W RI 7–8/2012 [1] przedstawiono możliwości zwiększenia efektywności solarnych systemów klimatyzacyjnych poprzez zastosowanie w nich pośrednich rekuperatorów wyparnych zamiast komór zraszania. Rozwiązanie takie pozwala na stosunkowo dobrą adaptację energooszczędnych systemów solarnych w warunkach klimatycznych Polski dla potrzeb konwencjonalnych instalacji klimatyzacyjnych.
Problemem pozostaje jednak możliwość stosowania układów solarnych w systemach wymagających precyzyjnej obróbki powietrza, w tym uzyskiwania niskich temperatur powietrza nawiewanego czy też bardzo niskiej wilgotności powietrza dostarczanego do pomieszczeń.
Uzyskanie niskiej wilgotności powietrza w systemie wyposażonym w rotor sorpcyjny teoretycznie nie stanowi problemu. Powoduje to jednak znaczące zwiększenie kosztów eksploatacyjnych związanych z regeneracją sorbentu i mniejsze oszczędności energii związane z pracą systemu. Zastosowanie dodatkowej chłodnicy przeponowej w celu dochłodzenia bądź osuszenia powietrza również wiąże się z określoną stratą energetyczną.
Stosunkowo atrakcyjną możliwością staje się zatem wykorzystanie naturalnego potencjału chłodniczego zgromadzonego w gruncie w okresie ciepłym do wstępnego oziębienia i częściowego osuszenia powietrza przed dostarczeniem do rotora sorpcyjnego. Takie rozwiązanie pozwala uzyskać względnie niską temperaturę i jednocześnie małą zawartość wilgoci po przejściu powietrza przez osuszacz.
Przeczytaj: Efektywność solarnych układów klimatyzacyjnych wykorzystujących wymienniki gruntowe >>
Suche i chłodne powietrze umożliwia efektywną i skuteczną chłodniczo realizację procesu ochładzania wyparnego, co z kolei pozwala na uzyskanie bardzo niskich temperatur powietrza nawiewanego (według wstępnych obliczeń na poziomie 13°C!).
Gruntowe wymienniki ciepła
Zasada działania gruntowych wymienników ciepła opiera się na wykorzystaniu stosunkowo dużej pojemności cieplnej gruntu, dzięki czemu możliwe jest uzyskiwanie stabilnych temperatur wyjściowych w okresie ciepłym i zimnym. Temperatura na pewnej głębokości jest w przybliżeniu stała niezależnie od pory roku.
Posadowienie GWC poniżej strefy zamarzania umożliwia ogrzanie powietrza zimą i ochłodzenie go latem. Ponieważ temperatura gruntu w okresie ciepłym jest zazwyczaj niższa od temperatury punktu rosy powietrza zewnętrznego, strumień dostarczany do budynku jest dodatkowo osuszany.
Wymienniki takie składają się zazwyczaj z zakopanych w ziemi rur (wymienniki rurowe – rys. 1a) lub płyt (wymienniki płytowe – rys. 1b), rzadziej stosuje się jednostki oparte na źródłach żwirowych (rys. 1c). Głębokość prowadzenia przewodów waha się od ok. 1 do 5–6 m pod ziemią [2, 3]. Zalecane jest umieszczenie wymiennika co najmniej 20 cm poniżej poziomu przemarzania gruntu. Przeponowe wymienniki ciepła wykonywane są zazwyczaj z tworzywa sztucznego, powszechnie stosuje się antybakteryjne PVC.
Wymienniki rurowe kładzione są w trzech głównych układach (rys. 2):
- meandrowym,
- pierścieniowym,
- Tichelmanna.
Prawdopodobnie najczęściej stosowanym rozwiązaniem ułożenia wymiennika gruntowego jest układ meandrowy (rys. 2a) [2] – pozwala on na stosunkowo wygodne prowadzenie wymiennika w różnych warunkach terenowych. W niewielkich budynkach popularny jest układ pierścieniowy (rys. 2b), w którym rura ułożona jest wokół budynku.
W przypadku dużych obiektów, wymagających wysokiej skuteczności chłodniczej oraz znacznych ilości powietrza, zalecanym rozwiązaniem jest położenie wymiennika w układzie Tichelmanna (rys. 2c). W tym systemie kanał wychodzący z czerpni rozdziela się na kilka równolegle prowadzonych przewodów, które łączą się ze sobą przed budynkiem. Rozwiązanie takie jest korzystne hydraulicznie (identyczne straty w każdym odgałęzieniu), ponadto jego zwarta budowa umożliwia ułożenie pod płytami fundamentowymi budynków.
