Gruntowe wymienniki ciepła – czy warto?

Często do instalacji wentylacyjnej z rekuperatorem proponuje się gruntowy wymiennik ciepła. Co to za urządzenie i jakie zadanie ma spełniać? Czy warto zainwestować kilka tysięcy złotych?

Montaż wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła daje inwestorowi dodatkowe możliwości w zakresie wyposażenia domu w urządzenia, które poprawią klimat wewnętrzny latem, a przy tym będą dobrą alternatywą dla energochłonnej klimatyzacji. Do urządzeń tych zaliczamy jednostki chłodzące, działające na zasadzie pompy ciepła, jednak o niższej mocy, a także gruntowe wymienniki ciepła. Te drugie będą spełniały również swoje zadanie zimą wstępnie, ogrzewając zaciągane z zewnątrz powietrze.

Gruntowe wymienniki ciepła korzystają z energii zgromadzonej w ziemi, gdzie na głębokości ok. 2 m panuje stała temperatura zarówno w lecie, jak i w zimie. Krążące w rurach medium (powietrze lub glikol) transportuje energię do rekuperatora, gdzie oddaje ją do powietrza nawiewanego do budynku. W zależności od pory roku i ustawień rekuperatora, zaciągane powietrze ogrzewa się lub ochładza, poprawiając parametry pracy całego systemu wentylacyjnego. Efekt pracy gruntowego wymiennika ciepła można odczuć szczególnie w dobrze zaizolowanych domach energooszczędnych, bowiem w takich budynkach ilość energii potrzebnej do ogrzania jest niewielka. Ponadto ze względu na dobrą izolację dużo łatwiejsze będzie schłodzenie i utrzymanie komfortowej temperatury. Aby jednak tak się stało, dom powinien:

• posiadać dobrze zaizolowane fundamenty, ściany i dach;
• mieć możliwość odcięcia dopływu energii słonecznej do budynku przez duże przeszklenia (konieczność montażu rolet zewnętrznych);
• nie posiadać nawiewników okiennych i innych rozszczelnień w oknach.

Czego więc można oczekiwać od gruntowych wymienników ciepła w przypadku dobrze zaizolowanego domu?

Przede wszystkim utrzymania komfortowej temperatury w budynku latem, co szczególnie odczuwalne jest w dolnej kondygnacji domu z poddaszem użytkowym. Dzieje się tak nawet podczas wysokich upałów, pod warunkiem, że nie dopuści się do przegrzania wnętrza budynku przez np. szeroko otwarte okna czy drzwi tarasowe. Należy przyjąć, że gruntowy wymiennik ciepła zapewni nawiew świeżego powietrza o temperaturze 21-25^oC przy upałach na zewnątrz rzędu 28-32^oC.

Dodatkową zaletą gruntowego wymiennika ciepła jest również wstępne podgrzanie mroźnego powietrza zewnętrznego zimą. Przy wejściu do rekuperatora powietrze będzie miało wyższą temperaturę, co zapewni dodatkową ochronę antyzamrożeniową całego systemu i ograniczy częstotliwość włączania się nagrzewnicy wstępnej. To daje dodatkowe oszczędności. Przy bardzo niskiej temperaturze zewnętrznej wynoszącej np. -25^oC, powietrze wprowadzone do rekuperatora osiągnąć może temperaturę -10, a nawet -5^oC. Po dodatkowym wymianie energii w wymienniku rekuperatora ostateczna temperatura powietrza nawiewanego do pomieszczeń może wynieść 16-18^oC. Teraz systemowi grzewczemu pozostaje już tylko dogrzać powietrze o 2-4^oC w celu uzyskania żądanej temperatury.

Czego nie można wymagać od gruntowych wymienników ciepła?

Gruntowy wymiennik ciepła nie jest urządzeniem klimatyzacyjnym i nie posiada funkcji utrzymywania ustalonej temperatury. Nawiewane chłodniejsze powietrze jest mocno odczuwalne w pobliżu anemostatu, dalej szybko miesza się z powietrzem wewnątrz pomieszczenia, w związku z tym z anemostatu nigdy nie popłynie silny strumień chłodu, jak ma to miejsce w przypadku klimatyzatora, który niejednokrotnie nawiewa silny strumień powietrza o temperaturze zaledwie kilkunastu stopni.

Aby uzyskać skuteczniejsze chłodzenie za pomocą gruntowego wymiennika ciepła należy zwiększyć ilość powietrza nawiewanego do budynku. Nie może być ona maksymalna, gdyż praca w takim trybie spowoduje szybsze ogrzewanie rury wymiennika. Aby zachować skuteczną pracę urządzenia w całym okresie letnim należy pamiętać o dwóch zasadach.

Zasada 1

Aby uzyskać dłuższą żywotność i większa skuteczność wymiennika, system wentylacyjny powinien pracować z ograniczoną ilością powietrza w czasie najwyższych upałów, tj. w godzinach 10-18. We wczesnych godzinach rannych oraz po godz.18 warto zwiększyć intensywność wentylacji. W okresie niższych temperatur wymiennik powinien być wyłączony.

Odpowiednie ustawienie pracy urządzenia odbywa się poprzez panel sterowania rekuperatorem na podstawie temperatury zewnętrznej powietrza. System włącza wymiennik, gdy temperatura na zewnątrz przekracza zadaną wartość około 20-23^oC. Parametry ustawia instalator przy montażu.

Zasada 2

Jeśli przez okna (szczególnie połaciowe) wpada duża ilość energii słonecznej, ogrzewa wszystkie przedmioty, tak bardzo, że nie pomoże tu nawet najlepiej zaprojektowany gruntowy wymiennik.

Zanim zdecydujesz

Na skuteczną pracę gruntowego wymiennika ciepła ma wpływ nie tylko jakość urządzenia i zastosowanych materiałów w części zewnętrznej wymiennika, ale również:

• głębokość jego umieszczenia w gruncie;
• rodzaj gruntu, w jakim umieszczony jest wymiennik;
• ilość metrów bieżących rur i sposób ich ułożenia;
• rodzaj współpracującego z rurami urządzenia wentylacyjnego;
• odpowiednie zaizolowanie elementów zewnętrznych wymiennika idących wewnątrz pomieszczenia;
• szczelna izolacja kanałów wentylacyjnych chroniąca układ przed stratami energii.

Jeśli rury w gruncie zostaną umieszczone za płytko, czyli powyżej tzw. strefy przemarzania gruntu, na jego pracę wpływ będą miały zimowe mrozy oraz letnie upały: zimą rura będzie zamarzać i tracić sprawność, latem skuteczność wymiennika spadnie ze względu na ogrzewanie się gruntu wokół niego. Oczywiście oczywiście zbyt głębokie zakopania rur na niewiele się przyda – zarówno dwa, jak i cztery metry pod ziemią panują porównywalne warunki temperaturowe, dlatego istotne jest wykonanie optymalnej głębokości wykopu. Warto w tym temacie zasięgnąć opinii fachowego instalatora z doświadczeniem. Wymiennik umieszczony w gruncie gliniastym i wilgotnym będzie zawsze miał nieco większą sprawność i dłuższą żywotność niż wymiennik umieszczony w gruncie piaszczystym. Rodzaj gruntu powinien zostać uwzględniony już przy projektowaniu wymiennika oraz współpracującej z nim instalacji wentylacyjnej.