Gruntowy wymiennik ciepła: jak działa i jak go zbudować krok po kroku?

Jak działa gruntowy wymiennik ciepła i dlaczego o takiej instalacji trzeba pomyśleć przy planowaniu fundamentów? Ponieważ umieszcza się ją pod fundamentami, ewentualnie obok budynku. Rodzaj fundamentów nie ma tu znaczenia - GWC można wykonać zarówno w przypadku tradycyjnych fundamentów, jak i płyty.

Czym jest gruntowy wymiennik ciepła?

Gruntowy wymiennik ciepła (GWC) to instalacja służąca do wspomagania systemu wentylacyjnego. Można ją wykonać wtedy, gdy w domu planowana jest wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła, czyli rekuperacja. Cieszy się ona coraz większą popularnością, bo tradycyjna wentylacja grawitacyjna, która odpowiada za wymianę powietrza w większości polskich domów, odpowiada aż za 30-50% strat ciepła! Dzięki rekuperacji jego dużą część można odzyskać.

Zalety gruntowego wymiennika ciepła:

• Zwiększając efektywność energetyczną rekuperacji, GWC przyczynia się do jeszcze większych oszczędności.
• Poprawia jakość powietrza wewnętrznego.
• Obniża koszty ogrzewania i chłodzenia domu.

Jak działa gruntowy wymiennik ciepła?

Zasada działania GWC jest dość prosta. Instalacja składająca się z terenowej lub ściennej czerpni powietrza oraz kolektora umieszczonego pod powierzchnią gruntu, wykorzystuje zgromadzone w nim naturalne ciepło bądź chłód. Na głębokości 1-1,5 m grunt ma bowiem przez cały rok dość stabilną temperaturę, wynoszącą kilka stopni powyżej zera. Powietrze doprowadzane do centrali wentylacyjnej trafia najpierw GWC, a tam jest chłodzone (latem) lub nieznacznie podgrzewane (zimą). W efekcie zmniejsza się zużycie energii, a jakość powietrza ulega poprawie, ponieważ instalacja odpowiada też za jego wstępne oczyszczanie.

Jakie są rodzaje gruntowych wymienników ciepła?

Z punktu widzenia konstrukcji, gruntowe wymienniki ciepła można podzielić na:

• przeponowe - powietrze nie ma bezpośredniego kontaktu z gruntem - jest od niego oddzielone tzw. przeponą (stąd nazwa), czyli np. ścianką rury, przez którą
• przepływa powietrze
• bezprzeponowe - wymiana ciepła między powietrzem i gruntem odbywa się w sposób bezpośredni. Dzięki temu są one skuteczniejsze.

Podsumowując różnica polega na tym, że w pierwszym typie gruntowych wymienników ciepła nie ma bezpośredniego kontaktu między czynnikami, w których następuje wymiana ciepła - wymienniki rurowe, w drugim natomiast zasysane powietrze ma bezpośredni kontakt z gruntem, przez który przepływa - wymienniki żwirowe i płytowe. 

Gruntowy wymiennik ciepła pozwala zwiększyć efektywność energetyczną systemu rekuperacji, poprawić jakość powietrza w budynku, a także obniżyć koszty ogrzewania
i chłodzenia domu, fot. PRO-VENT

Do wymienników przeponowych zaliczamy modele rurowe. Tworzy je system rur, zazwyczaj z tworzywa sztucznego, przez które przepływa powietrze. Wśród wymienników bezprzeponowych wyróżniamy natomiast GWC żwirowe i płytowe. W tych pierwszych powietrze przepuszczane jest przez wykop ze żwirem o dużej granulacji, natomiast w drugich - przez płyty z tworzywa sztucznego, które ustawione są na klockach dystansowych.

Warto zapoznać się z zasadami działania oraz budową poszczególnych typów przed podjęciem decyzji o instalacji GWC - każdy z nich ma inny zestaw wad i zalet (zarówno przy montażu, jak i w użytkowaniu), które wpłyną później na komfort mieszkańców domu (a także na stan ich portfeli).

Rurowy wymiennik ciepła (fot. www.rekuperatory.pl)

Płytowy wymiennik ciepła (fot. Pro-Vent)

W każdym wypadku idea działania gruntowego wymiennika ciepła jest taka sama i polega na wykorzystaniu faktu, że wraz ze wzrostem głębokości, spada zakres wahań temperatury gruntu. Na głębokości około 15 m stabilizuje się ona na poziomie 8°C, aby później od głębokości 50 m rosnąć o około 3°C co każde 100 m - ale to głębokości, które już nas zupełnie nie interesują.

