GWC GLIKOLOWY CZY POWIETRZNY

Na temat GWC czyli gruntowych wymienników ciepła panuje wiele opinii. Celem tego artykułu jest wyjaśnienie czytelnikowi zasadniczych różnic między wymiennikami powietrznymi, a nie- powietrznymi (glikolowymi). W co i kiedy warto zainwestować, GWC glikolowy czy powietrzny. Poruszono również kwestię warunków jakie muszą być spełnione aby GWC pracował efektywnie.

provent-gwc-obok-budynku
GWC PRO-VENT GEO zamontowany pod terenem zielonym, obok budynku.

GWC GLIKOLOWY, POWIETRZNY – RODZAJE

Gruntowy wymiennik ciepła (GWC) to wyrób, który wykorzystuje płytką geotermię, czyli energię zgromadzoną w gruncie (jego wierzchnich warstwach).

Gruntowe wymienniki ciepła można podzielić na nie-powietrzne, np. GWC glikolowy oraz powietrzny.

Wymienniki powietrzne to takie, w których powietrze wentylacyjne jest bezpośrednio podgrzewane lub ochładzane zanim trafi na rekuperator.

Wymienniki nie-powietrzne, np. GWC glikolowy wykorzystują czynnik pośredniczący. To roztwór glikolu przepływający w rurkach umieszczonych w gruncie zmienia swoją temperaturę. Dalej trafia do budynku, do specjalnego modułu (urządzenia) wyposażonego w uproszczeniu w pompkę elektryczną oraz wymiennik ciepła. W tym urządzeniu roztwór glikolu przekazuje energię ciepła lub chłodu do powietrza wentylacyjnego i dalej systemem kanałów do każdego wentylowanego pomieszczenia.

Przyjrzyjmy się jakie są dostępne najpopularniejsze rodzaje GWC na rynku, GWC glikolowy i powietrzny.

GWC POWIETRZNY – PŁYTOWY

Gruntowy wymiennik ciepła płytowy PRO-VENT GEO lub GEO-NATURA jest wymiennikiem bezprzeponowym. To znaczy takim, w którym powietrze przepływa w bezpośrednim kontakcie z odpowiednio przygotowanym podłożem, zapewniając maksymalną możliwą wymianę cieplną. Czerpnia terenowa zasysa powietrze zewnętrzne i dalej rozprowadzane pod powierzchnią specjalnie przygotowanych płyt wymiennika. Tam następuje obróbka temperaturowo- wilgotnościowo- antybakteryjna. Tak uzdatnione powietrza trafia do rekuperatora PRO-VENT MISTRAL znajdującego się w budynku (np. garażu lub pomieszczeniu technicznym). Stamtąd rozprowadzane jest do wszystkich wentylowanych pomieszczeń.

montaz-wymiennika-gwc-provent-geo-400
GWC PRO-VENT GEO pod terenem zielonym, obok budynku.

Zarówno GWC PRO-VENT GEO jak i GEO-NATURA można montować płytko, już 70 cm pod poziomem terenu. Zwarta budowa wymienników umożliwia montaż wymienników również pod budynkiem, w obrysie fundamentowym lub pod płytą fundamentową.

gwc-geo-natura-provent-fundament
GWC GEO-NATURA w obrysie fundamentowym budynku.

Działanie antybakteryjne i antygrzybiczne

Bezprzeponowe płytowe wymiennika PRO-VENT GEO lub GEO-NATURA charakteryzuje najwyższa wymiana ciepła z gruntem. Dlatego, ponieważ praktycznie cała objętość powietrza wentylacyjnego ma kontakt z buforem energii (gruntem). Bezpośredni kontakt powietrza z podłożem wywiera również pozytywny wpływ na zdrowie, znacząco redukując stężenia bakterii i grzybów w powietrzu wentylacyjnym, w przeciwieństwie do np. GWC glikolowy. Oczyszczanie powietrza jest w 100% naturalne, bez stosowania dodatkowej chemii, np. w postaci jonów srebra.

gwc-redukcja-bakteri-grzybow-provent

Wydajny i efektywny gruntowy wymiennik redukuje koszty ogrzewania budynku zimą. Dzieje się tak dlatego, że podgrzewając powietrze zewnętrzne z  np. -15oC do +2oC po pierwsze, wyeliminowane zostaje ryzyko szronienia rekuperatora. Po drugie, stabilne warunki pracy rekuperatora optymalizują sprawność odzysku ciepła. Czyli, mówiąc inaczej, do budynku nawiewane jest powietrze o temperaturze niższej od temperatury w domu jedynie o ok. 2oC. W przypadku braku GWC, temperatura za rekuperatorem wynosiłaby około +15oC. Czyli źródło ciepła (np. kocioł gazowy) musi wytworzyć dużo mniej ciepła żeby utrzymać w budynku założoną temperatury, np. +20oC w porównaniu do systemu bez GWC.

