Jaką wentylację wybrać
dom energooszczędny
Budujemy wentylację z odzyskiem ciepła
dom energooszczędny
Gruntowy wymiennik ciepła - dobrze i tanio
dom energooszczędny
gruntowy wymiennik ciepła

Wydajność żwirowego gruntowego wymiennika ciepła

Samodzielne wykonanie żwirowego GWC - poradnik cd.

Wydajność GWC typu żwirowego

Na wydajność cieplną GWC żwirowego wpływa co najmniej kilka czynników.
Głównymi są pojemność akumulacyjna złoża i szybkość przepływu ciepła pomiędzy gruntem a złożem (szybkość regeneracji).

Warunki gruntowe - ważne dla wydajności GWC

Wydajność GWC zależy też od takich czynników, jak rodzaj gruntu i wilgotność gruntu.
Grunty piaszczyste i mało wilgotne słabo przewodzą ciepło, dlatego GWC w takim gruncie będzie działać słabo.
Cięższe i zwięzłe grunty z dużą ilością wilgoci lepiej przewodzą ciepło, a więc i lepszy będzie przepływ ciepła od gruntu do złoża żwirowego, a to są dobre warunki do budowy GWC.
Ważne natomiast jest, żeby GWC znajdowało się nad zwierciadłem wód gruntowych - aby woda nie zalewała nam złoża żwirowego.

Pojemność cieplna GWC

W najczęściej realizowanych GWC żwirowych działa on na zasadzie akumulacji ciepła w złożu żwirowym. Im więcej zgromadzimy żwiru, tym lepiej, bo większa też będzie pojemność cieplna takiego złoża żwirowego. W większym złożu żwirowym zgromadzimy więcej ciepła. Ale to zgromadzone w nim ciepło z czasem się wyczerpuje, złoże się wychładza. Trzeba go regenerować, a to wymaga zazwyczaj czasu.
A skąd się bierze to ciepło ? - z gruntu pod złożem żwirowym.

Regeneracja złoża - ładowanie ciepłem

GWC żwirowy - regeneracja złoża
Regeneracja polega na przepływie ciepła od gruntu zalegającego pod złożem, do złoża żwirowego. Ten przepływ ciepła jest dość wolny i zależy od warunków gruntowo-wodnych w warstwach pod GWC, oraz od szybkości przepływu ciepła pomiędzy gruntem a złożem żwirowym, a ta zależy od powierzchni wymiany ciepła.
W przypadku pojedynczego złoża żwirowego, GWC pracuje w cyklu przemiennym - np. połowę doby pracuje, a drugą połowę doby odpoczywa (regeneruje się). Jest to pewien mankament, bo przez połowę doby GWC nie funkcjonuje.
Można tego uniknąć budując większe GWC, które zapewni więcej ciepła i jednoczesną, większą ciągłą wymianę ciepła z otaczającym gruntem (regenerację), umożliwiając ciągłość pracy GWC. Wymaga to jednak więcej miejsca na działce, więcej żwiru ... - koszty budowy będą trochę większe.
W praktyce stosuje się czasem podwójne złoża żwirowe - pracujące na zmianę. Jedno pracuje, a drugie w tym czasie regeneruje się, co zapewnia ciągłość pracy wymiennika gruntowego w systemie wentylacji.

Powierzchnia wymiany ciepła, a wydajność GWC

Pojemność cieplna złoża to jedno. Ale jest jeszcze drugi bardzo ważny aspekt sprawy, wpływający istotnie na efektywność cieplną GWC - powierzchnia wymiany ciepła.
Przepływ ciepła następuje na styku złoża z podłożem gruntowym. Im większa będzie ta powierzchnia, tym więcej ciepła przepływa od gruntu do złoża żwirowego. Tym szybciej regeneruje się złoże.

W praktyce, ten aspekt jest dość często pomijany przy budowie GWC żwirowego.
Buduje się złoża żwirowe, skupiając się tylko na jego pojemności cieplnej - dużo żwiru do jednego głębokiego dołka i to wszystko.
np. złoże żwirowe grubości 0,9m szerokości 1,5m długości 6,0m. Objętość złoża wyniesie V=0,9x1,5x6,0 = 8,1m3.
Powierzchnia wymiany ciepła wynosi tu: 1,5x6,0 = 9,0 m2.
Rysunek przedstawiony poniżej pokazuje jak ważny jest sposób rozłożenia żwiru w GWC.

Jak zwiększyć wydajność i efektywność cieplną GWC żwirowego

Można oczywiście kupić 2x więcej żwiru i zrobić 2x większy GWC.
Ale jest lepszy, prostszy i efektywniejszy sposób.
Wystarczy ten sam żwir rozłożyć na większą powierzchnię. Wykonujemy dołek dłuższy i szerszy (9,0x3,0 m), ale płytszy. Ten sam żwir rozkładamy w wykopie cieńszą warstwą ok. 30cm.

Objętość żwiru wynosi: 9,0x3,0x0,3m = 8,1m3 (czyli tyle samo jak poprzednio).
Powierzchnia wymiany ciepła wynosi tu 3,0x9,0 = 27 m2, a więc jest 3x większa (!!!).

Obrazuje to poniższy rysunek.
powierzchnia wymiany ciepła w GWC
Jest tu pewne uproszczenie, bo powierzchnie boczne też biorą udział w wymianie ciepła, ale dzieje się to w znacznie mniejszym zakresie i można ten przepływ pominąć. Główny kierunek przepływu ciepła biegnie od dołu do góry i powierzchnia dolna ma największy udział w przekazywaniu ciepła do żwiru. A jeszcze istotniejsze jest to, że przekazywanie ciepła następuje również bezpośrednio od gruntu do przepływającego przez złoże powietrza wentylacyjnego.

Powietrze przepływając przez takie złoże styka się nie tylko ze żwirem, ale również z gruntem pod żwirem i pobiera też ciepło bezpośrednio od gruntu, co ma kapitalne znaczenie dla szybkości przepływu ciepła do powietrza wentylacyjnego. Taki GWC będzie się regenerował na bieżąco i będzie mógł działać bez przerw na regenerację.
Taki "spłaszczony" GWC żwirowy przypomina trochę w działaniu płytowy GWC.

Możemy teraz całe złoże żwirowe umieścić wyżej unikając okresowego zalewania złoża przez wody gruntowe. Jest to bardzo istotny atut takiego rozwiązania przy wysokim poziomie wód gruntowych.

Wydajność GWC

Żwirowy wymiennik ciepła - wydajność energetyczna

    Jeśli złoże żwiru nie jest duże, to wydajność GWC będzie ograniczona i nie będzie on właściwie pracował przez cały czas.
    W zimie przy mroźnym powietrzu złoże żwirowe GWC stopniowo się wychładza. Może dojść do takiej sytuacji, że powietrze po przejściu przez złoże żwirowe, będzie mieć temperaturę wyższą, ale nadal ujemną, co nie będzie dobre dla rekuperatora.

    Jak tego uniknąć ?

    Jak poprawić wykorzystanie GWC ?

    Sposób - I

    Podział czasu wykorzystania GWC na dwie fazy

    Pierwsza faza, to praca, a druga, to regeneracja cieplna złoża żwirowego.
    Często wykorzystanie GWC dzieli się na dwie części - np. na 16-godzinny czas pracy i 8-godzinną regenerację cieplną złoża żwirowego. W czasie regeneracji (tryb dzienny) pobór powietrza należy przełączyć na czerpnię umieszczoną na dachu lub ścianie budynku - najlepiej na stronie południowej. Realizuje się to automatycznie prostym sterownikiem (przełącznikiem automatycznym) - tryb nocny to GWC, a tryb dzienny to czerpnia na dachu. Regeneracja polega na ponownym uzyskaniu przez złoże żwirowe temperatury otaczającego je gruntu.

    Sposób - II

    Zastosowanie w GWC dwóch pól żwirowych

    Jeśli mamy dość miejsca na działce i fundusze, to można też zrobić dwa pola żwirowe, które będą pracować naprzemiennie - jeden pracuje, drugi się regeneruje - w ten sposób będziemy korzystać z GWC bez przerw. Wszystko zależy od warunków na działce i oczywiście od funduszy, jakie możemy przeznaczyć na wykonanie GWC. Właściwie wykonany GWC może nie tylko obniżyć koszty ogrzewania domu, ale znacznie poprawić wewnętrzne warunki klimatyczne.

    Sposób - III

    Jak jeszcze można zwiększyć wydajność GWC ?

    W przypadku wymiennika żwirowego, którego sposób wykonania przedstawiono obok na szkicach, chcąc zwiększyć jego wydajność energtetyczną wystarczy zwiększyć jego długość, czyli wymiar "B". Przy tak zbudowanym GWC żwirowym, wraz z jego wydłużaniem, opory przepływu powietrza nie wzrosną. Wzrasta natomiast powierzchnia wymiany ciepła, co zwiększa jego wydajność energetyczną, podobnie jak przy wymiennikach płytowych. Potrzeba do tego trochę więcej miejsca na działce. Będzie też trochę więcej kosztować.
Tagi: