Strona główna » ogrzewanie » Dalej o tanim ogrzewaniu- gruntowy wymiennik ciepła

Dalej o tanim ogrzewaniu- gruntowy wymiennik ciepła

Archiwum

Gruntowy wymiennik ciepła to jest kolejny z prostych i wspaniałych wynalazków. Dobrze wykonany to relatywnie mała inwestycja, która w istniejącym domu znacznie poprawi jakość powietrza i koszty ogrzewania, a w nowo budowanym pozwoli nie zbudować wielu niepotrzebnych rzeczy i zaoszczędzić bardzo realne koszty budowy. Eksploatacji oczywiście też, a jakość powietrza w bonusie.

W największym uproszczeniu chodzi o to, że powietrze, zanim dostanie się do budynku, wymieni swoje ciepło z ciepłem gruntu. Przy wystarczająco dużej powierzchni wymiany po takiej operacji temperatura powietrze wlatującego do budynku będzie się mieścić w granicach +/- 2 C od temperatury gruntu (zależnie oczywiście czy na wejściu jest zimniejsze czy cieplejsze).

A jaka jest temperatura gruntu?

To jest bardzo proste. Wyraźnie poniżej granicy przemarzania, czyli powiedzmy na głębokości 2,5 m temperatura gruntu jest równa średniej całorocznej temperaturze powietrza. To w Polsce oznacza 7-8 C. Obecnie średnia rośnie zupełnie sprawnie, ale grunt na takiej głębokości jeszcze się nie nagrzał, więc zupełnie wyjątkowo jest nieco chłodniejszy niż klimat ostatniego 10- lecia. Ale różnica i tak jest minimalna, właściwie to zbyt mała aby się tu nad tym znęcać. W skrócie, w zimie możemy dostarczyć do domu powietrze o temperaturze max 6 C, w lecie min. 10 C. Oczywiście jeśli zarówno wymiennik ma odpowiednią powierzchnię wymiany, jak też nasz zapas ciepła/zimna jest wystarczająco duży.

Wszystko kosztuje, więc niezależnie o jak dobrej i taniej rzeczy mówimy, warto spojrzeć na koszty i nie budować zbyt wiele bez sensu. Po pierwsze, to zbyt wiele oznacza maksymalną sprawność wymiany w każdych warunkach. To jest bez sensu, lepiej mieć dobrą cały czas i wystarczającą w skrajnych sytuacjach. Taka skrajna sytuacja ma miejsce np. wtedy, gdy mamy rekuperator (krzyżowy lub przeciwprądowy) i nie mamy układu zabezpieczającego przez oszronieniem. Zupełnie słusznie, bo przy gruntowym wymienniku ciepła jest kompletnie niepotrzebny. Ale w takim przypadku właśnie GWC zawsze musi zabezpieczyć przed zamarznięciem pary wodnej wykroplonej z powietrza wychodzącego z budynku. Czyli temperatura nie może spaść poniżej -1/-2 C. Może być lekko ujemna, bo rekuperator też jest wymiennikiem ciepła i też nie ma 100% sprawności i mieć nie może. Albo może, z nieskończonym czasem przekazywania ciepła, a jeśli jednak ma coś przepływać to oznacza rekuperator o nieskończonej powierzchni wymiany. A że każdy budynek ma skończoną wielkość, to się nie zmieści. Chyba, bo matematycy nie takie rzeczy potrafią wymyślić. I tak bym nie wiedział jak ma taki nieskończony rekuperator wyglądać i gdzie go zamontować.

Pisałem, że taki wymiennik powinien znajdować się na głębokości co najmniej 2,5 metra? Nieeee. To wy źle przeczytaliście. Dla dobrej pracy wymiennika powinien znajdować się w temperaturze takiej, jak panuje na głębokości 2,5 metra. A to jest zasadnicza różnica. Warstwa ziemi, która ma być nad wymiennikiem ma go i okoliczny grunt izolować od warunków atmosferycznych. A gdyby tak tą warstwę zamienić na coś o mniejszym współczynniku przenikania ciepła. Dużo mniejszym. Na przykład styropian?

Będzie działać. Mniejszy wykop to mniejszy koszt, a styropian nie jest strasznie drogi. Albo keramzyt. Albo nawet żużel, byle wystarczająco porowaty.

Gruntowy wymiennik ciepła energię do funkcjonowania pobiera z gruntu, jak sama nazwa wskazuje. Używając go tylko do ogrzania powietrza w zimie w końcu go wychłodzimy. Oczywiście, może mieć powierzchnię adekwatną do tego, aby ciepło przenikające z gruntu otaczającego wymiennik było wystarczające. Nie taki wielki problem. Wystarczy znać zapotrzebowanie wentylacyjne, średnie temperatury w okresie korzystania z wymiennika, ciepło właściwe kruszywa którego użyliśmy do wypełnienia wymiennika, lub gruntu, jeśli wymiennik nie jest typu żwirowego a zbudowaliśmy go z rur ułożonych  w gruncie. To ostatnie rozwiązanie jest gorsze ze względu na powierzchnię wymiany ciepła oraz parametry wilgotności podawanego powietrza. Ale z drugiej strony bez problemów sprawdzi się również przy bardzo wysokim poziomie wód gruntów. Właściwie to będzie pracować lepiej.

Gruntowy wymiennik ciepła i rekuperator (prosty, nie mechaniczny) to jest piękna para, jak z obrazka. Dzięki GWC rekuperator nie potrzebuje układu przeciwoblodzeniowego, co portfele inwestorów bardzo lubią. Znacznie ciekawsza jest druga możliwość. Powietrze wychodzące z rekuperatora nadaj ma całkiem wyraźna temperaturę. Zależnie oczywiście od prędkości przepływu, powierzchni wymiany, konstrukcji (przeciwprądowy czy krzyżowy). Przy maksymalnym możliwym odzysku może mieć zaledwie 2-3 st. C więcej niż wchodzące i tym się nie należy przejmować. Ale takie rzeczy to się zdarzają tylko w folderach reklamowych producentów. Normalnie ta różnica nadal wynosi spokojnie jeszcze 5 a nawet 10 st. C.

W takim razie narzuca się kolejny pomysł

W końcu powietrze z rekuperatora można wykorzystać do podtrzymania temperatury GWC, bo i czemu nie? Zwyczajnie prowadzimy rury ze zużytym powietrzem po przejściu przez rekuperator. Rury idą prościutko przez złoże żwiru wymiennika gruntowego. W miarę możliwości przeciwprądowo, oczywiście i co bardzo ważne lekko w dół. W miarę schładzania będzie się wykraplać woda, której należy spokojnie dać wypłynąć. Dzięki temu GWC może być mniejszy lub wydajniejszy, zależy co nas bardziej interesuje

Bardzo ładny model GWC. W dolnej części wchodzi zimne powietrze, w górnej idzie do budynku. W odwrotną stronę montujemy rury wyprowadzające powietrze z budynku.

Bardzo ładny model GWC. W dolnej części wchodzi zimne powietrze, w górnej idzie do budynku. W odwrotną stronę montujemy rury wyprowadzające powietrze z budynku.

.

Takie rozwiązanie daje następna synergię — rekuperator może być jeszcze tańszy, bo wtedy, gdy będzie działał zbyt słabo, ciepło się tak łatwo nie zmarnuje. Przy dużej wentylacji po prostu większa część odzysku ciepła będzie odbywać się w wymienniku gruntowym. Co nas zasadniczo obchodzi dokładnie tak samo jak to czy kot jest biały czy czarny, skoro dobrze myszy łapie.

Pozostaje jeden problem. Bardziej wydumany niż prawdziwy, ale oprócz oszczędności dbajmy też o komfort. Wszyscy przyzwyczaili się do zawiewania mroźnego powietrza szczelinami pod drzwiami, itp. Ale jakoś wszyscy marudzą, gdy w zimowy wieczór z nawiewu leci powietrze o temperaturze 10, max 15 C. Można zamontować w kanale powietrznym prosta spiralę grzejną i jest to całkiem dobre i popularne rozwiązanie.

Ale po co, skoro można równie tanio a lepiej?

W poprzednich odcinkach była mowa o wodnym akumulatorze ciepła. Wirtualnie załóżmy, że już istnieje. Teraz należy znów się wybrać na złomowiec lub w inne stosowne miejsce i znaleźć chłodnicę od samochodu osobowego, ewentualnie intercooler z większej ciężarówki. Następnie montujemy to cudo w kanale wentylacyjnym, w miarę możliwości nad akumulatorem ciepła, aby działał obieg grawitacyjny. Do tego dochodzą stosowne zawory- ręczne, termostatyczne, elektrozawory z automatyką, co kto lubi.

Jest oczywistym, ze nawiewanego powietrza nie możemy rozgrzać do zbyt wysokich temperatur, jako granicę przyjmujmy 45 C. To oznacza 25 C powyżej rozsądnej temperatury  domowej. Przy przepływie rzędu 100 m3 na godzinę to oznacza uzupełnienie utraty ciepłą przez budynek w wysokości około 3,5 kWh/h. Lub skracając moc grzejną 3,5 kW. Wystarczy z dużym naddatkiem dla domu pasywnego, a i spokojnie dla przyzwoicie zbudowanego energooszczędnego.  Ba, przecież betonowy klocek po zamontowaniu mechanicznej wentylacji i rekuperacji już wykaże zużycie ciepła mieszczące sie w granicach rozsądku. Dotychczasowe ogrzewanie będzie nadal potrzebne, ale sporadycznie. Oczywiście palić trzeba nadal w celu utrzymania temperatury w akumulatorze ciepła, ale kaloryfery przez większość roku prawdopodobnie będą zamknięte.

W nowym budynku to inna sprawa. Żadne kaloryfery nie są potrzebne i nigdy nie będą. Żaden piec także. Ze stosownym dogrzaniem akumulatora ciepła solary sobie przez kilka miesięcy w roku poradzą, a w pozostałej części na dziś i przyszłość prawie najrozsądniejszym pomysłem jest grzałka w drugiej taryfie (po to w końcu jest akumulator, aby brać energię kiedy wychodzi tanio i zużywać, kiedy jest wygodnie) A najlepszym pomysłem jest niewielki wiatrak bez falownika i reszty elektroniki, który zasila drugą prymitywną grzałkę w akumulatorze.

Znajdując właściwe rzeczy na złomowisku i robiąc wszystko z głową, cały system ogrzewania i wentylacji zmieści się w granicach 10-20 tys złotych. Niezależnie czy mówimy o nowym czy starym budynku. Tylko w nowym po prostu wydamy mniej na to wszystko niż by nas kosztował dowolny inny system ogrzewania oraz wentylacji. Czy wspominałem już, że problemem Polski nie jest brak kapitału, tylko wiedzy? Na najprostszym poziomie. Przecież za relatywnie małe pieniądze można mieć kompletny system, którego koszty eksploatacji będą zawierać się gdzieś pomiędzy „niezauważalne” a „śmiesznie małe”?

A jeśli kogoś przeraża, w warunkach polskiej sieci energetycznej zupełnie słusznie, uzależnienie od prądu do samej wentylacji budynku — cóż, tak naprawdę to mały problem. Tylko tą chłodnicę ze złomowiska dobrze by było wziąć od razu z wentylatorem. Postawić akumulator, panel fotowoltaiczny, w zimie czasem doładować prostownikiem i całą wentylację zasilać w ten sposób 12 v DC. Nie takie wielkie koszty, oczywiście lepiej jeśli akumulator będzie jakikolwiek inny niż ołowiowy, to dużo dłużej podziała.

W taki sposób okazało się, że w domu w Polsce potrzebne są rzeczy, które wyglądają na jakieś fanaberie, a to do czego wszyscy się przyzwyczaili, czyli piece i kaloryfery — to niepotrzebna kupa złomu, spalająca drogie paliwo właściwie nie wiadomo po co.

