Załóż konto na portalu i bezpłatnie pobierz wydanie Rynku Instalacyjnego 7-8/2018

Gruntowe powietrzne wymienniki ciepła
Przegląd stosowanych rozwiązań

Ground air heat exchangers – review of systems
Fot. PRO-VENT

Postęp cywilizacyjny umożliwia stosowanie coraz nowszych technologii, które przyczyniają się do oszczędzania energii zużywanej w budynkach do ich ogrzewania czy chłodzenia, przy jednoczesnej dbałości o środowisko naturalne. Przykładem mogą być gruntowe powietrzne wymienniki ciepła (GWC) służące do wspomagania instalacji wentylacji mechanicznej, zwane też wymiennikami typu otwartego [1].

Gruntowe wymienniki ciepła wykorzystują dużą bezwładność gruntu i fakt, że tylko na niewielkich głębokościach obserwowane są wahania jego temperatury w zależności od rzeczywistej temperatury powietrza zewnętrznego [2].

W warunkach klimatycznych Polski stała temperatura ok. 10°C otrzymywana jest już na głębokości 7–10 m. W praktyce złoże wymiennika jest posadowione płycej, często nawet 1,3–1,5 m pod powierzchnią terenu [3].

Przeczytaj także: Pompy ciepła – nietypowe realizacje >>

Powietrze przepływające przez GWC jest, w zależności od pory roku, wstępnie ogrzewane lub chłodzone, a następnie nawiewane do pomieszczeń. Zasada działania wymienników gruntowych opiera się na wymianie ciepła pomiędzy gruntem a powietrzem zewnętrznym, które poprzez terenową czerpnię jest nawiewane do wymiennika gruntowego. W zależności od sposobu wymiany ciepła z gruntem można wyróżnić trzy podstawowe typy GWC:

  • wymiennik żwirowy, gdzie powietrze przepływa przez grubą warstwę złoża żwirowego (żwir płukany, tłuczeń),
  • wymiennik płytowy, w którym powietrze odbiera/oddaje ciepło do gruntu, przepływając między płytami wymiennika,
  • wymiennik rurowy składający się z systemu rur (rzadziej pojedynczej rury) ułożonych w systemie pierścieniowym lub współprądowym Tichelmanna.

Ponadto spotkać można wymienniki glikolowe, gdzie powietrze ogrzewa się lub ochładza w wymienniku typu powietrze/glikol, oraz wymienniki grzebieniowe stanowiące połączenie wymiennika płytowego i żwirowego.

Przykładowe instalacje z zastosowaniem GWC

Wymienniki żwirowe

Do czerpania powietrza dla wymiennika żwirowego służy czerpnia terenowa powietrza zewnętrznego (fot. 1), skąd jest ono rozprowadzane kanałami przez złoże wykonane ze żwiru płukanego o odpowiedniej granulacji. Zraszanie złoża zapewnia nawilżenie powietrza zimą. W lecie następuje wykraplanie się wilgoci z powietrza i absorpcja pyłków oraz alergenów obecnych w powietrzu [3].

Do najważniejszych zalet gruntowego wymiennika żwirowego można zaliczyć [10–12]:

  • efektywną wymianę cieplną z gruntem,
  • dużą bezwładność cieplną złoża gwarantującą stałą temperaturę powietrza za wymiennikiem przy niedużych wahaniach temperatury zewnętrznej,
  • chłodzenie i osuszanie powietrza w okresie letnim,
  • ogrzewanie i nawilżenie powietrza w okresie zimowym,
  • ograniczenie kosztów ogrzewania/chłodzenia powietrza,
  • proste wykonanie, z tanich i łatwo dostępnych materiałów,
  • brak konieczności odprowadzania kondensatu,
  • filtrowanie powietrza wchodzącego do budynku (dzięki czemu jest ono higienicznie czyste).

Wady gruntowego wymiennika żwirowego to przede wszystkim [3, 11, 13]:

  • możliwość uszkodzenia lub czasowego wyłączenia z pracy przy wysokim poziomie wód gruntowych,
  • powstawanie zapachu stęchlizny po zalaniu wodą,
  • konieczność regeneracji złoża (w relatywnie długim okresie 12 godz.) lub budowy dwóch równoległych, pracujących naprzemiennie złóż,
  • ograniczenia w zagospodarowaniu terenu nad złożem,
  • brak zysków energetycznych w okresie przejściowym (wiosna, jesień),
  • konieczność stosowania wentylatorów o wysokim sprężu w celu pokonania znacznych oporów przepływającego powietrza.

Przykładem pracującego od wielu lat gruntowego wymiennika ciepła typu żwirowego jest urządzenie zlokalizowane przy biurowcu Exbud-Skanska. GWC pracuje na potrzeby budynków o łącznej kubaturze 96 000 m3. W skład kompleksu wchodzi 15-kondygnacyjny biurowiec, w którym mieszczą się m.in. sale wystawowe, sala kongresowa, bank, zespół hotelowo-rekreacyjny oraz zespół gastronomiczny.

W obiekcie zastosowano wiele energooszczędnych rozwiązań, do których oprócz bezprzeponowych wymienników ciepła oraz rurowego wymiennika gruntowego można zaliczyć rekuperatory obrotowe, pompy ciepła powietrze/woda do podgrzewania ciepłej wody użytkowej czy recyrkulację powietrza w pomieszczeniach, w których jest to możliwe ze względów higienicznych.

Przeczytaj także: Ilościowy opis równomierności rozdziału powietrza w wielorurowych gruntowych wymiennikach ciepła >>

Gruntowe wymienniki ciepła typu żwirowego zostały wykonane pod trawnikami wokół zespołu budynków. Złoże akumulacyjno-wymienne stanowi warstwa grysu granitowego o granulacji 12–20 mm i tłuczeń granitowy 50–100 mm. Największy wymiennik, o wymiarach zewnętrznych 30×12,5×1,5 m, ma wydajność 33 500 m3/h i moc 172 kW [5, 14].

Jak podano w publikacji [5], wyniki badań po 6 latach pracy wymienników potwierdziły ich skuteczność. Przy temperaturach powietrza atmosferycznego rzędu –20°C za wymiennikiem uzyskiwano powietrze o temperaturze do 0°C w przypadku wyłączania ich w okresie nocnym (umożliwienie regeneracji) i –5°C przy pracy bez przerwy. Z kolei latem przy temperaturze zewnętrznej 24–26°C zaobserwowano schłodzenie do ok. 14°C.

Wyniki badań opisanych w publikacji [7] pozwoliły na określenie efektywności wymienników. Jednostkowy strumień ich mocy chłodniczej wyniósł od 0,33 do 9,67 W/(m3/h), a mocy cieplnej 0,67–7,00 W/(m3/h) [6].

Z badań jakości powietrza wykonanych przez sanepid wynika, że w powietrzu po przejściu przez złoże żwirowe znajduje się mniej komórek drobnoustrojów niż w powietrzu zewnętrznym pobieranym przez czerpnię terenową.

Przeczytaj także: Eksploatacja central wentylacyjnych a dotacje dla domów energooszczędnych >>

W analizie uwzględniono ogólną liczbę bakterii, liczbę wybranych grup bakterii (m.in. promieniowce, gronkowce hemolizujące) oraz liczbę grzybów. Przeprowadzono ponadto analizę markerów drobnoustrojów w powietrzu po przejściu przez wymiennik i wchodzącym do pomieszczenia oraz w osadach cząsteczkowych na złożu, które potwierdziły, że w powietrzu nawiewanym do pomieszczeń po przejściu przez GWC znajdują się nikłe ilości drobnoustrojów, a wyhodowanych żywych bakterii i grzybów oraz ich chemicznych markerów było znacznie mniej niż na wlocie do wymiennika, mimo że nie przeprowadzono żadnych czynności dezynfekcyjnych [9].

W województwie podlaskim pracują liczne wymienniki żwirowe, przy czym wiele z nich zamontowano przy jednorodzinnych domach mieszkalnych oddanych do użytku w ostatnich latach. Znaleźć też można systemy ze żwirowymi GWC w obiektach użyteczności publicznej, przykładem może być wymiennik pracujący na potrzeby chłodzenia budynku biurowego w Białymstoku (fot. 1) lub ogrzewania i chłodzenia budynku biurowego w Złotorii (fot. 2).

Według danych uzyskanych od użytkowników obiektów w pierwszym przypadku temperatura za wymiennikiem w lecie wynosi zazwyczaj ok. 22–23°C, natomiast w drugim obiekcie zimą temperatura powietrza po przejściu przez wymiennik żwirowy jest wyższa niż 3°C, a latem wynosi ok. 18°C.

W przypadku biurowca w Białymstoku czerpnia terenowa została zlokalizowana na trawniku w pobliżu budynku, z kolei w Złotorii, z uwagi na położenie obiektu przy ruchliwej drodze ekspresowej, w celu wstępnego oczyszczenia powietrza dookoła czerpni zasadzone zostały drzewa. W obu złożach zastosowano żwir płukany, o granulacji 16–31 mm (obiekt 1) i 20–30 mm (obiekt 2).

Czytaj dalej: Wymienniki płytowe i rurowe >>

   20.05.2014

Komentarze

(1)
xxx | 18.06.2019, 14:05
Ze względu na małą liczbę publikacji dotyczących efektywności systemów z GWC w obiektach rzeczywistych w kolejnym artykule zaprezentowane zostaną wyniki pomiarów wstępnych przeprowadzonych na żwirowym gruntowym wymienniku ciepła funkcjonującym przy obiekcie użyteczności publicznej zlokalizowanym w okolicach Białegostoku.

Gdzie znajdę link do tego artykułu?
   1 / 1   

Wybrane dla Ciebie

 



Jak osiągnąć 99% skuteczność bakteriobójczej w wentylacji » Któremu producentowi systemów grzewczych i wodociagowych zaufać »
bezpieczeństwo instalatora rury wielowarstwowe
czytam więcej » poznaj go dziś »

 


Zdradzamy sposób na projektowanie instalacji najwyższej jakości »

projektowanie

 



Z jakiego powodu tworzywa sztuczne zdominowały rynek wod-kan » Jak bez problemowo przeprowadzić iniekcję mikropali, kotew i gwoździ gruntowych »
bezpieczeństwo instalatora pomoc w projektowaniu
czytam więcej » poznaj go dziś »

 


Czy można dobrze odseparować wodę kanalizacyjną od gruntowej »

innowacyjne projektowanie

 



Poznaj bezpieczne systemy do dezynfekcji wody pitnej i basenowej » Jak zabezpieczyć wentylatory dachowe »
czysta woda wentylator dachowy
wiem więcej » spróbuj już dziś »

 


Jaka pompa ciepła zwalcza bakterię Legionella »

pompy ciepła

 



Czy łatwo zainstalować podwieszaną toaletę » Z jakego powodu ta pompa wyprzedza przyszłość »
podwieszana toaleta pompy ciepła
wiem więcej » wiem więcej »

 


Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »

Co Szperacz wyszperał ;-)

źle wykonana instalacja

Sztywniactwo i niechlujstwo - zobacz i skomentuj »

Dla tych, którzy szukają bardziej elektryzujących wrażeń Szperacz ma dziś coś specjalnego - rozdzielnia w toalecie.

zaślepka


TV Rynek Instalacyjny


 tv rynek instalacyjny
11/2019

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 11/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Dobór wymienników płytowych
  • - Rekuperatory ścienne a prawo
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright © 2011 - 2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl