Gruntowy wymiennik ciepła (GWC) – jak działa, czy warto go zainstalować i co warto o nim wiedzieć?

Gruntowy wymiennik ciepła nie jest urządzeniem skomplikowanym. Dzięki niemu Twoje gospodarstwo domowe jest wyposażone w wydajniejszy system wentylacji mechanicznej. Jak działa gruntowy wymiennik ciepła? Jak go zrobić i co warto o nim wiedzieć?

Spis treści

Gruntowy wymiennik ciepła, w skrócie GWC, może ogrzewać powietrze wentylacyjne darmową energią kumulowaną w gruncie i dodatkowo chłodzić je latem. Usprawnia on działanie central wentylacyjnych z wymiennikami do odzyskiwania ciepła z wywiewanego powietrza, czyli z rekuperacją.

Czym jest gruntowy wymiennik ciepła i jak działa?

Gruntowy wymiennik ciepła, jak już wspomnieliśmy, to urządzenie, którego głównym zadaniem jest utrzymywać efektywność energetyczną systemu rekuperacji. Ale czym jest ta rekuperacja? Każdy dom musi być wyposażony w odpowiedni i prawidłowo działający układ wentylacyjny. Bez niego w Twoim gospodarstwie domowym mogą pojawić się pleśnie czy wirusy. Będzie to wpływać na zdrowie oraz samopoczucie wszystkich przebywających w domu. Rekuperacja to nic innego jak gwarancja dostępu do świeżego powietrza z zewnątrz, dostarczanego do szczelnego i ciepłego budynku. Dzięki temu systemowi możliwe jest jego oczyszczenie z kurzu, bakterii, wirusów czy smogu oraz – ogrzanie.

Rekuperacja to proces odzyskiwania energii z zanieczyszczonego powietrza. Służy do tego urządzenie, zwane rekuperatorem. Dzięki temu świeże powietrze jest dostarczane cały czas, z kolei to z dużą zawartością dwutlenku węgla zostaje usunięte. Wszystko to bez konieczności otwierania okien, co byłoby uciążliwe, szczególnie w trakcie trwania zimy. O tej porze roku wiązałoby się to ze stratami cieplnymi i zwiększeniem kosztów, a w przypadku niektórych zanieczyszczonych miast – nie poprawiłoby stanu powietrza w domu.

Jak działa wymiennik ciepła?

Gruntowy wymiennik ciepła ma dwa podstawowe zadania. Przepuszczane przez grunt powietrze, glikol czy inne substancje zimą ogrzewają, a latem schładzają powietrze dostarczane z zewnątrz do budynku. Gruntowy wymiennik ciepła poprawia więc jakość działania rekuperatora. GWC wykorzystuje temperaturę gruntu (na głębokości minimum 1,5 m) utrzymującą się na niemal stałym przez cały rok poziomie – jest to około 4-8 stopni. Dlaczego montuje się je pod ziemią? W trakcie ekstremalnych warunków atmosferycznych na powierzchni niemożliwe byłoby prawidłowe działanie wymiennika. Montując układ pod ziemią, masz pewność, że cały proces zachodzi w warunkach neutralnych, jest efektywny oraz tani.

Gruntowy wymiennik ciepła – schemat

Schemat gruntowego wymiennika ciepła nie jest skomplikowany. Ta prostota wprost przekłada się na efektywność działania całego systemu. Jak jest zbudowany system? Składa się z kilku głównych elementów:

czerpnia gruntowa – jest ona odpowiedzialna za pobieranie powietrza z zewnątrz,
konstrukcja gruntowego wymiennika ciepła – jest ona umiejscowiona w gruncie. Jej budowa różni się w zależności od rodzaju wymiennika,
przepustnica – może być ręczna lub automatyczna. Jest umieszczona wewnątrz budynku,
czerpnia ścienna wewnątrz budynku,
centrala wentylacyjna,
rekuperator.

Najważniejszymi elementami każdego gruntowego wymiennika ciepła są te umieszczone pod powierzchnią ziemi, dlatego bardzo ważne jest, by wykop był wykonany maksymalnie dokładnie. Całość systemu łączy się z wentylacją mechaniczną lub grawitacyjną. Może również współpracować z centralą wentylacyjną pompy ciepła.

Przeczytaj także: Jaki grzejnik pobiera najmniej prądu? Doradzamy

Gruntowy wymiennik ciepła – rodzaje

Gruntowne wymienniki ciepła są dostępne na rynku w różnych formach. Zasadnicza różnica dotyczy budowy całego systemu. GWC można podzielić na dwie podgrupy: przeponowe oraz bezprzeponowe. W przypadku tych pierwszych systemów, powietrze nie ma kontaktu z gruntem. Jest ono oddzielone od niego za pomocą tzw. przepony. Wymienniki przeponowe to m.in. wymienniki rurowe czy glikolowe. Z kolei wśród bezprzeponowych wyróżnia się żwirowe oraz płytowe. Czym charakteryzują się poszczególne rodzaje wymienników?

Wymiennik rurowy

Wymiennik przeponowy GWC możesz wykonać z tworzyw sztucznych, np. z niedrogich cienkościennych rur kanalizacyjnych PCV lub specjalnych rur do powietrznych wymienników gruntowych z antybakteryjnym wkładem. Może być zbudowany z pojedynczego rurociągu o długości 45-60 m lub układu równoległych rur. Do ułożenia rur potrzebny jest wykop o głębokości ok. 2 m – dno powinno być utwardzone i zagęszczone. Wskazana jest utwardzona podsypka z piasku lub żwiru.

Wymiennik glikolowy

Jest to odmiana wymiennika przeponowego. Jego praca polega na dostarczeniu do rekuperatora powietrza temperatury, która jest odpowiednio dopasowana do aktualnie panujących warunków atmosferycznych. Co to oznacza? Latem potrzebne jest zimniejsze powietrze do ochłodzenia domu, zimą cieplejsze do jego ogrzania. Wymiennik glikolowy jest przystosowany do tego, by dostarczać odpowiednie powietrze w zależności od potrzeb mieszkańców. Cały system jest ulokowany pod ziemią na głębokości ok. 0,8-1,5 m. Dzięki temu instalacja znajduje się w obszarze, który jest jeszcze termicznie niezależny od tego, który znajduje się w atmosferze. W przypadku tego wymiennika medium transportowym jest glikol, który rozprowadza pozyskaną energię wzdłuż całego systemu. Roztwór jest tłoczony przy pomocy pompy obiegowej z układem sterującym i krąży w rurach cały czas. Wymiana powietrza następuje w wymienniku, który zlokalizowany jest na wlocie do rekuperatora.

Wymiennik w podłożu żwirowym

Modyfikacją wymiennika rurowego w gruncie jest wymiennik prowadzony przez złoże żwiru. Drobne kamyki stanowią doskonały akumulator energii i dodatkowo oczyszczają powietrze wentylacyjne. Wykop o głębokości ok. 80 cm i wymiarach ok. 3 x 3 m wypełniamy płukanym żwirem o granulacji 20-50 mm. Przykrywamy go geowłókniną, która izoluje przed zanieczyszczeniami, owadami i gryzoniami. Do czerpni terenowej, przez którą dostaje się powietrze do złoża, dołączamy poziomą rurę rozprowadzającą powietrze na całej jej długości. Przeciwległa do niej rura, ulokowana na drugim końcu zbiornika, zasysa powietrze do instalacji w budynku. Długość rury transportującej powinna być jak najmniejsza ze względu na opór przepływu powietrza.

Wymiennik płytowy GWC

Kolejnym rodzajem wymiennika jest rurociąg prowadzony na płytach. Pozwala on na wyeliminowanie problemu dużego oporu przepływu powietrza, który pojawia się w wymienniku żwirowym. Jego konstrukcja jest objęta patentem. W wykopie szerokim i długim na kilkanaście metrów umieszcza się na podsypce piaskowo-żwirowej specjalne płyty z tworzywa sztucznego. Przykrywa się je folią i układa z odpowiednim spadkiem pozwalającym na odpływ wody. Posiadają one szczeliny umożliwiające przepływ powietrza. Z czerpni trafia ono bezpośrednio do tuneli rozprowadzających i zbierających – opór jest dzięki temu znacznie mniejszy, niż w podłożu żwirowym.

Zaletą takich układów jest to, że nie tylko ogrzewają powietrze dostające się do domu zimą, ale także chłodzą je latem – podczas upałów temperatura powietrza w gruncie może wynosić nawet zaledwie 14 stopni C. Doprowadzając tak chłodne powietrze do domu, zyskujesz orzeźwiającą i niedrogą klimatyzację. Gruntowy wymiennik ciepła (GWC) jest elementem, który wspomaga i uzupełnia system mechanicznej wentylacji nawiewno-wywiewnej. Wykorzystywanie GWC nosi cechy pozyskiwania energii odnawialnej, może więc być dotowane lub preferencyjnie kredytowane ze środków BOŚ.

Wymiennik grzebieniowy

Kolejnym rodzajem jest wymiennik gruntowy grzebieniowy. Jest to nowa instalacja. Łączy w sobie cechy wymienników żwirowych oraz płytowych. Układ kanałów w tym GWC przypomina grzebienie. Ten rodzaj konstrukcji składa się z płaskiego złoża żwirowego. Ich grubość wynosi ok. 20 cm. Z obu stron znajdują się kolektory. Ich zadaniem jest doprowadzać oraz odprowadzać powietrze. Do tego elementu podłączone są kanały, które są odpowiedzialne za cyrkulację powietrza. Jak działa taki GWC? Powietrze, które jest zasysane, leci prosto do kolektora doprowadzającego. Następnie trafia do konkretnych kanałów rozprowadzających, a stamtąd prosto do żwiru i kanałów odbierających. Wymiennik grzebieniowy charakteryzuje się niskim oporem, więc nie jest konieczne stosowanie wentylatorów. Dzięki temu zwiększona zostaje efektywność całego układu. Bardzo ważną zaletą wymiennika grzebieniowego jest to, że jest on w stanie pracować bez przerw.

