Materiały do budowy rurowych gruntowych powietrznych wymienników ciepła (GPWC)

Ze względu na wysoką skuteczność działania wymienników powietrznych w artykule skupiono się wyłącznie na nich, zwłaszcza na wymienniku rurowym. Jednym z najważniejszych aspektów przy wyborze gruntowego rurowego wymiennika ciepła jest przewodność cieplna materiału, z którego został on wykonany. Wysoka przewodność rur polipropylenowych umożliwia optymalną wymianę ciepła między zasysanym powietrzem a gruntem, co przekłada się na dużą sprawność systemu.

Przewodność zwykłych rur kanalizacyjnych z PVC jest kilkukrotnie mniejsza – znajduje to potwierdzenie w badaniach wykonanych przez niezależny instytut SKZ Wurzburg (rys. 2). Ponadto ze względu na działanie izolacyjne powietrza zamkniętego w strukturach materiału nie należy stosować rur z rdzeniem spienionym lub rur dwuściennych strukturalnych.

Jeżeli wymiennik miałby być wykonany ze zwykłych rur kanalizacyjnych z PVC, musiałby być znacznie większy (dłuższy) niż wykonany z rur polipropylenowych. Metr bieżący takiego wymiennika z PVC jest tańszy, ale żeby uzyskać te same parametry dla wymiany, należy użyć przewodu znacznie dłuższego, co sprawia, że oszczędność inwestycyjna jest pozorna. Rosną bowiem nie tylko koszty samych przewodów, ale też wykonawstwa.

Zdarzyć się może, że na działce zabraknie miejsca na ułożenie instalacji tak długiej, żeby zapewniła wymagane parametry wymiany dla rur PVC. Ponadto większa długość przewodu oznacza większy spadek ciśnienia, tym samym konieczne jest zastosowanie mocniejszych wentylatorów lub dodatkowych wentylatorów kanałowych, co również należy uwzględnić przy doborze centrali wentylacyjnej i co niestety zwiększa koszty eksploatacyjne systemu.

Jeśli wziąć pod uwagę tylko parametr określający przewodność materiału, uwagę zwracają ciśnieniowe rury polietylenowe. Jednak ich wysoki współczynnik przewodzenia ciepła nie zniweluje takich cech, jak bardzo duża elastyczność, która powoduje, że nie nadają się one do budowy instalacji rurowych gruntowych wymienników ciepła. Rury polietylenowe w klasycznym typoszeregu SDR 26 mają sztywność obwodową SN 4 lub mniejszą.

Stosowanie rur w klasie SN 4 pod obciążeniem statycznym w postaci chodników, ścieżek ogrodowych, parkingów, dróg dojazdowych lub wręcz pod budynkiem jest zdecydowanie niewskazane. Takie rury po prostu ulegną owalizacji lub pękną. Ponadto zwykłe rury polietylenowe mają bardzo niską sztywność wzdłużną, co sprawia, że uginają się pod ciężarem i tworzą się w nich niecki, w których zbiera się woda kondensacyjna. Niecki wypełnione wodą nie tylko zmniejszają powierzchnię przepływu, ale stają się też źródłem nieprzyjemnych zapachów i rozwoju pleśni, które mogą wręcz zablokować przepływ powietrza.

Do rozważań na temat wyboru przewodów do budowy GPWC należy dodać także, że rury kanalizacyjne z PVC lub ciśnieniowe PE nie mają dopuszczenia do stosowania w układach wentylacyjnych. Przesądzają o tym względy higieniczne. W takich rurach nie ma bowiem żadnego zabezpieczenia przed rozwojem drobnoustrojów, bakterii lub pleśni na ściankach wewnętrznych. Dlatego do systemów GPWC należy stosować wyłącznie produkty do tego przeznaczone i dopuszczone przez Państwowy Zakład Higieny oraz Instytut Techniki Budowlanej.

Dostępne są na rynku rurowe wymienniki z opatentowaną antybakteryjną warstwą wewnętrzną, która zapewnia higieniczne i czyste powietrze doprowadzane do budynku. Podczas specjalnego procesu produkcji wewnętrzna warstwa rury wzbogacana jest cząstkami srebra, które mają właściwości bakteriostatyczne i antygrzybiczne. Dodatki te stosowane są m.in. w medycynie i urządzeniach gospodarstwa domowego w celu zapobiegania rozwojowi drobnoustrojów. Skuteczność działania warstwy antybakteryjnej przebadał niezależny Instytut Fresenius (rys. 3) w oparciu o metodę ASTM E2180 (Amerykańskie Stowarzyszenie Badań i Materiałów).

Należy podkreślić, że samo występowanie cząstek srebra w warstwie wewnętrznej rur GPWC jest niewystarczające. Musi zostać osiągnięta także odpowiednia ich koncentracja, o czym mówi norma JIS Z 2801 (Japanese Industrial Standard) lub umiędzynarodowiona jej wersja ISO 22196. W przypadku rur antybakteryjnych zawartość cząstek srebra w warstwie antybakteryjnej musi sięgać ok. 1000 mg/kg. Daje to wskaźnik koncentracji na poziomie ok. 0,1%, który jest gwarantem skuteczności działania antybakteryjnego i antygrzybicznego.

Trzeba też w tym miejscu obalić mit, jakoby wysoki poziom wód gruntowych był przeszkodą w układaniu GPWC. Owszem problem ten dotyczy wymienników powietrznych płytowych lub żwirowych, gdzie powierzchnie wymiany ciepła mają bezpośredni kontakt z gruntem. W tych przypadkach wody gruntowe najzwyczajniej zaleją wymiennik i uniemożliwią przepływ powietrza. Natomiast w przypadku specjalnego systemu do budowy rurowego wymiennika powietrznego takiego zagrożenia nie ma, gdy zastosowano w nim specjalne systemy łączenia przewodów. Co więcej obecność wód gruntowych wpływa korzystnie na działanie tych wymienników, ponieważ gwarantuje stałą i wyższą temperaturę gruntu, co przekłada się na większą efektywność i wydajność takich instalacji. Dodatkowo zapewniona jest lepsza i szybsza regeneracja cieplna gruntu.

W przypadku typowych rur kanalizacyjnych PVC szczelność połączeń jest gwarantowana do poziomu 0,5 bara, bo taka jest wymagana przez normy kanalizacyjne. Ale ponieważ takim systemem rur ma przepływać powietrze wentylacyjne, należy je lepiej zabezpieczyć przed naporem wód gruntowych. Zaleca się, żeby system rurowego GPWC miał szczelność nawet pod ciśnieniem do 2,5 bara.

Taka szczelność może być uzyskana np. dzięki specjalnej konstrukcji mufy z pierścieniem zabezpieczającym (rys. 4), który mocuje uszczelkę na stałe w mufie i zabezpiecza ją przed wypięciem. Parametr ten potwierdza badaniem szczelności zgodnie z normą PN-EN 1277:2005 Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników.

Układanie wymiennika w wodzie gruntowej jest związane z koniecznością tymczasowego osuszenia gruntu, jego starannego zagęszczenia wokół rur wymiennika i czasami wymiany. Przysparza to oczywiście dodatkowych problemów niektórym firmom wykonawczym i odradzają one montowanie dobrego GPWC tam, gdzie może on uzyskać najlepsze parametry wymiany, a rekomendują układanie rur kanalizacyjnych w suchym gruncie piaszczystym. I oczywiście powołują się przy tym na swoje doświadczenie. 

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!