Inteligentny Dom , Inteligentny Budynek eHouse – Wykorzystanie GWC do odzysku darmowej energii ziemi.

Gruntowy wymiennik ciepła jest powszechnie znanym elementem instalacji wentylacyjnej czy rekuperacyjnej. Polega on na umieszczeniu głęboko pod ziemią (minimum 1.5m) wymiennika ciepła w postaci rury o dużym przekroju (np 200mm) lub złóż żwirowych.
Idea pracy gruntowego wymiennika ciepła polega na wykorzystaniu energii ziemi do studzenia powietrza dla potrzeb wentylacji mechanicznej latem (o kilka-kilkanaście stopni) oraz ogrzanie go zimą o podobną wartość. Czyste powietrze przechodzące przez gruntowy wymiennik ciepła wykorzystuje energię gruntu zmniejszając nakłady na dodatkowe ogrzewanie i chłodzenie tego powietrza, pomimo zapewnienia wymuszonej wentylacji mechanicznej zapewniającej dopływ świeżego powietrza z zewnątrz.
Powietrze to jest ogrzewane (zimą) w dwóch lub więcej krokach przed nadmuchem do pomieszczeń:

• przejście przez gruntowy wymiennik ciepła powoduje że jego temperatura wzrasta maksymalnie o kilkanaście stopni, przy dużych mrozach (-20st) rzadko spada poniżej 0C na wyjściu GWC i prawie nie zależy od temperatury zewnętrznej.
• wstępne, dodatkowe podgrzanie powietrza przez studnie wodną lub kolektory słoneczne o kolejne kilka do kilkunastu stopni przed wejściem do rekuperatora
• ogrzewanie przez wymiennik ciepła w rekuperatorze. Wymiennik ciepła w rekuperatorze może być dowolnego typu (krzyżowy, rotacyjny, przeciwsobny). Działa on na zasadzie ogrzewania czystego i zimnego powietrza nawiewanego z zewnątrz poprzez brudne i ciepłe wywiewane z domu.
• ogrzewanie powietrza do wymaganej wartości grzałką elektryczną lub nagrzewnicą wodną przed podaniem powietrza do domu. W zależności od typu rekuperatora na jego wyjściu występuje grzałka z automatyka, która dogrzewa powietrze czyste do zaprogramowanej wartości temperatury pokojowej – nawiewanej do pomieszczeń.
• Dodatkowa zewnętrzna nagrzewnica wodna za wyjściem rekuperatora – przy zastosowaniu ogrzewania wentylacyjnego (nadmuchowego)

Biorąc pod uwagę instalację gruntowego wymiennika ciepła od razu musimy się zdecydować na wentylację mechaniczną lub rekuperację. Typ GWC należy także przemyśleć biorąc pod uwagę nie tylko koszty ale i charakterystyczne cechy każdego z nich.

Wymiennik rurowy

wymaga zakopania długiej (powyżej 50m) rury na głębokości co najmniej 1.5 metra. Rura musi być ułożona ze spadkiem aby zapewnić możliwość skraplania się rosy do jednego miejsca (studzienki rewizyjnej w czerpni powietrza). Woda ta musi być co jakiś czas wybierana ręcznie lub automatycznie. Aby wykonać taki wymiennik w niektórych przypadkach konieczne jest wykonanie bardzo dużych prac ziemnych koparką rozkopując znaczną część działki.
W przypadku domów podpiwniczonych można rozważyć ułożenie rury wokół fundamentu piwnicy (co najmniej metr od niego) co znacznie ograniczy roboty ziemne i rozkopywanie dużego fragmentu działki. Należy pamiętać że ziemia o ile nie zostanie zagęszczona będzie osiadać bardzo powoli i nierówno, zostawiając ślad przez długie lata.
Niektórzy producenci rurowych gruntowych wymienników ciepła sprzedają gotowe systemy rur z atestami przeciwgrzybicznymi, sanitarnymi itd. Dodatkowo podobno posiadają lepsze parametry wymiany ciepła między powietrzem a powierzchnią rury. Są one jednak wielokrotnie droższe od standardowych rur kanalizacyjnych o tej samej średnicy, co powoduje bardzo częste korzystanie z alternatywnych rozwiązań.
W przypadku wymiennika rurowego należy też brać pod uwagę fakt, że nie ma możliwości oczyszczenia czy umycia kilkudziesięciometrowej rury w jednym kawałku, znajdującej się kilka metrów pod ziemią. W tym kontekście trudno jest określić co się z nią będzie działo i jak będzie wyglądała za kilka czy kilkanaście lat. Trudno jest też określić czy nie stanie się ona siedliskiem grzybów, pleśni, chorób i alergii w przyszłości.
Sprawność gruntowego wymiennika ciepła tego typu zależy przede wszystkim od głębokości posadowienia rury, jej długości, rodzaju ziemi oraz poziomu wód gruntowych.

Gruntowy Wymiennik Ciepła i filtr żwirowy

Kolejną opcją gruntowego wymiennika ciepła jest tak zwany filtr żwirowy. Polega on na tym że wykonujemy głęboko w ziemi duży dół uszczelniając i izolując go folią od ziemi rodzimej. Dół ten zasypujemy żwirem (w objętości do 10m3) przepuszczając przez niego powietrze przed wejściem do rekuperatora. Aby wykonać GWC tym sposobem, konieczny jest niski poziom wód gruntowych przez cały rok, znacznie poniżej spodu GWC. Filtry żwirowe wyposaża się również w zraszacze umożliwiające okresowe spłukanie pokładów żwiru. Filtr ten nie wymaga przekopania całej działki i może być zainstalowany na znacznie mniejszej powierzchni. Problemem w przypadku filtrów żwirowych jest konieczność jego regeneracji (praca na 1/2 etatu). Wymaga to wykonania 2 takich samych filtrów i przełączania ich co kilka godzin pracy.
Podobnie jak w przypadku rurowych wymienników ciepła istnieje możliwość wytworzenia się grzybów, pleśni, porostów i alergenów w pokładach żwiru.
W przypadku filtrów żwirowych teoretycznie istnieje możliwość wymiany złoża żwiru, jednak jest to operacja bardzo kosztowna i raczej nieopłacalna w domach jednorodzinnych. Rozwiązania takie są praktykowane w obiektach szpitalnych czy sanatoryjnych, gdzie występują dodatkowe wymagania sanitarne i filtry te posiadają specjalną konstrukcję umożliwiającą i upraszczającą wymianę pokładu żwiru.

Wady i zalety gruntowych wymienników ciepła:

• odzysk darmowej energii w okresie zimy (grzanie) i lata (chłodzenie)
• duży koszt instalacji
• duży nakład prac ziemnych
• praktycznie brak możliwości czyszczenia czy konserwacji
• możliwość rozwoju grzybów, pleśni, alergenów w środowisku GWC
• konieczność stosowania automatyki zarządzającej GWC aby uzyskać efektywną i wydają pracę poprzez sterowanie przepustnicami, urządzeniami wspomagającymi, sterowanie kotłownią i zintegrowanym systemem centralnego ogrzewania ekologicznego
• spadek ciśnienia uniemożliwiający rekuperatorom normalną pracę gdyż wytwarza się podciśnienie w domu (efektywny wywiew jest mocniejszy niż nawiew). Straty powodujące konieczność stosowania wentylatorów wspomagających GWC i dodatkowego zużycia energii elektrycznej.

Aby efektywnie wykorzystać GWC konieczne jest optymalne sterowanie pracą GWC przez sterownik ogrzewania i wentylacji element systemu eHouse – Inteligentny Dom, Inteligentny Budynek i automatyka domu.

Alternatywą dla GWC na niektórych działkach, może być studnia chłodząca latem i ogrzewająca zimą.