Zastosowanie gruntowych wymienników ciepła

Gruntowe wymienniki ciepła są stosowane na szeroką skalę. Jest to spowodowane ich licznymi zaletami. Przede wszystkim warto sięgnąć po to rozwiązanie w przypadku budynków, które wymagają częstego dogrzewania lub ochładzania. Dzięki tej instalacji jest to o wiele łatwiejsze oraz tańsze. GWC może być stosowany zarówno w przypadku domów jednorodzinnych, jak i w większych obiektach. W każdym z tych miejsc będzie spełniał swoje zadanie. Często stosuje się to rozwiązanie w przypadku hal produkcyjnych, galerii handlowych, w szkołach czy szpitalach.

Przeczytaj także: Rury stalowe czy miedziane – które lepiej sprawdzą się w instalacji gazowej?

Korzyści z zastosowania GWC

Gruntowe wymienniki ciepła cieszą się dużą popularnością, ponieważ posiadają wiele zalet. Przede wszystkim, ciepło uzyskane z gruntu i wykorzystywane w GWC jest darmowe. Posługujemy się nim wspomagająco przy ogrzewaniu lub chłodzeniu domów, w systemach wentylacji z rekuperacją. GWC umożliwia wstępne podgrzanie powietrza trafiającego do rekuperatora w zimie.

W mroźne dni na wymienniku ciepła rekuperatora zamarzają skropliny z ciepłego powietrza usuwanego z pomieszczeń. Powstający szron zatyka kanaliki w wymienniku, co utrudnia przepływ powietrza, ogranicza wydajność i sprzyja awariom. Zastosowanie GWC stanowi ochronę przeciwzamrożeniową całego systemu rekuperacji. Odciąża i eliminuje konieczność pracy nagrzewnicy elektrycznej czy też systemu odmrażającego. Inne, poza GWC, systemy odmrażania są znacznie bardziej energochłonne. W GWC wykorzystujemy darmową, zakumulowaną w gruncie energię.

Kolejną korzyścią GWC jest znaczne podniesienie komfortu klimatycznego w domu w upalne dni. Instalacja GWC potrafi ochłodzić wchodzące gorące powietrze nawet o kilkanaście stopni. Może zasilić w naturalnie klimatyzowane powietrze duże przestrzenie budynków. Jest to szczególnie ważne w przypadku mieszkania z dziećmi, w szpitalach oraz szkołach.

System pracuje samodzielnie. Nie musisz więc zaprzątać sobie głowy jego ustawianiem czy poprawą parametrów. Wszystkie działania odbywają się samoczynnie. Jeśli nawet zajdzie konieczność zaprogramowania, większość gruntowych wymienników posiada nowoczesne sterowniki, które ułatwią Ci to zadanie.

Czy GWC się opłaca?

Ułożenie gruntowych wymienników ciepła nie stanowi zbyt kosztownej inwestycji. Nie będzie raczej konieczne zaciąganie kredytu. Ile zatem kosztuje gruntowy wymiennik ciepła? Cena zależy od wielu czynników. Koszt wykonania takiej instalacji dla domu jednorodzinnego waha się w przedziale od 2 do 12 tysięcy złotych. Wszystko zależy od tego, jakie materiały zostały użyte i czy wykonasz pracę samodzielnie, czy z pomocą fachowców. Istotny jest również poziom skomplikowania systemu. Jak możesz zauważyć, nie są to duże koszta. Dzięki temu domownicy będą zdrowsi, a Twój budżet nie będzie narażony na uszczerbek z powodu strat w energii. Późniejsza eksploatacja gruntowego wymiennika ciepła również nie jest zbyt kosztowna.

Gruntowy wymiennik ciepła – zapamiętaj

Powietrze po przejściu przez gruntowy wymiennik ciepła jest dobrze przefiltrowane, zawiera mniej drobnoustrojów i alergenów od tego zasysanego bezpośrednio z zewnątrz. Stosowanie GWC pozwoli Ci uzyskać wyższą jakość powietrza w stosunku do tej uzyskiwanej z samego rekuperatora. Jest ono też świeższe i mniej wysuszone.

Reasumując – stosując gruntowy wymiennik ciepła, przy stosunkowo niskim koszcie możesz wiele zyskać, m.in.:

poprawę jakości powietrza w pomieszczeniach,
zmniejszenie wysokości rachunków za ogrzewanie domu oraz energię elektryczną,
oszczędności z tytułu darmowej klimatyzacji w lecie,
redukcję poziomu alergenów i zanieczyszczeń powietrza,
możliwość uzyskania darmowego ciepła.