Jak zaplanować i zbudować GWC - praktyczne wskazówki

Gruntowy wymiennik ciepła musi być usytuowany poniżej poziomu przemarzania gruntu (w zależności od regionu Polski, wartość ta waha się od nieco poniżej do nieco powyżej metra). Optymalną, ze względu na wydajność energetyczną, głębokością posadowienia jest około 4-5 m, można jednak sytuować go w znacznie płytszych wykopach, symulując głębokość przez umieszczenie nad wymiennikiem warstwy, co dodatkowo izoluje wymiennik od wpływów zewnętrznych.

Efektem jest zdecydowane spłaszczenie amplitudy temperatury i obniżenie ciepłoty powietrza nawiewanego latem oraz podwyższenie jej zimą. Przykładowo, jeśli amplituda temperatury powietrza w lipcu będzie się mieścić w zakresie 20-35°C ze średnią około 28°C - za GWC otrzymamy powietrze o średniej temperaturze około 18°C i amplitudzie 16-24°C. Z kolei w zimie przyjmując okres, w którym temperatura na zewnątrz oscyluje w granicach +1 do -24°C i średniej około -10°C, powietrze za GWC będzie miało średnią temperaturę około +2°C i zakres wahań +1 do +3°C.

Oczywiście w warunkach mniej ekstremalnych zyski energetyczne będą stosownie mniejsze. Jednocześnie zimą GWC podnosi temperaturę powietrza zewnętrznego przed rekuperatorem eliminując bardzo niekorzystny efekt zamarzania wymiennika.

Gruntowy wymiennik ciepła w warunkach letnich

Gruntowy wymiennik ciepła w warunkach zimowych

Wymiennik stanowi więc nie tylko doskonałe uzupełnienie systemu grzewczego zimą, ale również fantastyczną (i niemal darmową pod względem kosztów użytkowania) formę naturalnej klimatyzacji latem. "Niemal" - gdyż wymiennik stanowi kolejny element zwiększający opór i utrudniający przepływ powietrza - wymusza więc dalsze zwiększenie mocy wentylatorów nawiewnych, a zatem i zwiększenie poboru energii elektrycznej.

Nie oznacza to oczywiście również, że GWC może zastąpić klimatyzację. Nie jest on w żadnym razie w stanie skompensować zysków energetycznych budynku, powstałych chociażby przez bezpośrednie operowanie słońca przez okna. Zdecydowanie jednak poprawi temperaturę (a możliwe, że i wilgotność, ale o tym za chwilę) powietrza w budynku. Ma również kilka innych zalet. Dotyczą one jednak głównie wymienników bezprzeponowych (żwirowych i płytowych), czyli takich, w których powietrze bezpośrednio styka się z gruntem. Pierwszą z nich jest wspomniana już regulacja wilgotności.

Odpowiednio przygotowany grunt znakomicie odprowadza skropliny, powstające na skutek ochłodzenia powietrza, jak również oddaje parę wodną, jeśli powietrze jest zbyt suche. Oznacza to, że problem z przesuszonym powietrzem zimą i zbyt wilgotnym (powodującym uczucie duszności) latem - przestaje istnieć, a przynajmniej sytuacja ulega znaczącej poprawie. Kolejnym atutem (dotyczącym również wyłącznie wymienników bezprzeponowych) jest dość znaczna redukcja ilości bakterii i grzybów w nawiewanym powietrzu.

Jeśli zdecydujemy się na instalację gruntowego wymiennika ciepła, warto pamiętać, że zgodnie z polskim prawem budowlanym, prowadząca do niego czerpnia powietrza powinna znajdować się minimum 2 m powyżej poziomu terenu.

Wyrzutni powietrza nie należy umieszczać w miejscu, z którego często wiejący wiatr wciskałby wywiewane powietrze z powrotem do instalacji.

Przeczytaj

Może cię zainteresować

Rekuperacja zimą - co trzeba wiedzieć? Klimatyzator nie tylko do chłodzenia Z czego zrobić kanały wentylacyjne w budynku mieszkalnym?

Dowiedz się więcej

• Jak wymieniać filtry w rekuperatorach decentralnych (wewnątrzściennych)?
• O co chodzi z tymi pompami ciepła? Powietrze-powietrze, powietrze-woda?
• Rekuperator decentralny PRANA w ścianie zamiast centrali wentylacyjnej i sieci kanałów pod sufitem
• Odetchnij świeżym powietrzem w domu w stylu eco
• Co lepsze, anemostat czy kratka wentylacyjna?
• Czy rodzaj gruntu ma wpływ na efektywność pracy GWC?
• Konsola - klimatyzator do szybkiego nagrzania pomieszczeń
• Jak wyciszyć wentylator dachowy?
• Jak zapewnić wysoką wiatroszczelność i wentylację dachu, a jednocześnie redukować koszty?
• Jak rozplanować instalację systemu wentylacji?
• Wentylator dachowy Vero-150, cicha praca okapów kuchennych
• Jakie są przyczyny i skutki rozwoju pleśni? Jak skutecznie z nią walczyć?
• Jak często trzeba zmieniać filtry w rekuperatorze?
• Domowy system wentylacji mechanicznej z systemem antysmogowym
• Rekuperacja w starym domu - czy to się opłaca?
• Czy rekuperacja zmniejsza koszty ogrzewania?
• Jak zapewnić świeże powietrze w pomieszczeniach? Skutki złej wentylacji
• Jak bezpiecznie podłączyć okap kuchenny do rekuperatora?

Zobacz więcej Zobacz mniej

Czerpnia powietrza służy do pobierania powietrza z zewnątrz, umieszcza się ją w ścianie domu, podbitce dachowej lub w ogrodzie (zazwyczaj łączy się ją wtedy z wymiennikiem gruntowym). Jeśli czerpnia ma być zamontowana na ścianie, nie może się znaleźć od strony ruchliwej ulicy, co powodowałoby napływanie do domu spalin i pyłu (fot. Archiwum BD)

Wyrzutnia usuwa zużyte powietrze na zewnątrz, najczęściej lokuje się ją na dachu w formie gotowego komina lub w ścianie szczytowej budynku (fot. Archiwum BD)

Dlaczego warto wykonać gruntowy wymiennik ciepła: podsumowanie

Gruntowy wymiennik ciepła to podstawowy element energooszczędnych systemów wentylacyjnych. Jego zadaniem jest ogrzanie lub schłodzenie powietrza wentylacyjnego, zanim trağ ono do rekuperatora (centrali wentylacyjnej). Innymi słowy, gruntowy wymiennik ciepła magazynuje energię chłodu w gruncie (w okresie zimowym), by wykorzystać ją latem do efektywnego chłodzenia budynku. I odwrotnie - zmagazynowane duże ilości ciepła latem pomagają skutecznie podnieść temperaturę powietrza wentylacyjnego w okresie niskich temperatur zewnętrznych - wyjaśnia Magdalena Skórska, projektant instalacji sanitarnych PRO-VENT.

Zastosowanie gruntowego wymiennika ciepła podnosi sprawność całego procesu rekuperacji, ponieważ stabilizuje temperaturę powietrza, które dociera do rekuperatora. Temperatura po przejściu przez GWC jest zawsze dodatnia, co eliminuje konieczność stosowania wstępnych nagrzewnic elektrycznych. Dodatkowo, podnosi to sprawność odzysku ciepła w samej centrali wentylacyjnej i praktycznie uniezależnia ją od chwilowych wahañ temperatury zewnętrznej.

Ponieważ całość procesu wentylacji jest niezwykle efektywna (straty wentylacyjne są zredukowane w maksymalnym stopniu), wskazane jest dobieranie optymalnych układów wentylacyjnych (pod kątem ilości powietrza), które zapewniają komfortowe i zdrowe warunki w budynku.

Skuteczny gruntowy wymiennik ciepła pozwala latem pokryć zapotrzebowanie budynku na chłód nawet w 70-90%. Warto dodać, że odbywa się to praktycznie bezkosztowo. Co równie ważne, budynek jest chłodzony świeżym powietrzem zewnętrznym, a nie obiegowym, jak w typowych klimatyzatorach. Zastosowanie GWC w okresie lata daje więc podwójną korzyść.

dr inż. architekt Piotr Kmiecik
współpraca: mgr inż. Mateusz Łagoda

Fot. otwierająca: PRO-VENT