Gruntowy, żwirowy wymiennik ciepła same korzyści

Transkrypt

1 Gruntowy, żwirowy wymiennik ciepła same korzyści 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. +10 o C (+/-1,5 o C). 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 -20 o C do 0 o C, (czyli o 20 o C), zaś latem ulega ochłodzeniu o ok. 10 o C, np. z +30 o C do +20 o C. 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 1kW/m3 a w szczytach letnich i zimowych dochodzi nawet do 2kW z 1m 3 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".

2 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). Ze względu na dużą bezwładność GWC żwirowego stan powietrza na wyjściu z wymiennika jest w dużym stopniu niezależny od wahań 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 i 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. GWC LATO GWC ZIMA Gruntowy żwirowy wymiennik ciepła stanowi złoże czystego, kilkakrotnie płukanego żwiru, o odpowiednio dobranej granulacji umieszczonego w gruncie. 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.

3 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. Porównanie dwóch najpopularniejszych GWC rurowego i żwirowego GWC ŻWIROWE GWC bezprzeponowy bezpośredni kontakt powietrza ze żwirem, bez pośrednictwa izolacji plastikowej rury Powierzchnia wymiany energii pomiędzy powietrzem a sumaryczną powierzchnią 30t żwiru ok. 690 m2 Szybkość przepływu powietrza przez złoże żwiru ok.0,1 m/s, czyli bardzo długi czas kontaktu, a co za tym idzie wysoka sprawność Zazwyczaj stosowany jest dodatkowy wentylator o niewielkiej wydajności. Pozwala on na dokładne zrównoważenie systemu wentylacji zimą, natomiast latem umożliwia zwiększenie poboru powietrza z GWC w celu lepszej klimatyzacji domu. Zyski energetyczne przy eksploatacji przeciętnego złoża żwiru ok t. Ogrzanie powietrza zimą z temp. -20 st.c do ok.+2 st.c Schłodzenie powietrza latem z temp. +35 st.c do ok. +18 st.c Podane parametry uzyskano przy strumieniu powietrza 700 m³/h Mała powierzchnia zabudowy (ok. 10m2). Złoże zakopuje się na głębokości ok. 1,5m pod poziomem gruntu. Nad złożem żwiru stosuje się 10 cm warstwę styropianu, co symuluje zagłębienie złoża na ok. 4-5 m pod ziemią. GWC RUROWE GWC przeponowy kontakt powietrza z gruntem poprzez plastikową rurę - przeponę Powierzchnia wymiany energii pomiędzy powietrzem a plastikową powierzchnią rury dla 40mb rury ø200 ok. 25m2 Szybkość przepływu powietrza ok. 2 m/s. Przy długości rury ø200 ok. 40 mb i prędkości przepływu ok. 2 m/s otrzymujemy bardzo niewielkie zyski energetyczne. Zimą przy niewielkim poborze powietrza z GWC nie trzeba stosować dodatkowego wentylatora. Latem przy większych wydajnościach znaczący opór stwarzają filtry zainstalowane na czerpni powietrza. Wówczas trzeba stosować dodatkowy wentylator. Zyski energetyczne przy eksploatacji przeciętnego GWC rurowego rura ø200 o długości 40 mb. Ogrzanie powietrza zimą z temp. -20 st.c do -5 st.c przy strumieniu powietrza 200 m³/h Schłodzenie powietrza latem z temp. +35 st.c do 24 st.c przy strumieniu powietrza 400 m³/h Zyski energetyczne z korzystania z GWC rurowego można poprawić poprzez wydłużanie rury i zwiększanie jej przekroju. Niestety znacznie podnosi to koszt wykonania urządzenia. Długość wykopu ok. 40 mb. Rura umieszczona na głębokości ok. 1,5 m. Bez izolacji styropianem jest to bardzo blisko strefy przemarzania gruntu.

4 Może być wykonywany w obrębie ścian fundamentowych, pod podjazdem, pod tarasem lub w ogrodzie. Przy wysokim stanie wód gruntowych ( mniej niż 1 m) można wykonać GWC wypiętrzone ponad teren (powstałą górkę można zagospodarować np. na ogródek skalny). Przy braku zgody inwestora na wypiętrzenie można wykonać GWC pod budynkiem, jeśli wysokość ścian fundamentowych na to pozwala. Odprowadzanie kondensatu z GWC żwirowego jest bezobsługowe skroplona para wodna spływa do złoża ( po drodze je spłukując) a następnie do gruntu rodzimego. Wykonując GWC żwirowe na wierzchu złoża rozkładana jest instalacja zraszająca. Pozwala ona na regulowanie wilgotności powietrza, co jest szczególnie ważne w okresie grzewczym, gdy powietrze w pomieszczeniach jest przesuszone Złoże żwirowe jest bardzo dobrym, samoczyszczącym filtrem. Złoże wymiennika filtruje powietrze z zanieczyszczeń biologicznych. Badania Sanepidu potwierdzają, że powietrze po przejściu przez wymiennik ciepła zawiera wielokrotnie mniej komórek drobnoustrojów i alergenów niż przy wlocie. W związku z tym nie ma konieczności stosowania żadnych wymiennych filtrów na czerpni powietrza. Może być wykonywany w obrębie ścian fundamentowych, pod podjazdem, pod tarasem lub w ogrodzie. W przypadku wykonywania na ograniczonej powierzchni np. w obrębie fundamentów należy zwrócić uwagę na zachowanie odpowiedniej odległości pomiędzy rurami. Ułożenie rur równoległych zbyt blisko siebie może spowodować oddziaływanie ciepła jednej rury na drugą, a w efekcie zmniejszenie skuteczności wymiennika. Przy wysokim stanie wód gruntowych (mniej niż 1m)zastosowanie GWC rurowego ma przewagę nad GWC żwirowym. Jednak niezależnie od głębokości wód gruntowych należy zainstalować studzienki do odprowadzania kondensatu i na bieżąco go wypompowywać w ilości ok litrów na miesiąc. Nie ma możliwości regulacji wilgotności powietrza. Należy stosować specjalne czerpnie powietrza, w których są zainstalowane wysokiej klasy filtry wstępne oraz wyłapujące kurz gruboziarnisty. Filtry wymagają okresowej kontroli i wymiany. Powyższe porównanie zostało wykonane, aby pomóc przyszłym inwestorom w podjęciu decyzji. Każdy planujący budowę GWC powinien przeanalizować oba rozwiązania i wybrać to, które lepiej będzie zaspokajało jego wymagania. Tak jak w tytule tego rozdziału napisano, dobrze zaprojektowane i wykonane GWC żwirowe to dla użytkownika same korzyści: 1. Znaczne ograniczenie kosztów ogrzewania dzięki wstępnemu podgrzaniu powietrza 2. Optymalna praca urządzeń do odzysku ciepła bez konieczności stosowania grzałek w wymiennikach o niższej sprawności

5 3. Zapobieganie nadmiernej suchości powietrza zimą. Dzięki systemowi zraszającemu mamy możliwość podnieść wilgotność powietrza poprzez nawilżenie złoża. 4. 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. 5. Ciągła filtracja powietrza z kurzu, pyłu, komórek drobnoustrojów i alergenów. Gruntowy, żwirowy wymiennik ciepła jak go wykonujemy Więcej informacji i zdjęć z realizacji na

6 miesi cznik informacyjno - techniczny nr 2 (90), luty 2006 Gruntowy wymiennik ciep a Mikrobiologiczna czystoêç Ze wzgl du na swoje walory higieniczne i ekonomiczne, wirowe gruntowe wymienniki ciep a, stosowane we wst pnym zagrzaniu powietrza do rekuperatorów, sà bardzo cz sto u ywanymi elementami wentylacji i pe nowartoêciowej klimatyzacji dowolnych obiektów u ytecznoêci publicznej i domów jedno- i wielorodzinnych. Rosnàce koszty eksploatacji urzàdzeƒ klimatyzacyjnych i ogrzewania zmuszajà inwestorów do poszukiwania tanich i czystych êróde energii odnawialnej, której koszty mo na obni yç nawet 10-krotnie w stosunku do klimatyzacji konwencjonalnej. Przyk adem tak taniego êród a ch odu klimatyzacyjnego sà gruntowe wymienniki - nie p acimy za ch odzenie lub grzanie powietrza, ponosimy tylko koszt przesy u powietrza przez z o e GWC. Gruntowy wymiennik ciep a dostarcza do instalacji wentylacyjnej powietrze, które podlega w nim wst pnej obróbce polegajàcej na ogrzaniu zimà i och odzeniu latem oraz nawil eniu zimà, zaê latem - osuszeniu. Jest to mo liwe dzi ki naturalnemu zjawisku wyst pujàcemu w gruncie na g bokoêci 1 4 m - sta- ej Êredniej temperatury rocznej, która w naszym, Êrodkowoeuropejskim klimacie wynosi +10 (±1,5) C. Obróbka ta polega na powolnym przep ywie powietrza przez kilkumetrowà warstw wiru. Zastosowanie wiru jest najbardziej racjonalne, gdy jest to materia o kszta cie ob ym, nienasiàkliwy i niezapiaszczony. Zast pczo mo na zastosowaç równie om granitowy lub kamienny. Do GWC nadaje si w zasadzie ka dy materia mineralny, który ma dobrà przewodnoêç termicznà, jest nienasiàkliwy i higienicznie czysty. Ob y kszta t nie sprzyja turbulencjom powietrza w czasie przep ywu, przez co nie zwi ksza si opór powietrza. Paƒstwowy Zak ad Higieny, wydajàc ocen higienicznà GWC, wymaga zwykle dostarczenia sk adu petrograficznego zastosowanego materia u. Analiza powietrza i z o a Urzàdzenie GWC wykorzystywane do klimatyzacji pomieszczeƒ zbudowane jest wed ug schematu wlot powietrza zewn trznego - z o- e kamienne/ wirowe - wylot powietrza do pomieszczenia. Powietrze dostarczane musi spe niaç kryteria czystoêci mikrobiologicznej. W celu okreêlenia ewentualnego zanieczyszczenia powietrza w czasie transportu przez z o e kamienne/ wirowe do pomieszczenia zosta y przeprowadzone analizy, w wyniku których okreêlono stan mikrobiologiczny powietrza oraz samego z o a kamiennego/ wirowego, na którym podczas trwania eksploatacji osadzajà si py y i czàstki organiczne, w tym organizmy ywe. Badania obejmowa y analizy powietrza, tj. czàstek zatrzymywanych na filtrach za o onych na wlocie i wylocie GWC oraz analizy osadów (depozytów) na samym z o u kamiennym/ wirowym, u ytkowanym bez ingerencji obs ugujàcych przez ostatnie 13 lat. Pierwsze badania przeprowadzone przez Sanepid w 1994 r. wykaza y, e: powietrze po przejêciu przez wymiennik ciep a (filtr wirowy) zawiera mniej komórek drobnoustrojów ni przy wlocie. Analiza wykonana na podstawie (wymienionych w orzeczeniu) norm PKNMiJ, obejmowa a ogólnà liczb bakterii, liczb wybranych grup bakterii, rutynowo charakteryzowanych w badaniu mikrobiologicznym powietrza (promieniowce, Pseudomonas fluorescens, gronkowce hemolizujàce oraz liczb grzybów. Wszystkie dane dotyczy y ywych drobnoustrojów i podane zosta y w jednostkach jtk (jednostkach tworzàcych kolonie) w m 3 powietrza. W uzupe nieniu tych badaƒ wykonano w 2004 r. analiz markerów By o minus 30 stopni? By o! P ka y szyny? P ka y! Silniki? Pada y! No a Ba tyk, co z naszym Ba tykiem? Spokornia - lodowisko. A Magazyn Instalatora? Eee, Panie, to jasne - on to jest wieczny, to to opoka!!! 18

7 miesi cznik informacyjno - techniczny nr 2 (90), luty 2006 drobnoustrojów w powietrzu opuszczajàcym gruntowy wymiennik ciep a i wchodzàcym do pomieszczenia oraz w osadach (depozytach) czàsteczkowych w z o u kamiennym/ wirowym. Istotà tego badania jest oznaczenie ca kowitej iloêci bakterii i grzybów, tj. zarówno ywych (rosnàcych w warunkach laboratoryjnych), jak i martwych, co jest bardzo istotne, gdy ywe bakterie i grzyby stanowià zaledwie ok. 10% ca kowitej masy drobnoustrojów w powietrzu. Z tego wzgl du precyzja pomiaru mikroorganizmów w pomieszczeniach zamkni tych jest szczególnie istotna i pe niejsza, gdy obejmuje ca kowità biomas bakterii, grzybów pleêniowych, ich zarodników oraz fragmenty Êcian komórkowych, zawierajàce aktywne biologicznie makroczàsteczki pochodzenia bakteryjnego, w tym endotoksyny bakteryjne. PodejÊciem umo liwiajàcym spe nienie tych wymagaƒ jest analityczne oznaczanie chemicznych markerów mikroorganizmów - unikatowych substancji niewyst pujàcych nigdzie indziej w przyrodzie. Pozwala to na badanie drobnoustrojów w powietrzu wewnàtrz pomieszczeƒ, z uwzgl dnieniem komórek ywych, martwych oraz ich szczàtków. ZawartoÊç markera grzybów i ich zarodników - ergosterolu - w osadzie na z o u kamiennym wirowym obni y a si z poczàtkowej wartoêci 10,8 pg/mg zarejestrowanej przy wlocie GWC do 0,3 pg/1mg przy wylocie do budynku, a wi c ponad 30-krotnie. Podobnie zachowa y si markery bakterii Gram-ujemnych i endotoksyn: z 0,147 nmol/mg przy czerpni jego zawartoêç w osadzie zmniejszy a si do 0,010 nmol/mg, a wi c niemal 15-krotnie, przy wylocie powietrza do budynku. Wnioski Przedstawione wyniki pozostajà w zgodnoêci i uzupe niajà poprzednie badania GWC dotyczàce mo liwoêci rozwoju drobnoustrojów (grzybów i bakterii) w z o u i powietrzu przechodzàcym przez GWC. We wszystkich badaniach stwierdzono nik e iloêci mikroorganizmów w powietrzu wychodzàcym z GWC do pomieszczenia. Co wi cej, zarówno iloêci wyhodowanych ywych bakterii i grzybów, jak te chemicznych markerów tych mikroorganizmów wykrytych metodà analitycznà by y znacznie ni sze ni w powietrzu/z o u na wlocie (czerpni) do GWC. PoÊwiadcza to lepszà mikrobiologicznie jakoêç powietrza po przejêciu przez GWC wzgl dem powietrza zewn trznego, a wi c filtrujàce w aêciwoêci urzàdzenia i zatrzymywanie drobnoustrojów. Nie stwierdzono wzmo onego wzrostu bakterii ani grzybów na powierzchni z o a GWC. Bogumi a Szponar Marta Iwanicka