Reklamy

11 Komentarzy

  1. Marek W. pisze:

    W domu również fanie sprawdza się podłączenie powietrznego GWC bezpośrednio do domu – kwestia wyprowadzenia rur do wentylacji przy podłodze pomieszczeń i wentylacja działa w zimnych miesiącach grawitacyjnie bez żadnych wentylatorów, a latem mały wentylatorek tłoczy do domu chłodne powietrze. U mnie spisuje się rewelacyjnie.

    Pozdrawiam autora serdecznie.

  2. W sumie rozwiązanie bardzo proste i działa, czyli świetne. Ale skoro już jest ważniejsza i bardziej problematyczna część instalacji wentylacyjnej, to może warto też pomyśleć o mechanicznym wyciągu i połączyć to rekuperacją? Żadne wielkie pieniądze już nie wyjdą, a jeszcze poprawi jakość powietrza i sporo zaoszczędzi kosztów ogrzewania?

  3. MigrantWorker pisze:

    Witam,

    Czyli, czy ja dobrze rozumiem. Taki system z gruntowym wymiennikiem ciepła w wersji minimalnej składa się z następujących elementów:

    – kolektory słoneczne, ogrzewające powietrze;
    – duża dziura w ziemi wypełniona żwirem i ocieplona styropianem;
    – przewody, którymi nagrzane powietrze z kolektorów jest doprowadzane na dno dziury w ziemi;
    – inne przewody, którymi ciepłe powietrze z górnej części dziury w ziemi jest doprowadzane do ogrzewanych pomieszczeń;
    – zestaw wiatraczków wymuszający obieg powietrza w systemie.

    Czy coś pominąłem?

    Pozdrawiam,
    MigrantWorker

  4. wenek pisze:

    A jeszcze do tego dodać pompę ciepła, najlepiej luft warme pumpe najlepiej działającą w zakresach temperatur GWC i mamy (przy użyciu energii elektr. niestety) więcej ciepła.

  5. Można. Nie jest to złe rozwiązanie. Ale jest w tym systemie znacznie lepsze rozwiązanie, gdzie będzie pasować pompa ciepła.

  6. Nie. Całkiem źle zrozumiałeś. Kolektory tu nie są potrzebne. Ciepło własne gruntu pobierane z okolic wymiennika gruntowego i regenerowane przewiewem jest w zupełności wystarczające. Przepływ przez wymiennik jest wymuszony wiatrakami, ale powietrze jest do niego zaciągane prosto z atmosfery. Kolektory słoneczne podgrzewają wodę i to robią, akurat z gruntowym wymiennikiem ciepła mają mało wspólnego.

  7. Adrian pisze:

    Ostatnio czytałem jakieś publikacje/artykuły o budownictwie energooszczędnym i właściwie jest dokładnie tak jak napisałeś z domami pasywnymi. Całkowicie zbędne są w nich kaloryfery, system wentylacyjny z rekuperacją rozprowadza świeże powietrze, a najlepszym wyjściem jest chyba zamontowanie nagrzewnicy wodnej połączonej z wymiennikiem ciepła. Pompy ciepła chociaż wydajne są drogie i potrzebują dostaw energii el. Bez niej potrzebny byłby jakiś bardzo mały kocioł c.o odpalany 1-2 razy na tydzień. Bo zakładając dobrze zaizolowany akumulator ciepła 1000l, to nawet kolektory próżniowe nie poradziłyby sobie w zimę, po części z ogrzewaniem samej chałupy ale przede wszystkim wody użytkowej.

    Mam jeszcze pytanie z innej beczki. Chodzi o izolację domów budowanych w technologii, powiedzmy bardziej ekologicznej straw bale. 🙂
    Czy spotkałeś się z jakąś publikacją, w której opisano rzeczywisty współczynnik przewodzenia ciepła przez ubite kostki ze słomy (zakładając pełną szczelność komór od pary wodnej i wiatru)? Jedni podają, że jest to 0,04 W/(m*K), w innych miejscach można spotkać 0,09 czyli ponad 2 razy słabsze od wełny mineralnej. Czy ktoś w ogóle takie testy robił? Bo jakoś nie chce się wierzyć, że słoma może mieć izolacyjność porównywalną ze styropianem czy wełną min.

