koszty ogrzewania – PRAWDA
Mniejsze koszty ogrzewania – PRAWDAInstalując gwc zyskujemy olbrzymi zysk energetyczny (nawet ponad 10oC!) – z pewnością oznacza to znaczne zmniejszenie kosztów ogrzewania.
Poprawne działanie to kłopotliwe ręczne sterowanie – MIT
Poprawne działanie to kłopotliwe ręczne sterowanie – MITGruntowy wymiennik ciepła pracuje automatycznie dzięki czujnikowi temperatury. Centrala pobiera powietrze przez GWC, kiedy w miesiącach zimowych temperatura spada poniżej 7oC, a w miesiącach letnich jest wyższa niż 23oC przy czym uzależnione to jest również od temperatury komfortu ustawionej przez użytkownika. Gdy temperatura nie zawiera się w w/w przedziałach, GWC nie pracuje: jest to czas przeznaczony na regenerację gruntu.
Przewody instalacji wentylacji muszą być zaizolowane – PRAWDA
Korzystanie z przewodów nieizolowanych rozprowadzających powietrze w budynku niemal na pewno spowoduje wstępne ogrzewanie się nadmuchiwanego powietrza od ścianek przewodu wentylacyjnego w okresie letnim. Może w takim wypadku dojść do paradoksalnej sytuacji, gdy powietrze czerpane z zewnątrz o temperaturze na przykład 30oC schłodzone do temperatury np. 18oC zostanie ponownie ogrzane przez ścianki nieizolowanych przewodów wentylacyjnych do temperatury 28oC lub nawet wyższej w przypadku prowadzenia przewodów na nieizolowanym poddaszu. Zimą przewody nieizolowane zachowają się jak butelka wyjęta z lodówki w chłodny dzień: na ich zimnej powierzchni będzie wykraplać się para wodna spływając wzdłuż ścian lub sufitów i powodując powstanie brzydkich zacieków, a w ekstremalnych przypadkach nawet zagrzybienie ścian.
Rekuperator powinien być wyposażony w bypass – PRAWDA
Umożliwi to korzystanie z rekuperatora z pominięciem wymiennika ciepła, co zapewnia efektywne działanie GWC latem, gdy nawiewane powietrze jest chłodniejsze od powietrza wywiewanego. Zapobiega to sytuacji ogrzania się powietrza nawiewanego do budynku od powietrza usuwanego z pomieszczeń. Każdy rekuperator AERISnext posiada bypass.
Gwc z powodzeniem zastąpi nam klimatyzację – MIT
Gruntowy wymiennik ciepła nie jest urządzeniem klimatyzacyjnym i nie posiada możliwości utrzymywania ustalonej temperatury. W dobrze przygotowanych budynkach, w których nastąpiło skuteczne odcięcie dopływu promieni słonecznych, GWC może zapewnić utrzymanie stosunkowo stałej, przyjemnej temperatury w okresie upałów, pod warunkiem, że nie dopuścimy do wcześniejszego przegrzania wnętrza budynku poprzez np. notorycznie otwierane okna czy drzwi. Dobrze działający system wentylacyjny z wymiennikiem glikolowym zapewni nawiew świeżego powietrza o temperaturze w granicach 21-25oC przy upałach na zewnątrz rzędu 28-32oC. Uwaga: przy minimalnym przepływie powietrza schłodzenie odczuwalne będzie jedynie w pobliżu anemostatu. Nawiewane powietrze szybko miesza się z powietrzem wewnątrz pomieszczenia, więc z anemostatu nigdy nie popłynie silny strumień chłodu, jak ma to miejsce w przypadku klimatyzatora, który niejednokrotnie nawiewa silny strumień powietrza o temperaturze zaledwie kilkunastu stopni. Aby uzyskać skuteczniejsze chłodzenie należy zwiększyć ilość powietrza nawiewanego do budynku, czyli ustawić pracę rekuperatora na średni lub maksymalny tryb pracy.