Wymienniki PRO-VENT GEO oraz GEO-NATURA są wyrobami bezpiecznymi. Posiadają Atesty Higieniczne przyznane przez PZH oraz Rekomendację Techniczną Instytutu Techniki Budowlanej (ITB).

EKSPLOATACJA

Wymienniki PRO-VENT GEO i GEO-NATURA są praktycznie bezobsługowe. Tak naprawdę jedyną czynnością, o której należy pamiętać jest cykliczna wymiana filtra na czerwoni terenowej. Częstotliwość jest zależna między innymi od jakości powietrza w okolicy, jednak zwyczajowo zaleca się wymianę co ok. 3 miesiące. Cena standardowych filtrów dla typowych wielkości wymienników nie jest wysoka. W roku wydamy na nie ok. 120 zł.

zerpnia-gruntowa-zaciagajaca-swieze-powietrze-do-wystemu-wentylacji-mechanicznej

OGRANICZENIA W STOSOWANIU

Wymiennik bezprzeponowy płytowy jest wymiennikiem otwartym, tzn. takim, w którym przepływające powietrze ma bezpośredni kontakt z odpowiednio przygotowanym podłożem. W związku z tym, należy go montować zawsze powyżej występowania stałego poziomu wód gruntowych. Wymienniki firmy Pro-Vent można montować płytko, już ok. 70 cm pod powierzchnią terenu, a nawet ułożyć pod nasypem w przypadku niekorzystnych warunków wodno- gruntowych.

gwc-powietrzny-pro-vent-tabela

GWC POWIETRZNY RUROWY

Drugim rodzajem powietrznych gruntowych wymienników ciepła są wymienniki rurowe. W  tym przypadku powietrze wentylacyjne jest oddzielone od gruntu (buforu energii) poprzez przeponę (ścianę rury). Czerpnia terenowa (lub ścienna) pobiera powietrze, które rozprowadza się siecią kanałów w gruncie zanim trafi do rekuperatora. Rury w gruncie mogą być układane na dwa sposoby: albo jako jedna nitka, albo w układzie Tichelmana.

schemat-rurowego-gruntowego-wymiennika-ciepla-z-powietrza-z-wentylacji
Schemat GWC rurowego.

Wymienniki rurowe można montować zarówno obok budynku jak i pod nim (w obrysie fundamentowym lub pod płytą fundamentową). GWC rurowy w okresie zimowym wstępnie podniesie temperaturę powietrza wentylacyjnego, a w okresie letnim – obniży. Warto mieć jednak na uwadze, że sprawność (efektywność) wymiany cieplnej wymiennika rurowego będzie niższa niż wymiennika płytowego dla tożsamych powierzchni.
Wymienniki rurowe renomowanych producentów posiadają Atesty Higieniczne oraz Rekomendacje Instytutu Techniki Budowlanej (ITB), czyli są to wyroby sprawdzone.

gwc-rurowy-wykop
GWC rurowy w układzie Tichelmana.

Wewnętrzne powierzchnie niektórych typów rur pokryte są warstwą dodatkowych środków chemicznych, w postaci np. jonów srebra. Warstwa ta ma za zadanie działać antybakteryjnie na przepływające powietrze. Nie jest jednak jasne, jak długo warstwa antybakteryjna będzie spełniać swoją funkcję. Oraz co dzieje się ze środkami chemicznymi (np. jonami srebra), które mogą oderwać się od ścianki rury.

EKSPLOATACJA

Podobnie jak dla wymienników bezprzeponowych PRO-VENT GEO i GEO-NATURA, również wymienniki rurowe wymagają cyklicznej wymiany filtra powietrza na czerpni terenowej.

Standardowym wyposażeniem wymienników przeponowych rurowych jest elektryczna pompka do wypompowywania kondensatu. Energia elektryczna pobierana przez nią stanowi oczywiście koszt eksploatacyjny wymiennika. Podobnie jej serwis lub ewentualna wymiana.

OGRANICZENIA W STOSOWANIU

Wymienniki przeponowe nie powinny być montowane w wodach gruntowych lub tam, gdzie istnieje realne i długotrwałe zagrożenie ich podniesienia. Jeżeli podczas niewłaściwego montażu (główne zasypywania wymiennika) dojdzie do rozszczelnienia łączenia rura- rura to, przy wysokim poziomie wód gruntowych, wymiennik może zostać zalany. Woda będzie spływać wtedy do studzienki z zamontowaną pompką. A ta będzie ją wypompowywać do zewnętrznego odbiornika. Ta sytuacja może trwać tak długo jak długo wymiennik będzie zalany, a pompa włączona (niepotrzebne koszty).

SAMODZIELNE WYKONANIE

Niektórzy inwestorzy decydują się na samodzielny montaż rur pod powierzchnią działki. Korzystając z dostępnych programów komputerowych wyznaczają wymaganą długość i średnicę przewodu. Zarówno dobór nieodpowiednich materiałów jak i niewłaściwy montaż może mieć negatywny wpływ na zdrowie.

Po pierwsze, przy samodzielnym montażu najczęściej wykorzystywane są rury kanalizacyjne PVC. Wydaje się to ryzykownym pomysłem ponieważ rury kanalizacyjne nie mają dopuszczenia do stosowania w układach wentylacyjnych. Jeżeli przewód pod obciążeniem ulegnie owalizacji w miejscu łączenia, może dojść do zalania wymiennika. Niska sztywność wzdłużna może powodować powstanie niecek w rurach GWC. W nich może gromadzić się woda kondensacyjna (prawdopodobne siedlisko niebezpiecznych dla zdrowia pasożytów i bakterii).

Dodatkowo, rury wykonane z PVC lub PE charakteryzuje niższa przewodność cieplna w porównaniu do rur z PP. W związku z tym, trzeba by ich położyć więcej. To z kolei będzie się wiązało, poza wyższymi kosztami inwestycyjnymi, również wyższymi oporami przepływu powietrza. A wyższe opory przepływu powietrza to wyższe koszty eksploatacyjne związane z tłoczeniem powietrza od czerpni do nawiewników.

GWC-powietrzny-rurowy-tabelka

GWC GLIKOLOWY

GWC glikolowy jest wymiennikiem nie-powietrznym, wykorzystującym czynnik pośredniczący. Jest to roztwór glikolu w wodzie, najczęściej 30%.

W gruncie, na głębokości najczęściej 1,5 ÷ 2,0 m zakopana jest rurka z wodnym roztworem glikolu i podłączona do wymiennika ciepła typu glikol-powietrze. Wymiennik umieszcza się w pomieszczeniu technicznym przed rekuperatorem, od strony czerpni powietrza. Czasami rurki roztworu glikolu zakopywane są w pionowych odwiertach, takich jak dla pomp ciepła.

W okresie zimowym roztwór glikolu podnosi swoją temperaturę w kontakcie z otaczającym gruntem. Trafiając do wymiennika ciepła przed centralą wentylacyjną, oddaje swoje ciepło do powietrza wentylacyjnego. Podobnie dla okresu letniego, ochłodzony roztwór glikolu w gruncie pobiera ciepło z powietrza wentylacyjnego, tym samym obniżając jego temperaturę.

GWC glikolowy, w przeciwieństwie do wymienników powietrznych, może być montowany przy wysokim poziomie wód gruntowych, a nawet w ciekach wodnych, jeziorach czy stawach. Wymienniki glikolowe renomowanych producentów posiadają pełne dokumentacje wyrobu.

schemat_gwc_glikolowy
Uproszczony schemat GWC glikolowego

EKSPLOATACJA

W trakcie eksploatacji wymiennika trzeba mieć na uwadze konieczność czyszczenia modułu (wymiennika) GWC. Oprócz tego, również serwis lub ewentualną wymianę urządzeń obsługujących moduł GWC, jak na przykład pompki cyrkulacyjnej. W przypadku rozszczelnienia przewodów GWC niezbędne będzie ponowne uzupełnienie roztworu glikolu.

OGRANICZENIA W STOSOWANIU

GWC glikolowy charakteryzuje duża długość przewodów z roztworem glikolu, ponieważ wynosi ok. 200m dla typowego budynku jednorodzinnego. Pamiętajmy również, że przewód może ulec rozszczelnieniu, tym samym uwalniając wprost do środowiska 30% roztwór glikolu. W tym przypadku skuteczność wymiennika spada, a roztwór należy uzupełnić. Powietrze wentylacyjne nie jest uzdatniane bezpośrednio, a przez wymiennik ciepła.

GWC-glikolowy-tabela

GWC GLIKOLOWY CZY POWIETRZNY – W CO I KIEDY LEPIEJ ZAINWESTOWAĆ?

Praktycznie wszystkie dostępne na rynku gruntowe wymienniki ciepła podniosą temperaturę powietrza wentylacyjnego w okresie zimowym i obniżą w okresie letnim. Jednak ich efektywność, czyli skuteczność obróbki temperaturowej powietrza wentylacyjnego jest bardzo różna. Zależy ona od budowy (konstrukcji) wymiennika i charakteru pracy.

GWC glikolowy najlepiej (pod kątem efektywności) sprawdza się w gruntach o wysokim poziomie wód gruntowych, terenach bagnistych czy ciekach wodnych. Skuteczność zmiany temperatury powietrza nawiewanego będzie wtedy najwyższa dla tego rodzaju wymiennika. Wydaje się, że jest to również jedyny GWC, dla którego producenci dopuszczają pracę bezpośrednio w wodzie.

Jednak dla większości inwestycji, w których budynek będzie posadowiony powyżej stałego poziomu wód gruntowych, warto zwrócić uwagę na zalety, które dają wymienniki powietrzne, bezprzeponowe.

GWC bezprzeponowy PRO-VENT GEO, poza skuteczność obróbką temperaturową powietrza, pomaga optymalizować wilgotność powietrza w budynku. Krótko mówiąc, powietrze przepływające przez wymiennik może być w okresie zimowym dowilżane, a w okresie letnim osuszane.

Poza tym, cechą charakterystyczną GWC powietrznych bezprzeponowych jest również działanie antybakteryjne i antygrzybiczne. GWC PRO-VENT GEO był kilkakrotnie badany pod kątem wpływu jaki wywiera na bakterie i grzyby znajdujące się w powietrzu zewnętrznym.

Reasumując, wybór między dostępnymi rozwiązaniami powinien być podejmowany po przeanalizowaniu kilku kwestii. Po pierwsze, warunków wodno- gruntowych. Po drugie, powierzchni działki (dla wymiennika glikolowego). Wymienniki powietrzne można z powodzeniem montować pod budynkiem, oszczędzając miejsce na działce. Po trzecie, parametrów na które GWC może mieć wpływ, jak na przykład wilgotność, czy działanie antybakteryjne i antygrzybiczne.

gwc-provent-zielony-laczenie-plyt
GWC bezprzeponowy płytowy podczas montażu obok budynku.

GWC GLIKOLOWY I POWIETRZNY – KIEDY BĘDZIE EFEKTYWNY

Gruntowy wymiennik ciepła (GWC) to wyrób, który wykorzystuje płytką geotermię. Czyli praktycznie stałą roczną temperaturę gruntu lub wód podziemnych. Należy pamiętać, że temperatura gruntu stabilizuje się dopiero na głębokości poniżej ok. 7m. Temperatura gruntu na głębokości ok. 7m ÷ 8m ma niewielkie roczne wahania w granicach +8oC ÷ +10oC. Jednak na głębokości ok. 1,5m temperatura waha się znacznie, od ok. +2oC do +16oC w lecie.

gwc-temperatura-gruntu
Zależność temperatury gruntu na różnych głębokościach od miesiąca

Na głębokości 1m wahania temperatury gruntu są jeszcze widoczniejsze. Na wykresie poniżej przedstawiono średnie miesięczne wartości temperatury dla Opola dla 2018 roku. Najniższa temperatura występowała na przełomie luty – marzec i wynosiła +3oC. Najwyższa w sierpniu z wartością aż +21oC.

temperatura-gruntu-opole
Średnie temperatury gruntu na głębokości 1m w 2018 roku w Opolu.

Dlaczego o tym piszemy?

Dlatego aby pokazać Państwu, że o skuteczności GWC nie decyduje wyłącznie jego wielkość (długość), ale również taka konstrukcja która pozwala maksymalnie wykorzystać potencjał płytkich warstw gruntu.

Należy pamiętać, że GWC standardowo montowane są płytko, już na głębokościach od ok. 1m do 2m pod terenem. Jak pokazano powyżej temperatura gruntu na tych głębokościach nie jest stała. A żeby GWC pracował z najwyższą efektywnością, grunt w jego obszarze powinien mieć możliwie stałą temperaturę, zbliżoną do średniej rocznej temperatury powietrza.

Z czego wynika więc bardzo wysoka skuteczność niektórych rodzajów GWC?

Jeżeli konstrukcja wymiennika pozwala na wyniesienie głębszych izoterm gruntu do obszaru montażu GWC – wtedy możemy mówić o wysokiej skuteczności wymiennika. Innymi słowy, konstrukcja GWC musi symulować jego głębsze posadowienie, czyli tam gdzie panuje praktycznie stała temperatura gruntu w roku.

To głównie w tym miejscu pojawiają się znaczne różnice w skuteczności różnych rodzajów GWC. To również głównie dlatego panuje wiele opinii na temat GWC, również tych mniej pochlebnych. Gruntowy wymiennik ciepła będzie na tyle efektywny i skuteczny na ile ma konstrukcję symulującą głębsze posadowienie oraz odpowiednio (optymalnie) dobraną wielkość. W przeciwnym wypadku może okazać się nietrafioną inwestycją. Dlatego zawsze warto poradzić się renomowanych i doświadczonych producentów, a wtedy system rekuperacji z GWC spełni swoje zadania z nadwyżką.