Gruntowy wymiennik ciepła (GWC). Grzeje zimą, chłodzi latem

Gruntowy wymiennik ciepła (GWC) to stosunkowo prosta instalacja umożliwiająca przede wszystkim wstępne ogrzewanie powietrza wentylacyjnego zimą. Latem można ją wykorzystywać do jego chłodzenia. Najważniejsze, że za potrzebną do tego energię nie trzeba płacić.
Temperatura gruntu na głębokości 1,5 m wynosi w Polsce od kilku stopni Celsjusza powyżej zera w lutym do kilkunastu w sierpniu, a na głębokości 10 m oscyluje wokół 10°C przez cały rok. Kierując tamtędy powietrze, można wykorzystać sporo darmowej energii – przepływające tamtędy zimne powietrze będzie się ogrzewać, a gorące ulegnie schłodzeniu.

Grunt, zwłaszcza wilgotny, akumuluje bardzo dużo energii, więc mimo ogrzewania lub chłodzenia mającego z nim kontakt powietrza jego temperatura przez długi czas zanadto się nie zmienia. Poza tym energię wciąż uzupełnia pod ziemią woda pochodząca z opadów atmosferycznych, która jest nośnikiem energii słonecznej. A latem woda znakomicie odbiera energię od gorącego powietrza i rozprasza ją w gruncie.

Dwa rodzaje gruntowych wymienników ciepła
Powszechnie stosowane są dwa rodzaje GWC. Najpopularniejsze są przeponowe GWC zbudowane z rur zakopanych w ziemi. Są też bezprzeponowe, z odpowiednio przygotowanych warstw gruntu, przede wszystkim żwiru, z którym powietrze ma bezpośredni kontakt.

• GWC rurowy dla domu jednorodzinnego można wykonać z jednej rury długości 30-50 m, średnicy 180-200 mm. Zakopuje się ją w ziemi na głębokości 1,2-1,5 m ze spadkiem umożliwiającym odpływ wody, która się wykrapla z powietrza mającego kontakt z chłodnymi ściankami rury. Najtańsze spośród nadających się do takiego zastosowania są cienkościenne rury kanalizacyjne z PCW, lepsze są jednak rury polietylenowe lub polipropylenowe przeznaczone do budowy GWC. Lepiej przewodzą ciepło, więc wykonany z nich wymiennik może być mniejszy niż odpowiadający mu wydajnością taki z rur kanalizacyjnych. Dzięki temu mniej energii pochłania tłoczenie powietrza. Zaletą rur przeznaczonych specjalnie do GWC jest też wewnętrzna warstwa antybakteryjna, a poważna wadą – wysoka cena.
• Wymiennik bezprzeponowy to umieszczony w prostokątnym wykopie płukany żwir z kamieni o średnicy 2-5 cm. Długości boków wykopu wynoszą mniej więcej 3-4 m, a głębokość 80 cm. Wzdłuż dwóch przeciwległych boków wykopu układa się rury drenarskie służące do rozprowadzenia powietrza na całą szerokość złoża żwirowego. Powietrze do jednej z nich dopływa pionową rurą czerpną, a z drugiej jest transportowane do domu inną rurą umieszczoną pod ziemią.

Temperatura złoża powinna być możliwie jak najwyższa zimą i jak najniższa latem. By ograniczyć koszty i uniknąć kontaktu żwiru z wodą gruntową, nie robi się głębokiego wykopu, tylko przykrywa się płytko umieszczone złoże żwirowe izolacją cieplną. W ten sposób uzyskuje się podobny efekt, jak przy dużym zagłębieniu wymiennika.

Który gruntowy wymiennik ciepła wybrać?
Wymiennik rurowy stawia mniejszy opór przepływającemu powietrzu i dzięki temu wentylator dostarczający je do wentylowanych pomieszczeń pobiera mniej energii niż ten, który trzeba zastosować do GWC żwirowego. Zaletą GWC bezprzeponowego jest możliwość nawilżania powietrza i „regenerowania” wymiennika (ogrzewania, gdy jest zimno, lub chłodzenia w czasie upału) przez polewanie go wodą, na przykład ze studni. Kontakt ze żwirem sprawia, że z powietrza są usuwane alergeny, bakterie i grzyby.