Na efektywność pracy ma wpływ konstrukcja budynku – PRAWDA
W budynkach silnie przeszklonych, gdzie duża ilość energii słonecznej kumuluje się wewnątrz, rozwiązanie to będzie na pewno zbyt słabe, by zapewnić schłodzenie domu. Skuteczny, dobrze odczuwalny efekt uzyskamy w domu pasywnym lub dobrze wykonanym domu energooszczędnym. W budynku takim ilość energii potrzebna do ogrzania jest niewielka, ale zazwyczaj również ze względu na doskonałą izolację dużo łatwiejsze będzie schłodzenie go. Jednak uwaga: dom pasywny projektowany jest w sposób umożliwiający maksymalną kumulację energii wewnątrz budynku, więc często w skrajnych warunkach letnich może być narażony na silne przegrzewanie, szczególnie w sytuacji, gdy jego okna nie będą miały możliwości odcięcia dopływu energii słonecznej do budynku. Najgorszy efekt działania tego systemu uzyskamy w budynku o kiepskiej izolacji lub wszędzie tam, gdzie będą duże przeszklenia silnie narażone na bezpośrednie promieniowanie słoneczne lub w budynku posiadającym dużą ilość nieszczelności (kominy wentylacyjne, rozszczelnienia okien lub nawiewniki podokienne, mostki termiczne w okolicach okien i drzwi, słaba izolacja dachu itp).
Głębokość umieszczenia instalacji w gruncie oraz jego rodzaj nie mają wpływu na skuteczną pracę – MIT
Jeśli instalacja wymiennika umieszczona będzie za płytko, czyli powyżej tzw. strefy przemarzania gruntu, na jego pracę wpływ będą miały zimowe mrozy oraz letnie upały: zimą wymiennik będzie zamarzać i tracić sprawność, latem skuteczność wymiennika spadnie ze względu na ogrzewanie się gruntu wokół niego. Oczywiście przesadzanie z głębokością wkopywania instalacji nie na wiele się zda – zarówno 2 czy 4 metry pod ziemią panują praktycznie identyczne warunki temperaturowe. Warto w tym temacie zasięgnąć opinii fachowca z odpowiednim doświadczeniem. Wymiennik umieszczony w gruncie gliniastym i wilgotnym będzie zawsze miał nieco większą sprawność niż wymiennik umieszczony w gruncie piaszczystym. Rodzaj gruntu więc bezwzględnie powinien zostać wzięty pod uwagę.
Etap zero wykonania instalacji zewnętrznej GWC: wykopy – przygotowanie pod montaż rurek z glikolem.
Rozłożona zewnętrzna instalacja gruntowego wymiennika ciepła.
Wilgotny grunt to grunt doskonały dla GWC.
Wady gruntowego wymiennika ciepła
Gwc nie jest urządzeniem klimatyzacyjnym i nie posiada możliwości utrzymywania ustalonej temperatury. Nawiewane chłodniejsze powietrze będzie mocno odczuwalne w pobliżu anemostatu, dalej szybko miesza się ono z powietrzem wewnątrz pomieszczenia, więc z anemostatu nigdy nie popłynie silny strumień chłodu, jak ma to miejsce w przypadku klimatyzatora, który niejednokrotnie nawiewa silny strumień powietrza o temperaturze zaledwie kilkunastu stopni. Aby uzyskać skuteczniejsze chłodzenie, należy nieco zwiększyć ilość powietrza nawiewanego do budynku w okresie upałów. Nie może być jednak ona maksymalna, gdyż praca w takim trybie spowoduje szybsze ogrzewanie rury wymiennika.
Czego można wymagać od gwc
Utrzymania komfortowej temperatury w budynku latem, co szczególnie czuć na dolnej kondygnacji domu z poddaszem użytkowym. Dzieje się tak nawet podczas wysokich upałów pod warunkiem jednak, że nie dopuści się do wcześniejszego przegrzania się wnętrza budynku przez np. szeroko otwarte okna czy drzwi tarasowe. Przyjąć należy, że gwc zapewni nawiew świeżego powietrza o temperaturze około 21 – 25oC przy upałach na zewnątrz rzędu 28 – 32oC. Dodatkową zaletą będzie również wstępne podgrzanie mroźnego powietrza zewnętrznego zimą. Przy wejściu do rekuperatora powietrze będzie miało wyższą temperaturę, co pełni dodatkową ochronę antyzamrożeniową całego systemu i ogranicza częstotliwość załączania się nagrzewnicy wstępnej. Co za tym idzie – daje dodatkowe oszczędności. Przy bardzo niskiej temperaturze zewnętrznej wynoszącej np. minus 25oC, powietrze wprowadzone do rekuperatora osiągnąć może nawet temperaturę -10oC, a nawet wyższą: -5oC. Po dodatkowym wymianie energii w wymienniku rekuperatora ostateczna temperatura powietrza nawiewanego do pomieszczeń może wynieść 16 – 18oC. Teraz systemowi grzewczemu pozostaje już tylko dogrzać powietrze o 4,2oC do uzyskania zadanej przez użytkownika temperatury komfortu.
Przygotowanie pod montaż zewnętrznej instalacji
Czy gruntowy wymiennik ciepła może zastąpić klimatyzację?
GWC nie jest urządzeniem klimatyzacyjnym i nie posiada jego mocy. Przy rekuperacji klimatyzacja powinna zostać zamontowana dodatkowo. Glikolowy wymiennik ciepła pozyskuje chłód w naturalny sposób, z gruntu. O ile dla jednych może to być zdecydowany minus (dla tych polecamy montaż klimatyzacji, szczególnie na górnej kondygnacji budynku), dla innych będzie nie lada gratką. Możliwość korzystania z darmowej energii zgromadzonej w ziemi jest rozwiązaniem nie tylko zdrowszym, ale i proekologicznym wykorzystującym naturalne zdolności gruntu do magazynowania energii.
W dobrze wykonanym domu energooszczędnym o rozsądnej ilości przeszkleń i dobrze wykonanej izolacji, właściwie zaprojektowany i zainstalowany system wentylacyjny wyposażony w gruntowy wymiennik ciepła zapewni nawiew świeżego powietrza o temperaturze o kilka stopni niższej niż gdyby pochodziła ona z samego rekuperatora. By zapewnić sobie jednak możliwość obniżania i precyzyjnej korekty temperatury, należy zamontować klimatyzację.
Czy gruntowy wymiennik ciepła można podłączyć na późniejszym etapie?
Tak, choć jest to trudniejsze, niż w przypadku montażu na etapie budowy. Wiąże się z większymi nakładami pracy, np. koniecznością wykonania wykopów często już zaaranżowanej części zielonej przy domu, wykonania przejścia przez fundament, bałaganem budowlanym w miejscu montażu jednostki wewnętrznej przy rekuperatorze: pytanie, czy jest tam jeszcze miejsce na gwc). Jedynym tak naprawdę niezbędnym warunkiem jednak jest posiadanie rekuperatora o określonej mocy (lub jego wymiana dla starszych systemów).
Możliwa jest również taka sytuacja, gdy montaż gwc zostanie zaplanowany na etapie budowy, jednak jego wykonanie inwestor przełoży na później. Wykonane więc zostaną wszelkie konieczne prace ziemne oraz dobrany właściwej mocy rekuperator.
Tak, czy inaczej o tym, czy zamierza się zainstalować GWC, warto zdecydować jak najwcześniej.
Czy rodzaj gruntu ma wpływ na efektywność pracy
Tak: lepiej kumuluje energię grunt mokry, gliniasty, niż suchy, piaszczysty. Nie oznacza to oczywiście, że w gruncie piaszczystym instalacja nie będzie przynosić spodziewanych efektów, jednak osiągi energetyczne w gruncie gliniastym będą po prostu wyższe.
Czy montaż wpływa na sposób użytkowania systemu rekuperacji
Dobrej jakości rekuperator automatycznie reguluje pracą gruntowego wymiennika ciepła: dotyczy to automatycznego załączania oraz by-passu, czyli obejścia wymiennika ciepła w rekuperatorze w celu doprowadzenia w lecie do budynku powietrza maksymalnie schłodzonego.
Rekuperatory przeciwprądowe AERISnext współpracują z gwc w trybie automatycznym – nie jest wymagana żadna ingerencja ze strony użytkownika. Warto jednak podczas pracy gwc (co widoczne jest na sterowniku EASE – zdjęcie poniżej – znaczek EWT), regulować w rozsądny sposób intensywność wentylacji.
I tak: aby uzyskać skuteczniejsze chłodzenie należy zwiększyć ilość powietrza nawiewanego do budynku, czyli ustawić pracę rekuperatora na średni lub maksymalny tryb pracy (najlepiej 3). Jednocześnie jednak należy pamiętać, by – o ile to możliwe – w godzinach największego upału i podczas na przykład nieobecności domowników – zmniejszyć intensywność wentylacji (na bieg 1). Dzięki temu uda się na dłużej zachować energię dolnego źródła.
Aby zachować skuteczną pracę gwc w ciągu całego okresu jego użytkowania, należy pamiętać o dwóch podstawowych zasadach:
Korzystaj z wentylacji rozsądnie
Oznacza to, że intensywna praca gwc powinna odbywać się raczej w godzinach, gdy skwar na zewnątrz nie osiągnął swych maksymalnych wartości. Logicznym jest, że łatwiej schłodzić powietrze o temperaturze 25 czy 29 stopni niż powietrze 32 czy 35-stopniowe. To samo dotyczy miesięcy zimowych. Dzięki ograniczeniu intensywności przewietrzania w okresie największych szczytowych temperatur, uzyskamy dłuższą żywotność pracy wymiennika i jego skuteczniejszą pracę.
W domu z rekuperacją i gruntowym wymiennikiem ciepła ogranicz dopływ słońca
Jeśli przez okna wpadać będzie duża ilość energii słonecznej, ogrzewać się nią będą wszelkie przedmioty znajdujące się w pomieszczeniu: meble, dywany, ściany itp. Rozgrzana plama słoneczna na dywanie jest odczuwana przez człowieka porównywalnie z dobrze rozgrzanym grzejnikiem zimą! Najważniejsze to nie dopuścić do przegrzania pomieszczeń. Zadbaj o szczelne zamknięcie rolet zewnętrznych – szczególnie na oknach dachowych, które – ponieważ są usytuowane pod określonym kątem do promieni słonecznych – nagrzewają się najmocniej. W okresie upałów w domu z rekuperacją nie należy otwierać okien ani drzwi balkonowych, co oznaczałoby wprowadzenie do domu powietrza o bardzo wysokiej temperaturze, które później trudno byłoby ochłodzić.
Rolety na oknach dachowych powinny być szczelnie zamknięte w godzinach największego nasłonecznienia.
Na skuteczną pracę gwc olbrzymi wpływ mają poza tym: głębokość umieszczenia w gruncie instalacji zewnętrznej, rodzaj gruntu, w jakim umieszczony jest wymiennik oraz ilość dochodzących do gruntu promieni słonecznych, co bezpośrednio związane jest z nasadzeniami roślin. Jeśli rurki z glikolem umieszczone będą za płytko, czyli powyżej tzw. strefy przemarzania gruntu, na jego pracę wpływ będą miały zimowe mrozy oraz letnie upały: zimą wymiennik będzie przymarzać i tracić sprawność, latem jego skuteczność spadnie ze względu na ogrzewanie się gruntu wokół niego. Oczywiście przesadzanie z głębokością wkopywania instalacji, poza zwiększeniem kosztów wykonania wykopu, na niewiele się zda – zarówno 2 czy 4 metry pod ziemią panują praktycznie identyczne warunki temperaturowe. Warto w tym temacie zaufać fachowcowi z odpowiednim doświadczeniem.