Jak działa gruntowy wymiennik ciepła i jak skuteczny jest GWC?

Ciepło rozprowadzane w domu w ramach systemu ogrzewania nie musi pochodzić z nieodnawialnych źródeł, na przykład ze spalania węgla kamiennego czy drewna. Można czerpać je ze źródeł odnawialnych, do czego służy m.in. gruntowy wymiennik ciepła. Sprawdź, czym on właściwie jest i jakie funkcje spełnia. Kiedy opłaca się zamontować w swoim domu takie urządzenie? Jak wybrać gruntowy wymiennik ciepła w celu usprawnienia działania wentylacji mechanicznej i rekuperacji? Odpowiadamy!

Czym jest gruntowy wymiennik ciepła?

Co to jest GWC? Gruntowy wymiennik ciepła lub wymiennik gruntowy to urządzenie wspomagające system wentylacji mechanicznej w budynku. Jego zadaniem jest podnoszenie lub obniżanie temperatury świeżego powietrza doprowadzonego do jego wnętrza. Innymi słowy – ma ono zwiększyć efektywność energetyczną systemu rekuperacji.

Urządzenie zapobiega powstawaniu różnic temperatur w procesie wentylowania budynku, przez co podnosi komfort cieplny w jego pomieszczeniach. Ponadto chroni przed stratami energii, gdyż wychłodzenie powietrza w domu oznacza potrzebę jego ogrzania.

Gdy temperatura powietrza jest niższa niż gruntu, przepływające przez gruntowy wymiennik ciepła powietrze zostaje ogrzane. Zimą warunki te są spełnione dość często, dlatego zastosowanie GWC pod domem daje ogromne korzyści energetyczne. Zastosowanie GWC niesie za sobą korzyści także latem. Zanim powietrze trafi do domu, jest chłodzone – jego temperatura jest w stanie spaść o ponad 10 stopni Celsjusza, co ma niebagatelne znaczenie podczas upałów.

Warto podkreślić również, że gruntowy wymiennik ciepła wykorzystuje właściwości cieplne gruntu, dokładnie – geotermalną energię ziemi, zaliczaną do kategorii energii odnawialnych. Urządzenie działa na zasadzie wymiany ciepła z gruntu, który gromadzi energię termiczną i dobrze akumuluje ciepło, także to pochłaniane z promieniowania słonecznego, konwekcji i opadów. Wahania gruntu są niższe i zachodzą wolniej.

Na czym polega rekuperacja? Jak działa rekuperator?

Jak działa gruntowy wymiennik ciepła?

Gruntowy wymiennik ciepła odgrywa dwie role: wstępnie podgrzewa powietrze zimą oraz schładza je latem. Gdy temperatura na zewnątrz spada poniżej 0 stopni Celsjusza, zimne powietrze, zanim trafi do rekuperatora, przepływa przez GWC, gdzie jest podgrzewane. Wchodzące do domu może mieć temperaturę podobną do tej panującej w środku. Co więcej, powietrze z gruntowego wymiennika ciepła jest dodatkowo nawilżane.

Latem urządzenie pełni dokładnie odwrotną funkcję, czyli ochładza (nawet o kilkanaście stopni) powietrze przechodzące przez dane złoże. W tym celu wykorzystywana jest darmowa energia skumulowana w gruncie. Podobnie jak zimą, powietrze ma odpowiednią wilgotność.

Jakie są rodzaje gruntowych wymienników ciepła?

W sprzedaży znajdują się różne typy gruntowych wymienników ciepła. Rodzaje GWC można wyszczególnić, biorąc pod uwagę sposób wymiany ciepła. Pod tym względem wyróżnia się:

• GWC rurowy (przeponowy) – stosowany w niewielkich instalacjach wentylacyjnych. Strumień powietrza w gruntowym wymienniku ciepła rurowym zazwyczaj rozdzielany jest na kilka rurociągów, które ponownie łączą się na końcu wymiennika, co służy zwiększeniu powierzchni wymiany ciepła;
• GWC płytowy (bezprzeponowy) – ułożone w rzędach płyty z tworzywa sztucznego tworzą przestrzeń do bezpośredniej wymiany ciepła między przepływającym powietrzem i podłożem;
• GWC żwirowy (bezprzeponowy) – ma bezpośredni kontakt ze żwirem lub kruszywem o dużej granulacji. Z takimi nośnikami gruntowy wymiennik ciepła żwirowy wymienia energię.

Medium transportującym energię w gruntowym wymienniku ciepła mogą być powietrze lub glikol polietylenowy.

Przeponowe i bezprzewodowe gruntowe wymienniki ciepła mogą mieć przeponę, czyli warstwę rozdzielającą. Jeśli jest ona elementem GWC, wówczas powietrze nie styka się bezpośrednio z gruntem. To dobre rozwiązanie w przypadku montażu GPW na mniejszych głębokościach, a także wszędzie tam, gdzie występuje wysoki poziom wód gruntowych.

Bezprzeponowe wymienniki gruntowe ciepła mają bezpośredni kontakt z warstwą gruntu. Mogą to być wymienniki płytowe, żwirowe oraz grzebieniowe. Głębokość ich montażu w zależności od wybranego rodzaju wymiennika wynosi od 50 do 200 cm.

Jakie ogrzewanie podłogowe najlepiej wybrać?

Jak prawidłowo dobrać gruntowy wymiennik ciepła?

GWC to idealne rozwiązanie dla tych osób, które chcą zredukować koszty ogrzewania domu, jak również te związane z potrzebą chłodzenia budynku. Biorąc pod uwagę, że powietrze dzięki temu urządzeniu jest dodatkowo dowilżane, sprawdzi się ono w domach, gdzie żyją alergicy, astmatycy czy małe dzieci.

Zanim jednak GWC zacznie działać i przynosić określone korzyści domownikom, musisz wybrać odpowiednie urządzenie. Sprawdź, jak poprawnie dobrać gruntowy wymiennik ciepła. Jakie rury zastosować i jak go montować?

Jeśli planujemy wprowadzenie systemu GWC, w pierwszej kolejności należy ocenić jego wielkość, ta uzależniona jest zaś od kilku czynników.

• Wielkość budynku i jego rodzaj – należy ocenić objętość budynku, rodzaj użytkowania i liczbę pomieszczeń. Na tej podstawie określa się wymaganą wydajność urządzenia Q w [m³/h].
• Strefa klimatyczna w Polsce – Polska podzielona jest na 5 stref klimatycznych, które definiują wartość temperatury zewnętrznej. Dobierając długość wymiennika, należy uwzględnić zarówno minimalny zakres temperatury w zimie, jak i maksymalny latem. 
• Rodzaj gruntu – każdy grunt ma przypisany współczynnik przewodności cieplnej. Określa on czas, w jakim dany grunt jest w stanie oddać lub przejąć ciepło z otoczenia. W zależności od rodzaju gruntu wybiera się wielkość wymiennika.
• Tryb eksploatacji GWC – parametr określa sposób użytkowania wymiennika. Musimy zdecydować, czy urządzenie będzie eksploatowane przez cały rok, czy np. tylko w lecie. Odpowiednie przemyślenie tej kwestii pozwoli uniknąć przewymiarowania instalacji.
• Rodzaj materiału stosowanego do budowy rurowego GWC – największy wpływ na wydajność instalacji ma współczynnik przewodności cieplnej poszczególnych materiałów, dlatego ich dobór musi być przemyślany.

Często stosowany rurowy gruntowy wymiennik ciepła to rodzaj kanału powietrznego, jaki powinien być zakopany w wykopie o głębokości co najmniej 120–140 cm pod poziomem terenu. Rury stanowiące najważniejszy element GWC mogą być wykonane z:

• PVC – polichlorku winylu,
• PP – polipropylenu,
• PE – polietylenu.

Specjalne systemy rur polipropylenowych i polietylenowych wykańcza się obecnie od wewnątrz warstwą antybakteryjną, co poprawia zdecydowanie jakość powietrza, jakie transportowane jest do wnętrz.

Wymienniki rurowe wymagają odprowadzania skroplin i stosowania wymiennych filtrów powietrza, nie ma za to znaczenia, jaki jest poziom wód gruntowych na działce. Takie urządzenia mogą być montowane pod obiektem.

Z kolei wymienniki bezprzeponowe, wykorzystujące żwir lub inne kruszywo, powinny być umieszczane w wykopach o głębokości od około 50 cm do nawet 2 metrów i szerokości od 2,5 do 3 m. Wybór żwirowego GWC jest zalecany, jeśli w danym miejscu na Twojej działce nie dochodzi do okresowego podwyższania się poziomu wody gruntowej. Wymagać będzie on również okresowej regeneracji złoża i montażu wentylatorów.

Gruntowy grzebieniowy wymiennik ciepła to wybór dla osób, które wymagają ciągłej pracy takiego urządzenia. Nie trzeba przy nim stosować wentylatorów, filtrów powietrza czy systemów odprowadzania skroplin. Jest odporny na ściskanie i ma niską grubość konstrukcji bezprzeponowej. Łączy zalety przypisywane wymiennikom żwirowym i płytowym.

Kiedy warto zastosować bufor cieplny w domu jednorodzinnym?

Jak zrobić gruntowy wymiennik ciepła samodzielnie? DIY

Jeśli już wiemy, czym jest gruntowy wymiennik ciepła i jaką funkcję spełnia, możemy pokusić się o to, by zrobić go samodzielnie. Jest to w miarę proste urządzenie – a właściwie dziura w ziemi, którą odpowiednio przygotowujemy i wypełniamy żwirem. 

W pierwszej kolejności należy więc wybrać miejsce do wykonania prac ziemnych pod wymiennik gruntowy. Powinien on znajdować się w pobliżu budynku, co pozwoli na zminimalizowanie oporów powietrza.

Należy pamiętać, aby wymiennik umieścić minimum 20 cm poniżej głębokości jego przemarzania. Najlepsze efekty daje usadowienie urządzenia 4-5 m poniżej gruntu. Aby podnieść energetyczną sprawność GWC, warto położyć nad nim około 30 cm warstwy izolacji termicznej.

Jeśli Twoja działka jest położona na terenach charakteryzujących się wysokim poziomem wód gruntowych, dobrym pomysłem będzie wybranie GWC rurowego. W przeciwnym wypadku możesz przy sprzyjających warunkach gruntowo-wodnych wykonać żwirowy wymiennik ciepła. Umieść żwir, najlepiej otoczaki, a nie kruszywo, w wilgotnym, gliniastym gruncie, ponieważ tam ciepło najlepiej się rozchodzi. Grunt tego rodzaju lepiej przewodzi ciepło w porównaniu z gruntem suchym i piaszczystym.

Złoże żwirowe powinno być zabezpieczone od góry warstwą izolacyjną, np. z twardego styropianu o grubości 10-12 cm. Ustabilizuje on temperaturę w gruntowym wymienniku ciepła. Po bokach żwiru zaleca się wykonanie studzienek chłonnych – można je wywiercić wiertnicą ogrodniczą po obu stronach złoża żwirowego. To element zabezpieczający przed zalaniem złoża w okresie intensywnych i długotrwałych opadów deszczu.

Pod warstwą żwirowego GWC należy położyć piasek o grubości 5 cm, dobrze ubity, a następnie siatkę ogrodową o oczkach wielkości 15 × 15 cm. Na to kładzie się geowłókninę, którą rozwijasz dookoła boków wykopu. Wzdłuż dłuższych brzegów wykopu należy ułożyć dwie rury, które będą odpowiadać za doprowadzanie i zbieranie powietrza. Powinny być ułożone równolegle względem siebie w odległości około 2,5 metra.

Rurę doprowadzającą połącz z czerpnią terenową, a rurę zbierającą do domu, bezpośrednio do rekuperatora. Połączenie to musi być dobrze zaizolowane przed przemarzaniem.

Co warto wiedzieć o ocieplaniu fundamentów domu?

W jakich sytuacjach montaż GWC nie jest możliwy?

Okazuje się, że montaż GWC nie zawsze jest możliwy. Jeden z takich przypadków dotyczy rozmiarów działki budowlanej – jeśli są one niewystarczające, gruntowy zamiennik ciepła nie zostanie zamontowany. Aby dało się to zrobić, teren musi mieć przynajmniej 10 × 20 metrów. 

Niebagatelne znaczenie ma także rodzaj gleby, która wpływa na efektywność instalacji. Ziemia nie może być piaszczysta, gliniasta ani zbyt jałowa – najlepiej, gdy jest dość wilgotna. W miejscu, gdzie będzie poprowadzona instalacja, nie mogą być wykonywane prace fundamentowe. Jeśli jest inaczej, z montażem GWC trzeba będzie poczekać aż do ich zakończenia.

Ile kosztuje gruntowy wymiennik ciepła?

Koszt budowy gruntowego wymiennika ciepła jest różny i zależy od wielu czynników. Między innymi od tego, jakie urządzenie chcesz zamontować u siebie na działce. Cena za żwir czy rury niezbędne do tego celu nie jest wygórowana.

Można sporo zaoszczędzić, jeśli gruntowy wymiennik ciepła wykonasz samodzielnie. Koszt takiej inwestycji w przypadku domu jednorodzinnego może wynieść od 2 do nawet 12 tys. zł, w zależności od wykorzystanych materiałów, stopnia skomplikowania i wkładu własnej pracy.

Nie da się ukryć, że górna granica przedziału cenowego jest bardzo wysoka. Oczywiście inwestycja prędzej czy później się nam zwróci, a zwrot ten zaobserwujemy w postaci niższych rachunków za ogrzewanie i klimatyzowanie budynku. Dlatego warto jest zainwestować w gruntowy wymiennik ciepła. Dzięki szerokiej ofercie różnych firm zajmujących się wykonaniem GWC będziemy mogli wybrać takie urządzenie, które będzie optymalne pod względem cenowym.

Ile można zaoszczędzić, stosując gruntowy wymiennik ciepła?

Oszczędności na ogrzewaniu i zwiększenie skuteczności rekuperacji to główne cele instalacji gruntowego wymiennika ciepła. Czy rzeczywiście opłaca się w niego zainwestować? Oszczędność na GWC zależy od wielu czynników, m.in. od:

• typu gruntowego wymiennika ciepła;
• kosztów użytkowania – ewentualnych wentylatorów i filtrów, które okresowo trzeba wymienić;
• temperatur występujących na terenie, na którym montowany jest gruntowy wymiennik ciepła.

Obliczenia wskazują, że największą wydajność można zauważyć w przypadku znacznych różnic temperaturowych. Zazwyczaj w odniesieniu do gruntowych wymienników ciepła kalkulatory wydatków na energię wskazują, że można uzyskać roczne oszczędności na poziomie od 1 do 4 tys. zł.

Wraz ze wzrostem cen materiałów opałowych i energii jako takiej oszczędności mogą wzrosnąć. Można oszacować, że koszty poniesione w związku z inwestycją w gruntowy wymiennik ciepła zwracają się już po kilku latach korzystania z niego.

Czy gruntowy wymiennik ciepła stanowi alternatywę dla innych źródeł ciepła?

Gruntowy wymiennik ciepła podczas zimy jest doskonałym uzupełnieniem systemu grzewczego, ale nigdy go nie zastąpi. Mimo że urządzenie jest w stanie podnieść temperaturę powietrza, to nie do takiej, jaka jest dla nas optymalna w okresie zimowym. Nie można więc traktować go jako całkowitej alternatywy dla systemu ogrzewania. Można jednak dzięki niemu zwiększyć sprawność innych systemów.

Przypuśćmy, że na zewnątrz jest -5 stopni Celsjusza, wtedy GWC podnosi temperaturę do ok. 15 stopni Celsjusza przy nawiewaniu powietrza do wnętrz. To o kilka stopni za mało, aby zapewnić korzystne warunki do życia. 

Czy fotowoltaika opłaca się w 2022 roku?

Dlaczego warto montować gruntowy wymiennik ciepła?

Wiesz już, czym jest i jak tworzy się gruntowy wymiennik ciepła. Czy warto go wykonać? Możesz odnieść określone korzyści finansowe z tego tytułu. Już samo to powinno Cię skłonić do rozważenia możliwości montażu gruntowego wymiennika. Opinie na jego temat pozwolą Ci sprawdzić, jak w praktyce funkcjonuje GWC i czy jego użytkownicy są zadowoleni, że dokonali jego instalacji u siebie na działce.

Gruntowy wymiennik ciepła warto zamontować z kilku powodów:

• zapobiega szronieniu wymiennika do odzysku ciepła w rekuperatorze (w okresie zimowym);
• eliminuje konieczność montowania nagrzewnicy wstępnej, a tym samym koszty eksploatacyjne związane z jej pracą (w okresie zimowym);
• brak potrzeby dogrzewania powietrza nawiewanego (w okresie zimowym);
• darmowe chłodzenie budynku powietrzem pochodzącym z wentylacji (w okresie letnim);
• redukcja stężenia bakterii i grzybów w powietrzu z zewnątrz. 

Jakie są wady i zalety gruntowych wymienników ciepła?

Dla ułatwienia Ci wyboru tego, czy zamontować gruntowy wymiennik ciepła, czy też jednak zrezygnować z niego, przedstawiamy tabelę prezentującą wady i zalety takiego rozwiązania. Niestety, nie jest tak, że ma ono tylko korzyści, które zostały już wskazane powyżej. Gruntowy wymiennik ciepła co prawda ma nieznaczne wady, ale nie jest ich pozbawiony. 

Gruntowe wymienniki ciepła mają zdecydowanie więcej zalet niż wad, co świadczy o tym, że jest to naprawdę dobre rozwiązanie pomimo konieczności poniesienia w związku z nim pewnych dodatkowych kosztów.