Gruntowy wymiennik ciepła umożliwia wykorzystanie darmowej energii z gruntu, ponieważ temperatura poniżej 1,5 m wynosi 5-12oC, a co najważniejsze jest stała przez cały rok. GWC wykorzystując dużą pojemność cieplną gruntu oraz akumulowane w nim ciepło, doskonale sprawdza się w wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła.
Gruntowy wymiennik ciepła to dość prosta instalacja, która umożliwia wstępne ogrzanie lub ochłodzenie powietrza wentylacyjnego przed wprowadzeniem go do budynku. Jest to możliwie dzięki wymianie ciepła między powietrzem a gruntem o stabilnej temperaturze i dużej pojemności cieplnej. Inaczej – w zimie powietrze przechodząc przez grunt, odbiera od niego ciepło i ogrzewa się o kilka-kilkanaście stopni, a następnie dociera do rekuperatora i dalej wprowadzane jest do budynku. Analogicznie latem powietrze przechodząc przez grunt, jest ochładzane. Tak więc instalacja gruntowego wymiennika ciepła pozwala zimą za darmo ogrzać powietrze, a latem ochłodzić. Możemy zdecydować się na wymiennik bezprzeponowy (żwirowy lub płytowy) bądź przeponowy (rurowy lub glikolowy).
Gruntowy wymiennik ciepła rurowy
GWC rurowy jest najłatwiejszy w wykonaniu. Składa się z rury lub rur PVC ułożonych pod ziemią, zakończonych z jednej strony czerpnią powietrza, która znajduje się już ponad gruntem, a z drugiej strony połączone z system wentylacji w domu. Czerpnia powinna mieć rewizję oraz zabezpieczenie z siatki o drobnych oczkach, aby zabezpieczyć instalację przed kurzem, liśćmi, owadami czy innymi zanieczyszczeniami. Dodatkowo możną ją wyposażyć w filtr, który będzie oczyszczał zasysane powietrze. Filtr może być węglowy lub z naturalnych złóż dodatkowo zabezpieczających przed smogiem.
Rury układa się 1,5-2 m pod powierzchnią gruntu. Należy jednak pamiętać, że pojedyncza rura – chociaż o dużej średnicy – jest słabym wymiennikiem, ponieważ powierzchnia wymiany ciepła jest niewielka. Lepszym rozwiązaniem jest zastosowanie układu większej ilości rur połączonych ze sobą trójnikami. Takie rozwiązanie wymaga starannego wykonania i jest dość kłopotliwe w użytkowaniu.
Gruntowy wymiennik ciepła glikolowy
To wymiennik typu ciecz-powietrze. Jego zasada działania przypomina gruntową pompę ciepła i tak samo jak ona wymaga zasilania. Pompa obiegowa tłoczy roztwór glikolu, który krąży w długich rurach zakopanych w ziemi i pobiera energię z gruntu. Wymiana ciepła między nim a powietrzem wentylacyjnym zachodzi w wymienniku ciepła, który umieszczony jest w przewodzie wentylacyjnym, na wlocie do rekuperatora. Taka konstrukcja gruntowego wymiennika ciepła sprawia, że nie powietrze nie musi przepływać rurami pod ziemią.
Glikolowy gruntowy wymiennik ciepła najczęściej jest stosowany, gdy grunt jest podmokły i jeżeli nie ma możliwości instalacji innego GWC. Pracuje niezależnie od poziomu wód gruntowych, nawet w stawach czy jeziorach. To rozwiązanie jest skuteczne, ale niestety stosunkowo drogie, ponieważ rury należy rozłożyć na dużym obszarze.
Gruntowy wymiennik ciepła żwirowy
Zasada działania żwirowego gruntowego wymiennika ciepła polega na przepuszczeniu powietrza przez złoże żwirowe (żwir o granulacji 20-50 mm wypełniający wykop o bokach długości 3-4 m i głębokości ok. 80 cm) – powietrze wprowadzane jest do złoża rurą rozprowadzającą, następnie wolno przez nie przepływa i wchodzi do rury zbierającej, którą doprowadzane jest do budynku, do instalacji wentylacyjnej. GWC żwirowy jest popularny w przypadku domów jednorodzinnych, przede wszystkim dlatego, że jest efektywny, łatwy w wykonaniu i stosunkowo niedrogi. Jednak aby taki gruntowy wymiennik ciepła działał prawidłowo, należy wykonać go bezbłędnie. Przede wszystkim objętość żwiru musi wynosić minimum kilka metrów sześciennych – im więcej, tym lepiej. Ponadto żwirowy gruntowy wymiennik ciepła zawsze należy umieszczać powyżej poziomu wód gruntowych. Jeżeli grunty są nawodnione, nie jest to dobre rozwiązanie, ponieważ instalacja będzie zalewana i nie będzie działała. Tak samo jak umieścimy GWC w gruncie suchym i piaszczystym – ciepło w rozchodzi się w nim słabo. Najlepszy jest grunt wilgotny.
Ważne! Gruntowy wymiennik ciepła powinien być umieszczony głębiej, niż wynosi głębokość przemarzania – najczęściej to 1-1,2 m w zależności od regionu. Poniżej tej granicy temperatura jest zawsze dodatnia. Można także ułożyć na nim izolację cieplną i uzyskać podobny efekt mimo niezbyt głębokiego usytuowania wymiennika w gruncie. Istnieje również możliwość wykonania wymiennika ponad terenem – odpowiednia izolacja zapewni temperaturę wewnątrz taką, jaką ma grunt na głębokości nawet 5 m.
Gruntowy wymiennik ciepła płytowy
Budowa takiego gruntowego wymiennika ciepła jest modułowa. GWC płytowy składa się z gotowych, specjalnie opracowanych płyt, które układane są w gruncie na utwardzonym złożu piaskowo-żwirowym o grubości 5 cm. Płyty mają szczeliny, przez które przepływa powietrze, stykając się bezpośrednio z gruntem. Zaizolowane są styropianem grubości 12 cm, następnie folią i zasypane gruntem rodzimym. To rozwiązanie jest rzadko stosowane ze względu na dość wysokie koszty, ale warto podkreślić, że zapewnia większą stabilność temperatury powietrza po przepłynięciu przez wymiennik niż żwirowy gruntowy wymiennik ciepła.
Wymiary gruntowego wymiennika ciepła
To, jak długie rury należy zastosować w przypadku zarówno wymiennika rurowego, jak i glikolowego jest dość łatwe. Należy wykonać obliczenia cieplne sporządzone dla warunków zimowych, czyli temperatury obliczeniowej konkretnej strefy klimatycznej. Szacowane efekty chłodzenia oceniane są w odniesieniu do statystyk temperatur panujących latem.
Natomiast inaczej sytuacja wygląda w przypadku GWC żwirowego. Brak jest dokładnych wytycznych instalacyjnych i projektowych. Z tego też powodu budowę gruntowego wymiennika cieplnego należy powierzyć fachowcom, którzy parametry systemu określą, kierując się zdobytym doświadczeniem. Podobnie wygląda dobór wymiennika płytowego, chociaż w przypadku tego rozwiązania dystrybutorzy dysponują tabelami i diagramami doboru urządzeń. To spore ułatwienie, ponieważ na pozwala na przykład na podstawie wielkości powierzchni przeznaczonej pod wymiennik płytowy oszacować ilość ciepła, którą będzie wstanie on dostarczyć i mając tę wiedzę, wskazać efektywną centralę wentylacyjną. Możliwe jest także dobranie do zapotrzebowania na ciepło liczby i powierzchni płyt wymiennika płytowego.
