envelope redakcja@polskiinstalator.com.pl home ul. Wąski Jar 9
02-786 Warszawa

Advertisement











pykacz5Wraz z wyraźnym ociepleniem klimatu w naszym kraju wzrosło zapotrzebowanie na chłód w budownictwie. Standardem jest już klimatyzacja budynków zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej, a oszczędność energii w tej dziedzinie to istotny problem. W tym kontekście szczególnego znaczenia nabierają takie rozwiązania jak gruntowy wymiennik ciepła, które umożliwiają redukcję energii końcowej zużywanej przez klimatyzację oraz bezpośrednie wykorzystanie energii odnawialnej.

Stosowanie gruntowych wymienników ciepła (GWC) jest bardzo korzystne nie tylko ze względu na oszczędności energii spowodowane wymianą ciepła między powietrzem i gruntem. W wyniku ich działania poprawia się także efektywność działania innych urządzeń do oszczędzania energii, takich jak wymienniki płytowe oraz pompy ciepła typu powietrze-powietrze, które służą do odzyskiwania ciepła z powietrza wywiewanego. Ponadto, jak wykazały badania, gruntowe wymienniki ciepła obniżają stężenie bakterii i grzybów w powietrzu zewnętrznym, ale pod warunkiem, że są wykonane i eksploatowane zgodnie z zaleceniami producentów. Zasadę działania GWC oraz ich budowę przedstawię na przykładzie dwóch najczęściej stosowanych w naszym kraju wymienników: z bezpośrednim i z pośrednim kontaktem powietrza z gruntem. Wymienniki te mają Rekomendacje Techniczne Instytutu Techniki Budowlanej [2, 4].

pykacz1
1. Temperatura gruntu odpowiadająca różnym głębokościom położenia wymiennika ciepła [1]

Zasada działania gruntowego wymiennika ciepła

Zasada działania GWC, bez względu na jego budowę, jest taka sama i polega na wykorzystaniu zdolności akumulacyjnej gruntu oraz sezonowych zmian jego temperatury. Powietrze przepływa przez wymiennik i w zależności od pory roku albo pobiera, albo oddaje część ciepła do gruntu.
Temperatura wielkiego akumulatora ciepła, jakim jest grunt, nie jest wartością stałą, lecz zmienia się w ciągu roku. Przebieg tych zmian zależy od warunków klimatycznych, rodzaju gruntu oraz głębokości rozpatrywanej warstwy, przy czym amplitudy zmian temperatury są tym mniejsze, im warstwa gruntu jest dalej oddalona od poziomu zerowego (rys. 1) [1].
Zdolności akumulacyjne gruntu można wykorzystać do ogrzewania w okresach zimowym i przejściowym, kiedy temperatura gruntu jest wyższa od temperatury powietrza zewnętrznego. Analogicznie: w okresie letnim, gdy temperatura gruntu jest niższa od temperatury powietrza zewnętrznego, można wykorzystać grunt do częściowego ochłodzenia powietrza. W pozostałych okresach, które są stosunkowo krótkie w ciągu roku, gdy nie są spełnione powyższe warunki, przepływ powietrza przez gruntowy wymiennik ciepła nie powoduje oszczędności energii, lecz przeciwnie – może on stanowić źródło dodatkowych strat lub zysków ciepła. Uniknięcie tego zjawiska jest możliwe przez zasysanie powietrza zewnętrznego za pomocą innej czerpni i jego doprowadzanie do instalacji klimatyzacji z pominięciem gruntowego wymiennika ciepła. W bardziej zaawansowanych technicznie rozwiązaniach możliwe jest jednoczesne zasysanie powietrza z obu czerpni w ilości wynikającej z aktualnych wartości temperatury zewnętrznej i temperatury powietrza za wymiennikiem gruntowym.

pykacz2   pykacz4
2. Podstawowe elementy składowe wymiennika z bezpośrednim kontaktem powietrza zewnętrznego z gruntem [2] 4. Gruntowy wymiennik ciepła w obrysie fundamentów [2]
pykacz3
3. Przekrój przez gruntowy wymiennik ciepła [2]
pykacz5
5. Przekrój przez gruntowy wymiennik ciepła w obrysie fundamentów [2]

GWC z bezpośrednim kontaktem powietrza zewnętrznego z gruntem

Budowa. Wymiennik z bezpośrednim kontaktem powietrza zewnętrznego z gruntem składa się z następujących elementów (rys. 2):

  • czerpni naziemnej lub ściennej,
  • rury falistej dwuściennej,
  • kolektorów rozdzielającego i zbierającego,
  • płyt wymiennika,
  • klocków dystansowych,
  • ceowników,
  • siatki konstrukcyjnej [2].

Główne elementy wykonane są z polipropylenu (PP), przy czym do płyt z polipropylenu dodany jest antystatyk, eliminujący gromadzenie się ładunków na powierzchni wymiennika. Wymiennik jest budowlą ziemną, w której kontakt powietrza z gruntem jest bezprzeponowy, przez siatkę konstrukcyjną, stabilizującą położenie wymiennika na podsypce żwirowo-piaskowej. Siatka jest zgrzewana do klocków dystansowych, które z kolei są zgrzewane do płyt wymiennika. Siatka jest zakończona z obu stron ceownikami, do wnętrza których wkłada się krawędzie kolektora, stabilizując ich położenie.

Zasada działania. Powietrze zewnętrzne, zasysane przez czerpnię, dopływa rurą falistą do kolektora rozdzielającego, a potem przepływa przez kanał powietrzny wymiennika między płytą wymiennika i złożem żwirowo-piaskowym, w którym następuje wymiana ciepła między gruntem i powietrzem wentylacyjnym. Następnie powietrze to jest zasysane przez kolektor zbierający i rurą odprowadzającą transportowane do instalacji wentylacyjnej lub klimatyzacyjnej w budynku.

Posadowienie i izolacja. Wymiennik gruntowy jest posadowiony w ziemi na głębokości co najmniej 70 cm, przy czym od góry jest on zaizolowany dwiema warstwami styropianu o łącznej grubości co najmniej 15 cm, przykrytymi folią o grubości co najmniej 0,5 mm, chroniącą wymiennik przed zalaniem wodami opadowymi. Izolacja styropianowa wykracza poza obrys wymiennika o 2 m (rys. 3). W przypadku zastosowania wymiennika gruntowego w obrysie fundamentów budynku, rzędy płyt wymiennika są oddalone od siebie o co najmniej 0,3 m, pozioma odległość tych rzędów od zewnętrznych ścian fundamentowych jest nie mniejsza niż 1,5 m, a kolektora czerpnego – o 0,8 m (rys. 5). Jeśli ta ostatnia odległość jest większa niż 1,5 m, wtedy nie jest wymaganestosowanie izolacji styropianowej zewnętrznej, zgodnie z rys. 5.

pykacz6 pykacz7
   

 

Praca wymiennika i jej efekty. Powietrze wentylacyjne, przepływające przez GWC, jest wstępnie ogrzewane w okresie zimowym lub ochładzane w okresie letnim. Dla tej samej lokalizacji temperatura powietrza za wymiennikiem będzie się zmieniać w ciągu roku i będzie zależeć od warunków atmosferycznych panujących w danym roku. Na rys. 6 i 7 są pokazane wartości średniej miesięcznej temperatury zewnętrznej oraz średniej miesięcznej temperatury na wypływie z wymiennika, zmierzone w siedzibie producenta w latach 2006 i 2007 [2].

 Autor: Sławomir Pykacz

Więcej o pracy wymiennika i jej efektach, o GWC z pośrednim kontaktem powietrza zewnętrznego z gruntem oraz o bezpieczeństwie stosowania GWC można przeczytać w dalszej części artykułu w piątym numerze Polskiego Instalatora PI 5/16.

Zamów
wersję
drukowaną
PI 5/2016

 

Zamów
e-wydanie
PI 5/2016


 

pi