Gruntowe wymienniki ciepła jako wspomaganie wentylacji mechanicznej

Ground heat exchangers as support for mechanical ventilation
Gruntowe wymienniki ciepła jako wspomaganie wentylacji mechanicznej
Gruntowe wymienniki ciepła jako wspomaganie wentylacji mechanicznej
Rys. archiwum redakcji Eksperta Budowlanego

Na temat roli i istoty powietrznych gruntowych wymienników ciepła napisano wiele. W przeszłości traktowano je jako rozwiązanie niezbędne dla budynków niskoenergetycznych (np. pasywnych). W przypadku budownictwa tradycyjnego, które obecnie jest już praktycznie energooszczędne, dużą rolę w propagowaniu takich rozwiązań mają firmy, które je oferują. Wymóg stosowania wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła (w kontekście zaostrzanych wymagań energetycznych) każe jednak spojrzeć na GWC z nieco innej perspektywy – wspomagania wentylacji – takie ujęcie przedstawiono w artykule.

W artykule:

• Wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła
• Budowa i idea wykorzystania wymienników GWC - rodzaje i zastosowanie
• Współpraca GWC z wentylacją

Wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła

Wentylacja mechaniczna jest standardem we współczesnych budynkach użyteczności publicznej, biurach czy obiektach handlowych. Staje się również, choć powoli, standardem w obiektach mieszkalnych. Zastosowanie central z wymiennikiem ogranicza zapotrzebowanie na ciepło do podgrzania powietrza świeżego dostarczanego do budynku (ciepło z powietrza zużytego przekazywane jest w przeciwprądzie na wymienniku do powietrza świeżego).

Obecnie produkowane centrale powinny być zaopatrzone jednocześnie w:

  • by-pass pozwalający na okresowe „omijanie wymiennika”,
  • wentylator wielobiegowy lub z płynną regulacją oraz sygnalizację zabrudzenia filtra.

Wszystkie te rozwiązania pozwalają zwiększyć efektywność energetyczną systemu. Konfiguracja centrali i elementów składowych instalacji ma decydujący wpływ na koszty eksploatacji [6].

Zwiększone wymagania dotyczące sprawności odzysku ciepła powodują większe wychładzanie powietrza usuwanego (aż poniżej punktu rosy, przy którym dochodzi do wykraplania się wilgoci), co przy temperaturach niższych od zera prowadzi do wymrażania wymiennika. Urządzenie pracujące w sposób ciągły jest mniej narażone na wymrażanie.

Budowa i idea wykorzystania wymienników GWC

Gruntowy powietrzny wymiennik ciepła (GWC lub lepiej PGWC/GPWC – skrót sygnalizujący, że czynnikiem roboczym jest powietrze) ma wpływ na ograniczenie fluktuacji temperatury powietrza doprowadzonego do budynku. Pozwala na wstępne podgrzanie powietrza w porze chłodnej i ochłodzenie w ciepłej. Rozwiązania bezprzeponowe zmieniają jednocześnie warunki wilgotności, optymalizując je zarówno w porze zimowej – podnosząc, jak i letniej – obniżając.

Wymienników gruntowych z założenia nie wykorzystuje się w okresach przejściowych. Spowodowane jest to koniecznością regeneracji złoża oraz niewielkim efektem energetycznym (nakłady energii na tłoczenie powietrza przy pomijalnych odzyskach ciepła).

Wymienniki ciepła wykorzystujące grunt (ze względu na jego wysoką pojemność cieplną) jako bufor do gromadzenia ciepła słonecznego charakteryzują się dużą bezwładnością. Ciepło gruntu (geotermalne) wykorzystywane jest w praktyce marginalnie [2]. Grunt na głębokości posadowienia wymiennika (1–2 m) ma wysokie fluktuacje temperatury, dochodzące nawet do 20 K w ujęciu rocznym [7]. Dopiero na głębokości ok. 15 m temperatura gruntu jest stała i równa temperaturze średniorocznej obszaru, pod którym się znajduje [12].

Stosowana głębokość posadowienia wiąże się z temperaturą gruntu, która powinna być wyższa od temperatury przemarzania, jednak koszty związane z możliwie głębszym posadowieniem mogą przewyższać potencjalne korzyści.

Niektórzy autorzy przekonują, że wykorzystanie GWC przyczynia się do ograniczenia zapotrzebowania na ciepło i chłód dla budynku w bardzo zauważalny sposób. Wymiennik gruntowy dostarcza ok. 15% całkowitego zapotrzebowania na energię w układach wentylacji [8]. Ograniczenie to związane jest z ilością transportowanego ciepła, a ta jest niewielka ze względu na pojemność cieplną powietrza oraz ograniczoną wielkość wymiennika.

Bardzo istotny jest czas pracy wymiennika – im jest on dłuższy, tym powietrze jest w mniejszym stopniu podgrzewane podczas zimy czy chłodzone w lecie [8].

Zdecydowaną zaletą wymienników gruntowych jest wysoka efektywność pozyskiwania energii. Jest ona wielokrotnie wyższa niż w przypadku takich efektywnych energetycznie rozwiązań, jak np. pompy ciepła. Wymiennik działa na zasadzie free coolingu – nie występują istotne nakłady energii na pracę urządzenia, a jedynie na potrzeby wentylatora (ewentualnie pompy). Uwzględnić jednak należy także fakt, że parametry operacyjne nie są często odpowiednio wysokie do bezpośredniego wykorzystania – wyjątek stanowi wentylacja.

Podawane przez autorów niektórych publikacji temperatury uzyskiwane za wymiennikiem mają często charakter ogólny – informacyjny. W rzeczywistych warunkach pracy poziom temperatury uzależniony jest od wielu czynników, m.in.: czasu, miejsca, warunków pogodowych, budowy wymiennika, głębokości posadowienia, warunków glebowych i wodnych, nasłonecznienia, sposobu pracy, natężenia przepływu powietrza, długości funkcjonowania wymiennika, czystości, temperatury zewnętrznej i gruntu itd.

Parametry przepływającego powietrza nie odpowiadają parametrom uzyskiwanym przez grunt – są przesunięte w czasie do warunków panujących na zewnątrz.

Bardzo istotny jest montaż czerpni. Miejsce montażu reguluje rozporządzenie w sprawie warunków technicznych [WT 2017] i… zdrowy rozsądek. Powinna być ona oddalona od ulic i parkingów, gdyż jest odpowiedzialna za dostarczanie świeżego powietrza.

Czytaj też: Czynniki robocze dolnych źródeł gruntowych pomp ciepła >>>

Generalną zasadą budowy GWC jest pozostawianie otwartych przestrzeni nad wymiennikiem w celu zapewnienia jego regeneracji. Dopuszczalna jest nisko koszona trawa, ale nie zaleca się kostki, a wyklucza krzewy czy drzewa. Ważne jest zachowanie stosownej odległości od fundamentów budynku – dla ograniczenia wzajemnego oddziaływania [7]. Mimo to spotyka się montaż GWC pod budynkiem – inwestorzy upatrują w tym takich korzyści, jak możliwość odzyskania strat ciepła z budynku do gruntu czy odzysk ciepła na drodze przewodzenia od powierzchni wokół budynku. W tym przypadku ilości pozyskiwanej energii mogą być jednak niewielkie w kontekście wyżej wymienionych ograniczeń uzyskiwanej energii słonecznej uzyskiwanej przez grunt. Wymiennik pod budynkiem to najmniej korzystne pod względem energetycznym rozwiązanie, choć nieraz jedyne możliwe. Należy się jednocześnie liczyć z możliwością uszkodzenia wymiennika spowodowaną pracą budynku.

Fot. 1 Wymiennik przeponowy rurowy Geoheat; fot. archiwum autora (K. Kurowski)
Fot. 1 Wymiennik przeponowy rurowy Geoheat; fot. archiwum autora (K. Kurowski)

Wysoki stan wód gruntowych jest warunkiem utrudniającym wykorzystanie powietrznego GWC, a nawet wykluczającym. Co prawda wymienniki przeponowe są teoretycznie odporne na wysoki stan wody, jednak długi napór wody podziemnej i ewentualne odkształcenia połączeń rur pod wpływem pracy gruntu mogą spowodować rozszczelnienie systemu, a tym samym jego zanieczyszczenie i konieczność wyłączenia z eksploatacji. Problem ten może być szczególnie istotny na tzw. gruntach niestabilnych. Z tego względu oferowane są także systemy z trwałymi, niekielichowymi połączeniami. Np. system GeoHeat zbudowany jest z rur oraz z kształtek elektrooporowych (mufy, kolana, trójniki) i kształtek doczołowych wykonanych z polietylenu, co zapewnia szczelność wymiennika (fot. 1). Przy wysokim stanie wód nie należy też stosować wymienników bezprzeponowych, narażonych na łatwe zalanie.

Chcesz być na bieżąco? Czytaj nasz newsletter!

[powietrze, gruntowe wymienniki ciepła, gruntowe powietrzne wymienniki ciepła]

   05.10.2018

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie

 


Co osuszy powierzchnię do 80 m² »

osuszanie pomieszczeń


 


Zaprojektuj niezawodne instalacje w budynku »

Czy wiesz, jakich błędów unikać przy instalacji? »

zawory antyskażeniowe
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


 Jak zapewnić skuteczny monitoring parametrów środowiskowych w pomieszczeniach medycznych »

izolacje w instalacji


 


Czy bezdotykowy design stanie się standardem? »

Jak zminimalizować stratę energii w układach wentylacyjnych »
armatura bezdotykowa
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Skróć czas montażu i uruchomienia układu mieszającego nawet o 50% »

uklad mieszający projektowanie



Jak zadbać o higienę w miejscach publicznych »

Zarejestruj się i zgarnij  pieniądze na kolejne zakupy   »
 
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Co zrobić kiedy nie możesz pozbyć się wody z wycieku »

wyciek z rury


 


Jaki wybrać płyn do instalcji w przemyśle spożywczym »

Od czego zacząć, gdy chcesz zabezpieczyć hale przemysłowe przed pożarem »
panele fotowoltaiczne ochrona przed pożarem
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Jak zabezpieczyć dylatację przed pożarem »

dyletacja

 



Do 77% oszczędności na zużyciu energii »

Z poradnika hydraulika - gdzie kupisz sprawdzony sprzęt »

cichy oszczedny klimatyzator hydraulik
jestem na bieżąco » korzystam z wiedzy »

 


Jakich elemntów potrzebujesz do projektu fotowoltaicznego »

alternatywne zrodla energii


 


Które pompy ściekowe mogą być stosowane na dużej głębokości » Upały dają się we znaki! Co lepsze? Centrala wentylacyjna czy rooftop? »
kanalizacja wentylatory
wiem więcej » poznaj dziś »

 


Czy pompa ciepła się opłaca »

alternatywne zrodla energii


 


Poznaj metody na oszczędność wody »

W czym tkwi sedno w projektowaniu instalacji grzewczej »
produkcja studni wodomierzowych
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Który grzejnik wybrać? Aluminiowy czy stalowy »

grzejniki aluminiowe czy stalowe


 

Ekspert Budowlany - zlecenia

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
11/2021

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 11/2021
W miesięczniku m.in.:
  • - OZE w budynkach wielorodzinnych
  • - Klimat w pomieszczeniach szkolnych
Zobacz szczegóły

Bezpłatny newsletter

Mamy dla Ciebie prezent 


Wystarczy,

że zapiszesz się na newsletter,
a otrzymasz link do

e-book

" Kotły na biomasę i biopaliwa "

Zapisuję się »

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