Gruntowy wymiennik ciepła (GWC) jest to urządzenie wykorzystujące darmową energię zmagazynowaną w gruncie do ogrzewania i chłodzenia powietrza wentylacyjnego. Najefektywniej wykorzystuje się go w połączeniu z systemami wentylacji mechanicznej nawiewno – wywiewnej z odzyskiem ciepła.

Jest to olbrzymi zasób zmagazynowanej energii, którą wykorzystują gruntowe wymienniki ciepła. Powietrze przechodząc przez GWC odbiera energię z gruntu, czyli ogrzewa się lub oddaje energię do gruntu, czyli chłodzi się w zależności od pory roku. Jeżeli nazewnątrz mamy -20ºC to po przejściu przez GWC, w zależności od jego konstrukcji, możemy uzyskać temperaturę na poziomie od -10oC do +2oC. Z kolei w lecie, gdy na zewnątrz jest około +35ºC to po przejściu przez GWC możemy otrzymać, znów w zależności od konstrukcji od +25ºC do +15ºC. Jak widać rozbieżności w wydajnościach różnych typów GWC są dosyć duże. Nie zmienia to jednak faktu, że potencjalne zyski ze stosowania GWC w budownictwie energooszczędnym są olbrzymie.

Po co stosuje się GWC ?

Budując dom musimy podjąć bardzo wiele decyzji o charakterze technicznym, które później będą miały bezpośredni wpływ na koszty utrzymania budynku i komfort panujący w jego wnętrzu. Jedną z takich decyzji jest wybór systemu wentylacji. O ile wyższość wentylacji mechanicznej nawiewno – wywiewnej z odzyskiem ciepła nad wentylacją grawitacyjną jest dosyć oczywista to decyzja o wykonaniu GWC bywa dla niektórych inwestorów dosyć trudna.

Zatem, po co stosować GWC?

Gruntowy wymiennik ciepła jest jednym z najważniejszych elementów odpowiadających za komfort wewnątrz budynku. W zimie podwyższa sprawność central wentylacyjnych z odzyskiem ciepła – rekuperatorów. Dzięki temu temperatura nawiewanego powietrza znacząco wzrasta i jest bliska temperaturze panującej wewnątrz budynku. To z kolei powoduje, że wentylacja w zimie jest całkowicie nieodczuwalna dla użytkownika a mimo to w całym domu mamy świeże powietrze. Jeżeli GWC zostało wykonane w wersji żwirowej to dodatkową zaletą jego stosowania jest to, że może nawilżać powietrze nawiewane do budynku. Jest to bardzo ważna i wyróżniająca ten wymiennik cecha, ponieważ jego zastosowanie praktycznie wyklucza możliwość przesuszenia powietrza wewnątrz domu w zimie. W lecie natomiast GWC ma do spełnienia jeszcze ważniejszą rolę. Po pierwsze osusza powietrze nawiewane. Wilgotność powietrza jest ważniejszym czynnikiem wpływającym na nasz komfort niż temperatura. Wynika to z tego, że organizm ludzki chłodzi się głównie poprzez odparowywanie wody. Przy dużej wilgotności powietrza pot nie odparowuje wystarczająco szybko. Wtedy jest nam bardzo gorąco i ciężko się nam oddycha. Zatem w tropiku przy +28ºC będziemy czuli się dużo gorzej niż na pustyni przy +34ºC. Kolejna zaletą grutnowego wymiennika ciepła jest to, że obniża znacznie również temperaturę. Zatem GWC ma bardzo istotny wpływ na jakość naszego samopoczucia w domu. Ostatnią równie ważną zaletą stosowanie GWC są koszty, a w zasadzie ich brak. Jedyne wydatki, jakie ponosimy to nakłady inwestycyjne na samą budowę GWC. Koszty eksploatacyjne są praktycznie znikome i sprowadzają się do wydatków na energię elektryczną zużywaną przez niewielki wentylator. Gruntowy wymiennik ciepła jest to, zatem urządzenie, które przy odpowiedniej konstrukcji posiada olbrzymią sprawność (stosunek energii uzyskanej – ochłodzenie lub ogrzanie powietrza – do włożonej – energia zużyta przez wentylator), znacząco zmniejsza koszty eksploatacyjne budynku oraz ma bezpośredni wpływ na poprawę komfortu przebywania wewnątrz domu.

Jak efektywnie wykorzystać GWC?

Jak już wiemy GWC ma olbrzymie możliwości wykorzystania darmowej energii dla poprawy komfortu w naszym domu. Trzeba jednak pamiętać, że GWC najlepiej współpracuje z dobrze zaprojektowanym i wykonanym systemem wentylacji mechanicznej nawiewno – wywiewnej z odzyskiem ciepła. Taka instalacja powinna charakteryzować się przede wszystkim możliwością nawiewu około 2 krotnie większej ilości powietrza w lecie niż w zimie. To wymaga odpowiedniego przeliczenia średnic kanałów nawiewnych. Kolejnym równie ważnym elementem jest w pełni automatyczne sterowanie. Nie można dopuścić do sytuacji, kiedy użytkownik musi pamiętać, że teraz powinien włączyć GWC lub, że powinien zwiększyć wydajność wentylacji. Najczęściej inwestor nie ma na to czasu i brak w pełni automatycznego sterownia powoduje to, że GWC nie jest w pełni wykorzystane.

Zadaniem GWC jest wstępne ogranie powietrza zimą, co zapewnia optymalną pracę rekuperatorów podczas silnych mrozów oraz znacznie obniża koszty eksploatacyjne. Dla przeciętnego domu o powierzchni ok. 120 m2 wartość energii uzyskane w ten sposób z ziemi może osiągnąć nawet 1500/200 kWh/a w ciągu roku!

Latem natomiast GWC ochładza (nawet o 8-10 stopni) i osusza nawiewane powietrze, co znacznie poprawia komfort przebywania w wentylowanych pomieszczeniach, zapewniając uczucie przyjemnego chłodu.

Jak działa GWC?

Aby móc korzystać z gruntowego wymiennika ciepła musi być on jednym z elementów systemu wentylacji mechanicznej. Powietrze potrzebne nam do wentylacji pomieszczeń pobierane jest przez czerpnię gruntową. Powinna się znajdować w miejscu o możliwie małej koncentracji zanieczyszczeń, z dala od ulic, parkingów, itp. Następnie powietrze przechodzi przez wymiennik gruntowy (tzn. w zależności od rodzaju GWC – przez rurę bądź złoże żwirowe) i trafia do centrali wentylacyjnej, a za jej pośrednictwem do systemu kanałów nawiewnych w budynku. 

Podczas wędrówki kanałami pod ziemią powietrze ulega ogrzaniu lub ochłodzeniu. Jeśli mamy do czynienia z GWC żwirowym, to po przejściu przez złoże żwiru dodatkowo następuje regulacja wilgotności powietrza oraz jego filtracja. System wentylacyjny wyposażony w GWC musi dodatkowo posiadać również czerpnię ścienną. Jest ona niezbędnym elementem umożliwiającym przede wszystkim skuteczną regenerację gruntowego wymiennika ciepła zimą i latem oraz umożliwia korzystanie z systemu wentylacyjnego z pominięciem GWC.

Korzystanie z GWC wymaga zachowania pewnych zasad. Z wymiennika ciepła korzysta się wyłącznie latem i zimą. W okresach przejściowych, gdy temperatura na zewnątrz wynosi od 1°C do 20°C, korzystanie z wymiennika nie daje żadnego efektu. Latem, aby nie narażać wymiennika na zbytnie przegrzanie, należy z niego korzystać w godzinach między 7.00 a 22.00. W nocy wymiennik się regeneruje, a mieszkańcy korzystają z czerpni ściennej.

Dobrze, gdy wymiennik może regenerować się także w chłodniejsze dni, aby można go było maksymalnie wykorzystywać w trakcie największych upałów. Zimą jest podobnie, należy korzystać z wymiennika w dogodnych godzinach, a gdy temperatury wzrosną powyżej zera przejść na czerpnię ścienną, umożliwiając regenerację wymiennika.Regenerację wymiennika gruntowego powinna zapewniać odpowiednia automatyka sterująca.

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 żadnego 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 z automatycznie na podstawie wskazań z czujników temperatury będących elementami automatyki sterującej systemem wentylacji.

Czy GWC żwirowe wymaga konserwacji?

GWC nie wymaga żadnej konserwacji. Wskazuje na to ponad 22 letnia eksploatacja instalacji pilotażowej w Polanicy Zdroju (o wydajności 500m3/h) i 13 letnia w EXBUD-SKANSKA Kielce (137 000 m3/h).
Użytkowanie Gruntowego Wymiennika Ciepła ma wybitne cechy pozyskiwania energii odnawialnej. Inwestor, który zdecyduje się na jego budowę może starać się o dotację lub preferencyjny kredyt inwestycyjny z: Banku Ochrony Środowiska lub Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska.