Nowsze konstrukcje, a szczególnie GWC w wersji rurowej nie posiadają tak dobrych parametrów pracy. Powstały one głównie jako urządzenia wstępnie podgrzewające powietrze zimą i chroniące rekuperatory przed zamarzaniem.
Przy standardowym GWC rurowym (rura ø200, ok. 40mb) praktycznie nie istnieje możliwość klimatyzowania budynku latem. Schładzanie, bowiem wymaga znacznie intensywniejszej wymiany powietrza w pomieszczeniach, a co za tym idzie zwiększenia prędkości przepływu powietrza przez rurę. Zbyt krótki czas przebywania powietrza w GWC rurowym nie spowoduje zmiany jego temperatury w stopniu odczuwalnym przez użytkownika.
Gruntowy, żwirowy wymiennik ciepła jest to urządzenie współpracujące z systemem wentylacji mechanicznej budynku, za pomocą, którego z niewielkiej głębokości gruntu można pozyskać naturalną, odnawialną energię (ciepło zimą, a chłód latem). Idea działania urządzenia oparta jest na fakcie istnienia na głębokości 1÷4 m prawie stałej temperatury gruntu w ciągu całego roku. W naszej strefie klimatycznej na tej głębokości temperatura gruntu wynosi ok. +8oC (+/-1,5oC). Praktycznie żwir w GWC jest posadowiony bardzo płytko, czasami nawet ponad teren (nad wodami gruntowymi – GWC wypiętrzone). Jednak dzięki dobrej izolacji termicznej umiejscowionej nad złożem GWC symuluje się jego posadowienie na głębokości 4÷5m pod powierzchnią ziemi.
Wyniki wieloletniej eksploatacji potwierdzają, iż powietrze zewnętrzne przepływając przez złoże żwirowe posadowione na tej głębokości podgrzewa się w szczytach zimowych np. z -20oC do +2oC, (czyli o 22oC), zaś latem ulega ochłodzeniu o ok. 18oC, np. z +35oC do +17oC. Pozwala to pozyskać taką ilość chłodu, która całkowicie pokryje zapotrzebowanie budynku do celów klimatyzacji. W zimie, podgrzewając wstępnie powietrze, obniża zużycie opału o 25 do 40% (im cięższa zima, tym więcej). Średni efekt cieplny złoża wynosi 0.5kW/m3 a w szczytach letnich i zimowych dochodzi nawet do 1kW z 1m3 złoża.
Poprawia się również wilgotność świeżego powietrza. W zimie powietrze jest nawilżane. Natomiast latem powietrze jest osuszane, co eliminuje odczucie duszności w pomieszczeniach.
GWC żwirowy cały rok skutecznie filtruje powietrze oczyszczając je z bakterii, grzybów i alergenów. Badania Sanepidu potwierdzają, że powietrze po przejściu przez żwirowy wymiennik ciepła zawiera wielokrotnie mniej komórek drobnoustrojów i alergenów niż przy wlocie. Po 15 latach eksploatacji Wojewódzka Stacja Sanitarno Epidemiologiczna z Wrocławia wykonała badania porównawcze powietrza zewnętrznego "wchodzącego" do GWC i powietrza "wychodzącego" z GWC.
Po zakończeniu badań wydano ekspertyzę o następującej treści: "W wyniku przeprowadzonego badania stwierdzono, iż powietrze po przejściu przez wymiennik ciepła zawiera wielokrotnie mniej komórek drobnoustrojów, alergenów niż przy wlocie”.
GWC żwirowy jest wymiennikiem tzw. bezprzeponowym. Bezpośredni kontakt żwiru z otaczającym gruntem powoduje szybką regenerację złoża. Pozwala to zachować niezmienne parametry powietrza na wyjściu z wymiennika w długim okresie czasu. Współczynnik efektywności wymiennika osiąga wartość 1:35 (podczas gdy np. pompa ciepła 1:4). Przy energii włożonej 130W na zasilanie wentylatora otrzymamy 5000W energii cieplnej z gruntu potrzebnej do ogrzania powietrza nawiewanego do budynku.
Ze względu na dużą bezwładność GWC żwirowego temperatura powietrza na wyjściu z wymiennika jest w dużym stopniu niezależna od wahań temperatury powietrza zewnętrznego na wejściu do wymiennika - jego parametry są w długim okresie czasu stabilne i nie wymagają bieżącej regulacji. Parametry powietrza opuszczającego złoże charakteryzują się bardzo powolnymi zmianami w czasie i są zauważalne dopiero w cyklu kilkumiesięcznym. Niwelowane są wszelkie skoki temperatury powietrza zewnętrznego występującego w ciągu doby, jak również w kolejnych, następujących po sobie dniach, gdy występują gwałtowne ochłodzenia lub ocieplenia. W okresie zimowym GWC pozwala na oszczędność nawet do 50% energii potrzebnej na podgrzanie powietrza wentylacyjnego. Najlepsze efekty energetyczne uzyskuje się w okresach występowania ekstremalnych warunków pogodowych, tzn. przy niskich temperaturach powietrza zewnętrznego zimą i wysokich temperaturach zewnętrznych latem.
Koszty eksploatacji GWC to tylko koszty przesyłu powietrza przez złoże żwirowe a nie jego grzanie lub chłodzenie.
Gruntowy żwirowy wymiennik ciepła stanowi złoże czystego, kilkakrotnie płukanego żwiru, o odpowiednio dobranej granulacji umieszczonego w gruncie.
Świadectwo badań kruszywa
Żwir jest materiałem o kształcie obłym, nienasiąkliwym i nie "spiaszczonym" - nie powoduje, więc (w czasie przepływu powietrza) tzw. turbulencji a dzięki temu nie zwiększa oporów przepływu powietrza. Nadaje się do tego celu każdy materiał mineralny, który ma dobrą przewodność termiczną i jest higienicznie czysty.
Przepływające przez żwir powietrze jest ochładzane, osuszane, podgrzewane lub nawilżane, w zależności od pory roku, a także filtrowane. Bezpośredni kontakt złoża z otaczającym gruntem rodzimym ułatwia jego szybką regenerację.
GWC żwirowy nie wymaga obsługi i konserwacji (najstarsza instalacja pracuje nieprzerwanie od 23 lat). Nie ma potrzeby odprowadzania kondensatu (jak to ma miejsce w przypadku GWC rurowego). Skroplona para wodna samoczynnie spływa do GWC i wsiąka przez żwir do gruntu rodzimego. Ta przepływająca woda dodatkowo płucze złoże z zanieczyszczeń, które osiadły w nim w czasie przepływu powietrza zewnętrznego.
Każde GWC również to wykonane w oparciu o złoże żwiru nie może pracować przez cały czas: tryb pracy należy podzielić zazwyczaj na 12-godzinne korzystanie z GWC oraz 12-godzinną "relaksację" złoża żwirowego. Odnowienie to polega na ponownym uzyskaniu przez złoże temperatury otaczającej je ziemi.
System wentylacyjny wyposażony w GWC musi bezwzględnie posiadać dodatkową czerpnię ścienną. Jest ona niezbędnym elementem umożliwiającym przede wszystkim skuteczną regenerację gruntowego wymiennika ciepła zimą i latem oraz pozwalającym na korzystanie z systemu wentylacyjnego z pominięciem GWC.
Kiedy należy pomijać GWC przy korzystaniu z wentylacji?
W okresach przejściowych, kiedy temperatura waha się od 1 do około 20 stopni korzystanie z GWC będzie niewskazane. Przy takich wartościach temperatur zewnętrznych korzystanie z GWC nie daje zadnego efektu energetycznego, ponieważ powietrze po przejściu przez wymiennik będzie miało podobną temperaturę jak na zewnątrz.
Kiedy włączyć GWC?
W okresach gdy temperatura powietrza zewnętrznego spada poniżej zera lub wzrasta powyżej 21-23 stopni korzystniej jest pobierać powietrze do wentylacji przez gruntowy wymiennik ciepła. Włączenie GWC następuje ręcznie dzięki odpowiedniej przepustnicy lub automatycznie, dzięki przepustnicy sterowanej siłownikiem. Siłownik odpowiadający za przełączenie pobierania powietrza z czerpni ściennej na GWC i odwrotnie zazwyczaj sterowany jest automatycznie na podstawie wskazań z czujników temperatury będących elementami automatyki sterującej systemem wentylacji.
Przykład gruntowego wymiennika ciepła opartego na złożu żwirowym:
1. Czerpnia powietrza zewnętrznego
2. Kanały rozprowadzający powietrze w poziomie
3. Kanały rozprowadzające powietrze do dna GWC
4. Żwirowe złoże akumulacyjne
5. Kanały zbierające powietrze
6. Poziomy kanał zbierający-ujęcie powietrza do budynku
7. Humus-ziemia, trawa
8. Styropian
9. Grunt rodzimy
10. Instalacja zraszająca
11. Folia
Tak jak w tytule tego rozdziału napisano, dobrze zaprojektowane i wykonane GWC żwirowe to dla użytkownika same korzyści:
- Znaczne ograniczenie kosztów ogrzewania dzięki wstępnemu podgrzaniu powietrza
- Optymalna praca urządzeń do odzysku ciepła bez konieczności stosowania grzałek w wymiennikach o niższej sprawności
- Zapobieganie nadmiernej suchości powietrza zimą. Dzięki systemowi zraszającemu mamy możliwość podnieść wilgotność powietrza poprzez nawilżenie złoża.
- Zapewnienie pożądanego chłodu w porze letnich upałów oraz osuszenie powietrza z nadmiaru wilgoci latem. Na skutek różnicy temperatur nadmiar wilgoci z gorącego, letniego powietrza wykrapla się na chłodnym żwirze i do budynku wędruje powietrze osuszone.
- Ciągła filtracja powietrza z kurzu, pyłu, komórek drobnoustrojów i alergenów.
