Strona główna

Gruntowy wymiennik ciepła a klimatyzacja domu

W ostatnich 10 latach wydatki na energię w przeciętnych polskich gospodarstwach domowych zwiększyły się o 250% (z 4,3 do 10,7%). Zmusza to do poszukiwań i wykorzystania energii ze źródeł odnawialnych. Jednym z takich źródeł jest grunt na niewielkiej głębokości.

Prognozy i ogólnoświatowe trendy wskazują, iż w najbliższych latach, a i w dalszej przyszłości należy się liczyć jeszcze z silniejszym wzrostem kosztów energii. Mając to na względzie trzeba dać pierwszeństwo wszystkim systemom oszczędzającym energię i obniżającym koszty jej wytwarzania.

Zawsze zastanawiamy się nad tym jak tanio i dobrze ogrzać dom zimą i zapominamy o problemie przegrzewania się pomieszczeń latem. Konieczność schładzania powietrza latem dla zapewnienia odpowiedniego komfortu jest tak samo ważne jak i ogrzewanie zimą. Zawsze koszty związane z tradycyjną klimatyzacją są bardzo wysokie i nieraz przewyższają koszty ogrzania powietrza zimą. Często słyszymy o kłopotach energetycznych latem w krajach, których tradycyjna klimatyzacja jest bardzo popularna i często stosowana (np. Hiszpania, Włochy, Japonia, USA).

Gruntowe wymienniki ciepła są urządzeniami tanimi w wykonaniu a koszty eksploatacji są 20 razy niższe od kosztów ponoszonych przy wytwarzaniu energii w sposób tradycyjny. Ponosimy tylko koszty przesyłu powietrza przez złoże a nie na jego ogrzanie lub ochłodzenie.

Dobierając wielkość gruntowego wymiennika ciepła do systemu wentylacji z rekuperacją jako parametr końcowy określamy ilość powietrza i jego temperaturę na wyjściu z wymiennika. Dobrze dobrany i zaprojektowany GWC może zapewnić w upalne dni znaczne ochłodzenie powietrza nawiewanego do budynku. Gruntowe wymienniki w oparciu o złoże żwiru zapewniają latem temperaturę powietrza nawiewanego do pomieszczeń na poziomie 16 - 18°C. Gdy chcemy, aby w przegrzanych pomieszczeniach było nie więcej niż 24°C należy wprowadzić za pośrednictwem systemu wentylacji mechanicznej ilość powietrza wg wzoru:

 

                                           V = Qw ∕ (ΔT·1,26)

 

V     – ilość powietrza nawiewanego w m³/h
Qw   – zyski ciepła wewnętrznego w kW
ΔT   – różnica temperatur w °C
1,26 – współczynnik (ciepło wł.* ciężar wł.)
 
Przykład:
Dom o kubaturze około 400 m³/h i zyskach ciepła wewnętrznego od ludzi i sprzętów w klimatyzowanych pomieszczeniach Qw = 2kW i różnicą temperatury pomiędzy powietrzem nawiewanym 17°C a temperaturą wewnętrzną, jaką chcemy uzyskać 24°C, czyli ΔT = 7°C.
 
                    V = 2[kW]  ∕ ( 7[°C] · 1,26) = 0,227[m³/s] = 817,2 [m³/h]
 
Wartość strumienia, którą otrzymaliśmy V = 817,2 m³/h to ilość niezbędnego powietrza, jaką należy wprowadzić do pomieszczeń aby je skutecznie ochłodzić. Dla domu z przykładu o kubaturze 400 m³ daje to ponad dwie wymiany powietrza na godzinę.
 
Wymiennik żwirowy.
Taką skuteczność i wartość strumienia powietrza nawiewanego do budynku przy niskich kosztach wykonania daje tylko gruntowy wymiennik ciepła w oparciu o złoże żwiru.
 
                                           V = P · v
 
V - ilość powietrza nawiewanego w m³/h
P - pole przekroju przepływu powietrza w m² ( dla wymienników żwirowych pole to stanowi 5-7% przekroju całego złoża żwiru – suma pól kanalików między kamykami)
v - prędkość przepływu powietrza w m/s
 
Przykład:
Budowane przez naszą firmę GWC żwirowe dla domów o kubaturze 400 m³ mają wielkość 6m długości, 1,5m szerokości i 1,3m głębokości. Daje to pole przekroju wymiennika (6m x 1,3m) 7,8m². Pole przekroju kanalików dla podanego wymiennika żwirowego P = 7,8m² x 6% = 0,468m². Prędkość powietrza przez żwir ze względu na duże pole przekroju i opory wynosi max 0,5m/s.
 
                    V = 0,468 [m²] · 0,5 [m/s] = 0,234 [m³/s] = 842,4 [m³/h]
 
Jak widać wykonywane przez naszą firmę gruntowe wymienniki ciepła uzyskują parametry które mogą zapewnić żądany komfort powietrza pod względem temperatur jak i wilgotności.
 
Wymiennik rurowy.
Obliczenia wykonajmy dla najczęściej proponowanej średnicy rury tj. 200mm. Pole przekroju takiej wersji wymiennika to P = 0,03m². Prędkość przepływu powietrza przez wnętrze rury to zazwyczaj ok. 3m/s (nie wolno zwiększyć tej prędkości, bo nie zdąży się nic stać z powietrzem nawiewanym).
 
                    V = 0,03 [m²] · 3 [m/s] = 0,09 [m³/s] = 324 [m³/h]
 
Ta wartość strumienia powietrza nie jest wstanie zapewnić wymaganego komfortu temperaturowego w klimatyzowanym domu o kubaturze 400m³. Aby uzyskać lepszy wynik musimy zwiększyć wartość któregoś z parametrów. Prędkości nie wolno nam już zwiększać, więc pozostaje średnica rury. Dla rury o średnicy 315 mm (0,078m²) i prędkości przepływu 3m/s uzyskamy:
            
                    V = 0,078 [m²] · 3[m/s] = 0,234[m³/s] = 842,4 [m³/h]
 
W przypadku GWC rurowego uzyskanie takich samych parametrów wydajności jak w wymienniku żwirowym otrzymano dopiero przy zastosowaniu rury o średnicy 315mm.

GWC wykonane w ten sposób byłoby bardzo drogie i zupełnie ekonomicznie nieuzasadnione.