Gruntowy powietrzny wymiennik ciepła, nazywany GPWC lub GWC powietrznym, wstępnie przygotowuje powietrze doprowadzane do wentylacji. Zimą może je podgrzać przed centralą, a latem obniżyć jego temperaturę. Nie jest jednak pompą ciepła ani klimatyzacją i nie powinien być dobierany na podstawie jednego uniwersalnego schematu.
Na czym polega działanie GPWC?
Temperatura gruntu zmienia się wolniej niż temperatura powietrza zewnętrznego. Powietrze przepływające przez wymiennik odbiera albo oddaje ciepło do otaczającego gruntu:
- zimą powietrze zewnętrzne może zostać wstępnie ogrzane,
- latem może zostać wstępnie schłodzone,
- przy odpowiednich warunkach na powierzchni przewodu może pojawić się kondensat.
Rzeczywisty efekt zależy od różnicy temperatur, długości i średnicy przewodu, głębokości ułożenia, prędkości przepływu, czasu pracy oraz właściwości gruntu. Znaczenie mają także wilgotność gleby, poziom wód gruntowych i sposób zagospodarowania powierzchni nad wymiennikiem.
Dlatego nie można z góry przyjąć, że każde rozwiązanie zapewni taką samą temperaturę nawiewu albo określony procent oszczędności.
GPWC rurowy, żwirowy, płytowy czy glikolowy?
W praktyce spotyka się kilka rozwiązań:
Wymiennik rurowy
Powietrze przepływa przez przewód lub układ przewodów ułożonych w gruncie. Projekt musi uwzględnić opory przepływu, szczelność, możliwość czyszczenia, spadki oraz odprowadzanie skroplin.
Wymiennik żwirowy lub płytowy
Powietrze przepływa przez odpowiednio przygotowane złoże albo przestrzeń utworzoną przez elementy płytowe. Takie rozwiązanie wymaga oceny warunków gruntowych, ochrony przed wodą oraz przemyślanego dostępu eksploatacyjnego.
Wymiennik glikolowy
W gruncie pracuje zamknięty obieg cieczy, a energia jest przekazywana do powietrza w wymienniku zamontowanym przed centralą wentylacyjną. Powietrze nie przepływa wtedy przez przewody zakopane na działce. Układ ma jednak pompę obiegową, dodatkowy wymiennik i własne wymagania dotyczące zabezpieczeń oraz regulacji.
Wybór nie powinien opierać się wyłącznie na koszcie materiałów. Trzeba porównać dostępne miejsce, warunki gruntowe, możliwość wykonania odwodnienia, opory przepływu i sposób późniejszej obsługi.
Jakie dane są potrzebne do projektu?
Projektowanie warto rozpocząć razem z projektem wentylacji i zagospodarowania terenu. Potrzebne są przede wszystkim:
- wymagany strumień powietrza wentylacyjnego,
- lokalizacja czerpni i centrali,
- przebieg innych instalacji na działce,
- dostępna powierzchnia i możliwa głębokość ułożenia,
- informacje o gruncie i wodach gruntowych,
- planowane ukształtowanie terenu,
- możliwość odprowadzenia kondensatu,
- dopuszczalne opory instalacji i charakterystyka wentylatorów centrali.
Długość wymiennika oraz średnice przewodów wynikają z obliczeń cieplnych i przepływowych. Zbyt mały przekrój zwiększa prędkość powietrza i opory. Zbyt długi albo źle rozdzielony układ może niepotrzebnie zwiększać zapotrzebowanie wentylatorów na energię.
Skropliny, szczelność i higiena
W trybie letnim powietrze może schładzać się poniżej temperatury punktu rosy. Wtedy w przewodach powstają skropliny. Instalacja musi mieć odpowiedni spadek i kontrolowany sposób ich odprowadzania. Zastoiska wody są niedopuszczalne, ponieważ utrudniają utrzymanie instalacji w dobrym stanie.
Istotne są także:
- szczelna czerpnia chroniona przed wodą i zanieczyszczeniami,
- filtracja powietrza,
- materiał przewodów przeznaczony do takiego zastosowania,
- dostęp do kontroli i czyszczenia,
- zabezpieczenie przejść przez przegrody budynku.
Projekt powinien opisywać nie tylko trasę rur, lecz także warunki eksploatacji. GPWC ukryty w gruncie jest trudniejszy do poprawienia niż zwykły odcinek instalacji wentylacyjnej.
Współpraca z rekuperacją
GPWC może ograniczyć skrajne temperatury powietrza docierającego do centrali. Zimą może wspierać ochronę wymiennika rekuperatora przed zamarzaniem, ale nie zwalnia to z analizy zabezpieczeń przewidzianych przez producenta centrali. Latem zapewnia wstępne chłodzenie, lecz jego moc i możliwość osuszania powietrza są ograniczone.
Nie należy traktować GPWC jako zamiennika instalacji chłodniczej. To element wspomagający wentylację, którego efekt zmienia się w czasie wraz z temperaturą gruntu i sposobem użytkowania.
Więcej o ochronie centrali znajdziesz w poradniku jak zabezpieczyć rekuperator przed zamarzaniem.
Kiedy GPWC może mieć sens?
Rozwiązanie warto analizować, gdy:
- projekt wentylacji jest wykonywany odpowiednio wcześnie,
- na działce jest miejsce na wymiennik,
- warunki gruntowe i wodne umożliwiają bezpieczne ułożenie instalacji,
- można zapewnić odprowadzenie skroplin i dostęp eksploatacyjny,
- inwestor świadomie porównuje efekt energetyczny z kosztem i złożonością układu.
GPWC może być nieuzasadniony, gdy trasa jest wymuszona, działka jest kolizyjna, występują trudne warunki wodne albo opory przepływu pogorszyłyby pracę wentylacji. Wtedy warto rozważyć inne sposoby wstępnego przygotowania powietrza.
Co obejmuje dokumentacja ERAN?
ERAN może skoordynować GPWC z projektem wentylacji mechanicznej, centralą i pozostałymi instalacjami. Zakres dokumentacji jest ustalany dla konkretnego budynku i warunków działki. Nie wykonujemy robót ziemnych ani montażu instalacji.
Zobacz również projekty wentylacji i rekuperacji oraz poradnik o rekuperacji w budynku po termomodernizacji.
Wpływ gruntu, geometrii przewodów i kondensacji na pracę wymiennika opisują również badania nad systemami earth–air heat exchanger, między innymi opracowanie zweryfikowane pomiarami eksperymentalnymi.
Jeśli chcesz sprawdzić możliwość zaprojektowania GPWC dla swojej inwestycji, skontaktuj się z ERAN.
Autor: Marcin Raniowski
