Gruntowy wymiennik ciepła, czyli wentylacja mechaniczna z wspomaganiem

Wentylacja mechaniczna z rekuperacją umożliwia odzyskanie ciepła z powietrza usuwanego z domu. Wyposażenie jej w dodatkowy element – gruntowy wymiennik ciepła – podnosi jej wydajność. Dzięki niemu powietrze, które trafia do rekuperatora latem jest chłodniejsze, a zimą – cieplejsze. Zastosowanie wymiennika gruntowego zwiększa efektywność wentylacji mechanicznej z rekuperacją i poprawia komfort cieplny we wnętrzach, przyczynia się też do obniżenia kosztów ogrzewania. Jego eksploatacja jest znacznie tańsza niż klimatyzacji (nie jest jednak w stanie w pełni jej zastąpić). Zastosowanie gruntowego wymiennika ciepła sprawia, że do centrali wentylacyjnej zawsze trafia powietrze o temperaturze dodatniej, co zapobiega zamarzaniu skroplin. Nie ma więc konieczności rozmrażania rekuperatora, dzięki czemu podnosi się jego efektywność.

Zewnętrzna część gruntowego wymiennika ciepła jest umieszczana w ziemi – z reguły poniżej głębokości przemarzania gruntu. Część wewnętrzna jest montowana przy rekuperatorze.

Gruntowy wymiennik ciepła to stosunkowa prosta instalacja. Składa się z części zewnętrznej i wewnętrznej. Część zewnętrzna jest umieszczana w ziemi – z reguły poniżej głębokości przemarzania gruntu; na poziomie około 1,5-2 m, gdzie przez cały rok panuje stała temperatura. Może też być montowana płycej, ale wówczas musi zostać zaizolowana termicznie. Najkorzystniejsze warunki dla jej pracy zapewniają grunty mokre, gliniaste. Grunty suche i piaszczyste gorzej akumulują energię. Część wewnętrzna jest umieszczana przy rekuperatorze. Montaż gruntowego wymiennika ciepła najlepiej jest zaplanować jak najwcześniej i wykonać podczas budowy domu. Jego realizacja w późniejszym czasie też jest możliwa, ale stanowi trudniejsze zadanie i wymaga większych nakładów pracy.

Rodzaje wymienników

Gruntowy wymiennik ciepła w najprostszej wersji składa się z ułożonej na odpowiedniej głębokości rury. Tego rodzaju instalacja nazywana jest przeponową. Rura powinna mieć średnicę, która zapewni swobodny przepływ odpowiedniej ilości powietrza i być ułożona z zachowaniem nachylenia, które umożliwi odpływanie powstających latem skroplin. Pojedyncza rura do wentylacji średniej wielkości domu jednorodzinnego powinna mieć długość 30-50 m. Jeśli zapewnienie tego warunku stanowi problem, można równolegle ułożyć dwie lub więcej krótszych rur. Częścią wymiennika rurowego jest studzienka kondensatu oraz czerpnia powietrza.

Inny rodzaj gruntowego wymiennika ciepła to układ bezprzeponowy. W tej wersji powietrze nie przepływa przez umieszczoną pod ziemią rurę, ale ma bezpośredni kontakt z odpowiednio przygotowanym gruntem. Ogrzewa się lub chłodzi przepływając przez warstwę żwiru. Bezprzeponowy wymiennik gruntowy składa się z wykopu o głębokości 80 cm wypełnionego oczyszczonym żwirem. Żwir z jednej strony akumuluje energię, z drugiej natomiast stanowi filtr, który oczyszcza powietrze. Powietrze jest doprowadzane do żwiru za pomocą czerpni i poziomo ułożonej rury drenarskiej. Z drugiej strony wykopu znajduje się rura, którą powietrze jest zasysane dalej. Wymiennik żwirowy regeneruje się wolniej niż rurowy – temperatura żwiru zmienia się pod wpływem przepływającego powietrza i do ponownej jej stabilizacji potrzeba więcej czasu niż w przypadku wymiennika przeponowego.

Gruntowy wymiennik ciepła w najprostszej wersji składa się z ułożonej na odpowiedniej głębokości rury. Pojedyncza rura do wentylacji średniej wielkości domu powinna mieć długość 30-50 m. Jeśli zapewnienie tego warunku stanowi problem, można równolegle ułożyć dwie lub więcej krótszych rur. 

Kolejnym rodzajem wymiennika bezprzeponowego jest wymiennik płytowy. W tym przypadku zamiast złoża żwirowego układane są specjalne płyty ze szczelinami, przez które przepływa powietrze. Płyty są umieszczane na warstwie piaskowo-żwirowej i od góry izolowane termicznie oraz przysypywane ziemią. Powietrze, które przepływa przez tego rodzaju wymiennik ma bezpośredni kontakt z gruntem. Wymiennik płytowy jest płytszy, ale zajmuje powierzchnię kilkukrotnie większą niż wersja żwirowa. W efekcie powierzchnia wymiany ciepła jest duża, co gwarantuje wysoką skuteczność tego rodzaju instalacji. Wymiennik płytowy sprawnie się regeneruje.

W wymienniku gruntowym można też zastosować czynnik pośredniczący. Mówimy wówczas o wymienniku glikolowym, który budową przypomina rurowy. W takim układzie powietrze przepływa przez nagrzewnicę (latem – chłodnicę) zasilaną roztworem glikolu, który odbiera ciepło z gruntu lub schładza się pod jego wpływem. Glikol krąży w wężownicy i przekazuje energię powietrzu wprowadzanemu do domu. W takim układzie nie ma czerpni, jest natomiast wymiennik glikol-powietrze zamontowany przed wlotem czerpni rekuperatora.

Regeneracja wymiennika

W wyniku odebrania energii z gruntu temperatura tego ostatniego zmienia się. Jeśli energia nie jest szybko uzupełniana, różnica temperatur maleje, zmniejsza się więc efektywność instalacji. Gruntowy wymiennik ciepła powinien mieć czas na regenerację. Warto więc odłączać wymiennik, gdy różnica temperatury powietrza przed i za nim jest niewielka, a także zmniejszać intensywność wentylacji, gdy dom stoi pusty. To pozwala na dłużej zachować energię dolnego źródła. Nowoczesne gruntowe wymienniki ciepła pracują automatycznie; centrala pobiera powietrze przez gwc, jeśli temperatura osiąga określony poziom. Rekuperatory współpracujące z wymiennikami gruntowymi powinny być wyposażone w by-pass, czyli obejście dla powietrza wywiewanego z pomieszczeń. Gdy by-pass jest otwarty, powietrze wywiewane omija wymiennik i jest kierowane prosto do wyrzutni. Dzięki temu latem nie ogrzewa niepotrzebnie powietrza napływającego.