  8. Zasada na jakiej opiera się izolacyjność wełny mineralnej, styropianu i słomy to po prostu zamknięcie jak najmniejszych pęcherzyków powietrza w taki sposób aby nie mogły się mieszać. Powietrze jest bardzo dobrym izolatorem, dopóki się nie miesza. Próżnia jest lepszym ale tu jej nie ma.
    Stąd izolacyjność zależy od ściśnięcia, ale do pewnych granic. Jakich? Nie wiem. Ale słoma nie jest standardowym wyrobem przemysłowym tylko odpadem rolniczym. Czyli gęstość miewa różną. Gdybym miał zgadywać, to jednak te mocniej sprasowane mają izolacyjność w okolicach wełny mineralnej, a słabiej niekoniecznie. Łapanie wilgoci i przewodność cieplna wilgotnej materii organicznej to druga sprawa. Na kilka doktoratów w tym wypadku.

  9. Adrian pisze:

    W technologii straw bale jest taka firma na którą przypadkiem trafiłem w necie: http://www.modcell.com/technical/
    Twierdzą, że dla modułu ściany o grubości ok 46cm udało im się uzyskać 0,13 W/(m²·K). Przyjmując poprawki na listwy pionowe i okładziny (chyba z OSB), lambda dla samej słomy wyszła mi z 0,050-0,056 W/(m·K). Czyli niezły wynik. Także taka ciekawostka ale ważna.

  10. Wartość wygląda dość prawdopodobnie. Z taką przenikalnością cieplną już da się zbudować nowoczesny dom. Tylko przy strawbale chyba trzeba bardzo pilnować kwestii wilgotności. Tam mi się wydaje, choć przyznam, że raczej mam więcej do posłuchania i poczytania o tym niż własnego wypowiadania się, bo się nie do końca znam.
    Ale i tak to wszystko to raczej zabawa, naprawdę na dziś wolę cienką ścianę, murowaną czy szkieletową i solidną warstwę styropianu czy waty. Rozsądniejsza grubość, lepsze materiały, itp. Choć jeśli cywilizacja ma się kiedyś zawalić, to strawbale jest bardzo ważną technologią i powinna być w jakimś stopniu znana i rozwijana.
    Ja wolę inne spojrzenie, wyjście przez technologię, ale badanie i praktykę strawbale uważam za godne rozwijania i wsparcia.

  11. Adrian pisze:

    No właśnie wilgotność. Domy pasywne powinny być szczelne by powietrze ciepłe jak najmniej uciekało, a wentylacja wymuszona i tak rozgania świeże powietrze po pomieszczeniach.
    Podobno budynki z izolacją ze słomy stoją już 120 lat. Gdybym ja miał tak budować to pod podłogę, obwód fundamentów i dach dałbym tyle słomy ile się da i oczywiście uszczelnił przed wilgocią.
    Co się tyczy ścian, to jakoś nie widzę by dawać bez muru właściwego przynajmniej na grubość jednej cegły, tak samo trochę cegieł na, lub pod podłogi. Stanowiłyby dobrą bezwładność termiczną. Później konstrukcja do 40cm słomy (ekwiwalent 30cm wełny mineralnej) i paro/wiatroizolację, zazwyczaj się podobno daje tylko tynk wapienny i gliniany by „oddychało”. Tak czy inaczej bardzo tanio i jakoś może by trzymało :P. Ewentualnie dałbym tylko na ściany profesjonalną izolację.

    Jest nawet taka dość interesująca publikacja można powiedzieć kompendium, wydana w ub. roku przez fundację Cohabitat, o budownictwie naturalnym i innych rozwiązaniach. Niedawno natrafiłem i nawet jeszcze nie czytałem ale można przejrzeć:
    https://www.dropbox.com/s/2fk31ay9la5pay1/Habitat%20StartUP%20KIT.pdf?dl=0&utm_source=getresponse&utm_medium=email&utm_campaign=cobabitatnewsletter&utm_content=%5B%5Bfirstname%5D%5D+witaj+w+Cohabitat+%3B-%29

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s

Follow rewolucja energetyczna on WordPress.com
%d blogerów lubi to: