Gruntowy wymiennik ciepła – czy to darmowa energia?

Czym jest gruntowy wymiennik ciepła (GWC)?

GWC pozwala na skorzystanie z darmowej energii zgromadzonej w gruncie.

Dzięki temu, że temperatura gruntu jest przez cały rok stabilna i wynosi ok. 3-8 stopni Celsjusza na głębokości ok. 1 – 1,5 metra:

• Latem, ciepłe powietrze przepływające przez GWC będzie ochładzane o kilka lub kilkanaście stopni
• Zimą, zimne powietrze przepływające przez GWC będzie ogrzewane o kilka lub kilkanaście stopni.

Miło, prawda? Darmowa energia z ziemi – to brzmi przekonująco. Co więcej, słyszałem o tym, że przy zastosowaniu GWC można zrezygnować z klimatyzacji, a rachunki za ogrzewanie potrafią zmniejszyć się tak bardzo, że właściwie nie ma co się zastanawiać nad montażem gruntowego wymiennika ciepła.

A jak jest naprawdę?

Cóż, jak zwykle – nie jest tak różowo, jak przedstawiają to firmy zajmujące się produkcją i montażem GWC. Ale nie jest też tak źle. 🙂

W dzisiejszym artykule:

• Omówię różne typy GWC,
• Omówię aspekty zdrowotne,
• Policzymy opłacalność (a przynajmniej spróbujemy) zarówno ogrzewania, jak i chłodzenia. Czy GWC może zastąpić klimatyzację?

Zauważyłem, że zainteresowanie gruntowymi wymiennikami ciepła znacznie wzrosło po publikacji wielu wartościowych filmów Pana Macieja Sempińskiego na YouTube (najpopularniejszy film ma już ponad 500 000 wyświetleń – https://www.youtube.com/watch?v=Lv5nZUD8LhQ )
W tym artykule omówię rozwiązania, które zastosował w swoim domu i podpowiem, czy warto je zastosować u siebie.

Co tak rzadko piszesz Sławku? 🙂

Krótkie wyjaśnienie: jak zauważyliście, ostatni długi artykuł na blogu opublikowałem kilka miesięcy temu.

Są 4 główne powody związane z tak długą przerwą:

• Nieustanna praca nad kursem „Budowa domu od zera:: zarządzanie budową i kontrola prac”. Pierwsze materiały zacząłem nagrywać we wrześniu, ostatnie przygotowałem 2 tygodnie temu i za chwilę nagrywam kolejne. 🙂 Kurs przygotowałem wspólnie z inż. budownictwa Krystianem Lemkowskim i jest to idealny kurs, jeżeli planujesz budowę domu murowanego i chcesz wybudować go zgodnie z zasadami wiedzy technicznej. Więcej informacji na stronie: www.jaksiewybudowac.pl
• Nagrywanie podcastów „Dylematy budowlane”, które tworzę razem z Krystianem Lemkowskim, a które ukazują się w każdy wtorek o godzinie 19. Zachęcam do słuchania. 🙂 Spotify: Jak się wybudować? | Podcast on Spotify.  Podcast na YouTube: Budowa w Praktyce – YouTube
• Przygotowywanie aktualizacji do kursu „Przygotowanie do budowy”. Dbam o to, aby każdy kurs zawierał aktualne informacje. 🙂
• Prowadzenie kanału na Youtube. Mój ostatni film o tym, ile kosztuje budowa w roku 2023 zbliża się do 100 000 wyświetleń.

Jak widać koncentruję się ostatnio na nagrywaniu filmów i podcastów, ale… naprawdę bardzo brakuje mi pisania oraz publikacji długich i szczegółowych artykułów.

Doba niestety nie jest z gumy. 🙁  Pomóżcie: czy mam „jak dawniej” pisać długie artykuły czy lepiej nagrywać filmy na YouTube?

Dajcie znać. Podobno nikt nie czyta tak długich artykułów, takich jak dzisiejszy i mam nadzieję, że wyprowadzicie mnie z błędu. 😉

Podział gruntowych wymienników ciepła.

Wszystkie wymienniki łączy jedno – ogrzane (zimą) lub schłodzone (latem) powietrze, dostarczane jest do budynku przez system wentylacyjny. Najczęściej wraz z GWC stosuje się wentylację mechaniczną, która pozwala równomiernie rozprowadzić powietrze po budynku.

GWC dzielą się na:

a) Przeponowe (GWC rurowy).

W tym rozwiązaniu powietrze nawiewane jest do budynku przez zakopaną rurę lub rury PCV. To powietrze nie ma styczności z gruntem – wymiana temperatury między gruntem, a powietrzem nawiewanym do budynku odbywa się poprzez rurę (przeponę).

Cechy:

• Wymaga stosowania filtrów na czerpni (umieszczonej ponad gruntem), które oczyszczają powietrze przed trafieniem do centrali wentylacyjnej (pozwoli to rzadziej wymieniać filtry w rekuperatorze) lub bezpośrednio do  budynku (przy wentylacji grawitacyjnej).
• Wymaga wentylatora. Brak wentylatora to mały pobór powietrza, a więc i niska skuteczność.
• Niewielka (w porównaniu do innych GWC) powierzchnia wymiany energii – niższa skuteczność działania.
• Można stosować z wentylacją grawitacyjną.
• Wymaga odprowadzenia skroplin. Rury układa się z niewielkim (1%) spadkiem, na końcu rury montuje się studzienkę chłonną.

Dlaczego powstają skropliny?

Otaczające nas powietrze jest „wilgotne” – zawiera parę wodną. Latem ciepłe powietrze przechodzące przez GWC ulega ochłodzeniu, co powoduje zwiększenie wilgotności względnej. Przy wilgotności wynoszącej 100% z powietrza skrapla się para wodna.

Brak odprowadzenia pary wodnej (skroplin) grozi zawilgoceniem, a następnie zagrzybieniem rury. Z tych samych powodów należy odprowadzać skropliny z centrali wentylacyjnej i klimatyzacji – najczęściej odprowadza się je do kanalizacji.

Temperatura, w której wilgotność względna powietrza wynosi 100%, nazywa się temperaturą punktu rosy.

b) GWC glikolowy.

W tym wymienniku zamiast powietrza stosowany jest glikol, który skuteczniej odbiera energię od powietrza i jest wydajniejszy od GWC rurowego.

Jest to układ zamknięty – glikol krąży między gruntem, a budynkiem. Aby odebrać energię z glikolu, konieczne jest zastosowanie wymiennika glikol-powietrze, który umieszcza się w budynku między czerpnią świeżego powietrza dochodzącego do rekuperatora, a centralą wentylacyjną.

Uwaga. W tym artykule (i w innych) używam zamiennie słowa „Rekuperator” i „Centralna wentylacyjna z odzyskiem ciepła”. To drugie określenie jest bardziej precyzyjne, ale słowo „rekuperator” jest krótsze i… wszyscy wiedzą o co chodzi. 😉

Cechy:

• Brak czerpni powietrza przy GWC. Jest to układ zamknięty, nie wymagający filtracji.
• Wymaga wykonania wentylacji mechanicznej.
• Bardziej skomplikowane rozwiązanie od GWC rurowego, ale jednocześnie zapewniające większą skuteczność.
• Wymaga pompy obiegowej do glikolu oraz wymiennika glikol – powietrze, co przekłada się na wyższe koszty eksploatacyjne.

c) Bezprzeponowe (żwirowe).

W tym rozwiązaniu powietrze przepływa od czerpni powietrznej przez żwir o dużej granulacji.

Cechy:

• Bezpośredni kontakt powietrza z gruntem.
• Zajmuje mniej powierzchni niż GWC rurowy i glikolowy.
• Nie wymaga odprowadzenia skroplin (skroplona para wodna spływa do gruntu)
• Ograniczone możliwości montażu – nie należy montować na terenie z wysokimi wodami gruntowymi i na terenach o dużych opadach.

d) GWC Płytowe, Grzebieniowe, Geostrong i inne

 Są to rozwiązania opracowane i często opatentowane przez różne firmy. Szczegóły dotyczące takich wymienników znajdziecie na stronie producentów. Wymienniki te mają następujące cechy:

• Posiadają czerpnię powietrza.
• Powietrze kontaktuje się z gruntem.
• Zajmują mniej powierzchni niż GWC rurowe i glikolowe.
• Niektóre GWC można zamontować w obrysie fundamentów, a także pod płytą fundamentową.

GWC a wentylacja

Jak wspomniałem GWC zwykle stosuje się razem z wentylacją mechaniczną. Co prawda GWC rurowe można stosować przy wentylacji grawitacyjnej, ale nie spotkałem się z tym rozwiązaniem w praktyce, ponieważ nie jest możliwe dostarczenie powietrza do każdego pomieszczenia w domu.

Z tego powodu zanim podejmiesz decyzję o montażu GWC, najpierw zdecyduj, czy chcesz mieć w domu wentylację mechaniczną.

Uwaga. Wbrew pozorom wentylacja mechaniczna NIE JEST obowiązkowa. Co prawda Warunki Techniczne, które weszły w życie w 2021 roku utrudniły projektowanie domów z wentylacją grawitacyjną, ale wciąż można taki dom zaprojektować i wybudować.

Wentylacja mechaniczna nie jest niezbędna i co więcej – nie zawsze warto ją wykonywać. Więcej informacji znajdziesz w tym artykule: Wentylacja mechaniczna, grawitacyjna i hybrydowa. 

Jak działa GWC w połączeniu z centralą wentylacyjną?

Przed centralą wentylacyjną umieszcza się przepustnicę, która wybiera źródło powietrza: zimą i latem powietrze jest pobierane z GWC, a w pozostałych porach roku z czerpni powietrznej centrali wentylacyjnej (powietrze nawiewane z GWC wiosną powodowałoby niechciane ochładzanie budynku). Przepustnica może być sterowana automatycznie, np. za pomocą czujników temperatury.

Prawidłowo dobrane GWC pozwala zrezygnować z nagrzewnicy powietrza nawiewanego i obniżyć nieco koszt centrali wentylacyjnej.

Czym jest nagrzewnica?

To niewielkie urządzenie montowane na wlocie powietrza nawiewanego przed rekuperatorem, które podgrzewa powietrze o ujemnej temperaturze. Brak tego urządzenia mogłoby spowodować zamarznięcie wymiennika w rekuperatorze. Dzięki GWC, nawiewane powietrze na temperaturę wyższą od 0 stopni więc nagrzewnica staje się zbędna.

Zaznaczam, że nieprawidłowo zaprojektowane lub wykonane GWC może przy niskich temperaturach zewnętrznych nawiewać do centrali wentylacyjnej temperaturę niższą od zera!

Czy gruntowy wymiennik ciepła ma właściwości prozdrowotne?

Częstym argumentem za stosowaniem GWC bezprzeponowych (żwirowych, płytowych itd.) są korzyści zdrowotne – podobno takie wymienniki redukują zarodniki bakterii i grzybów.

To częściowa prawda.

Na pewno duża część zanieczyszczeń obecnych w powietrzu zostanie zatrzymane przez złoże (np. żwir). Nie znalazłem jednak badań, które potwierdzają, że pochłanianie zanieczyszczeń przez GWC przynosi jakiekolwiek korzyści zdrowotne. Tak, znalazłem badania, które udowadniają redukcję zanieczyszczeń, ale nie oznacza to, że mieszkańcy będą zdrowsi.

Paradoks?

Cóż, nawet, jeżeli GWC pochłaniałoby 100% bakterii i grzybów (co nie jest możliwe), to przecież tylko część powietrza dostaje się do domu tą drogą. A co z powietrzem, które będzie przepływać przez centralę wentylacyjną, w którym są umieszczone „zwykłe” filtry, bez cudownych właściwości? A co z powietrzem, które dostaje się przez różne nieszczelności oraz przy otwieraniu okien i drzwi?

Poza tym zdecydowana większość osób mieszkających w domach i mieszkaniach używa wentylacji grawitacyjnej bez żadnych filtrów i jest im dobrze, zdrowo i komfortowo. Oczywiście możesz być alergikiem lub mieszkać na terenach na których jest podwyższona wartość smogu lub zanieczyszczeń i wtedy warto stosować dodatkowe filtry i zabezpieczenia – natomiast i w takim przypadku proponuję „po prostu” wybudować dom z wentylacją mechaniczną i zadbać o dobre filtry i ich regularną wymianę, a niekoniecznie montować gruntowy wymiennik ciepła.

Często proponuje się zasypanie wymiennika warstwą zeolitu, który bardzo dobrze pochłania zanieczyszczenia dzięki licznym kapilarom. Tak, to prawda, że zeolit ma takie właściwości, ale pojawia się pytanie – skoro zeolit wymienia się w złożach do filtrowania wody co kilka lub kilkanaście miesięcy, to czy zeolit umieszczony pod ziemią nie będzie wymagał także takiej wymiany za jakiś czas? Cóż, rozsądek podpowiada, że będzie wymagał, ale lojalnie informuję, że nie znalazłem żadnych badań, które potwierdzają lub zaprzeczają tej tezie.

A co z GWC przeponowymi?

GWC glikolowe jest obojętne dla zdrowia (glikol odpowiada tylko za transport energii), a GWC rurowy jest dla zdrowia obojętny przy zastosowaniu odpowiednich filtrów na czerpni powietrza.

Jeżeli ktoś proponuje montaż GWC w celach prozdrowotnych, zapytaj go, w jaki sposób obliczy skuteczność filtracji powietrza przez GWC umieszczony na Twojej działce i zapytaj, w jaki sposób wpłynie to na zdrowie Twojej rodziny. Nie daj się zbyć ogólnikami.

A co z radonem?

Radon jest radioaktywnym gazem, który może spowodować choroby nowotworowe układu oddechowego w przypadku przekroczenia jego poziomu. Zadbanie o niski poziom radonu w budynku jest znacznie ważniejsze od ograniczenia liczby bakterii i zanieczyszczeń, tymczasem… mało kto o radonie słyszał. W kursie „Budowa domu od zera” wraz z inż. budownictwa Krystianem Lemkowskim pokazujemy, w jaki sposób odpowiednio zabezpieczyć budynek przed przekroczeniem poziomów radonu, stosując m.in. odpowiednią, szczelną hydroizolację posadzki.

Stosując GWC (wyjątek: GWC glikolowy) dosyć beztrosko wpuszczamy powietrze, w którym może znajdować się radon. Przed podjęciem decyzji o montażu GWC porozmawiaj z firmą wykonawczą o tym, czy wykonuje badania radonu.

Linki uzupełniające:

Podcast „Dylematy budowlane” – od 1:40: https://www.youtube.com/watch?v=JPxuS5WLs2I

https://www.gov.pl/web/poznajradon/mapy-radonowe2
https://www.youtube.com/watch?v=3TRKpyS-ATQ

GWC a wilgotność

Argumentem za stosowaniem GWC bezprzeponowego (np. żwirowego)  jest naturalne dowilżanie powietrza zimą i osuszanie powietrza latem.

Powietrze przepływające przez GWC ma wyższą wilgotność zimą, a mniejszą latem i rzeczywiście można w ten sposób regulować wilgotność w budynku.

Wykonanie GWC wyłącznie dla tej korzyści nie ma jednak uzasadnienia ekonomicznego.

Znacznie lepiej i taniej jest:

• Zastosować wymiennik entalpiczny w centrali wentylacyjnej,
• Stosować nawilżacze.

Co istotne – nie masz żadnej pewności przed budową domu, że będziesz niezadowolony z poziomu wilgotności w budynku.

Nie jest prawdą, że budowane obecnie domy są za szczelne i przez to występuje problem z wilgocią lub pomieszczenia są przesuszane – dobrze wybudowany dom z prawidłowym systemem wentylacji nie będzie wymagał specjalnych zabiegów. W wielu przypadkach naprawdę wystarczy dobrze zaprojektowana wentylacja mechaniczna z wymiennikiem przeciwprądowym i dodawanie GWC „na wszelki wypadek” nie ma sensu… Podczas budowy domu i tak wydatków mamy aż za dużo. 🙁

Czy gruntowy wymiennik ciepła się opłaca?

To trudny temat.

Przede wszystkim robienie GWC „na oko”, bez żadnego projektu i wykonania obliczeń nie ma żadnego sensu. Powietrze lub glikol przepływające przez GWC może nie osiągnąć temperatury gruntu, a przepływy będą tak niskie, że korzyść ze stosowania GWC będzie żadna.

Uprzedzam o tym, bo czasami widzę posty osób, które zdecydowały się na GWC i piszą:
„Jestem zadowolony. Powietrze nawiewane ma zimą +8 stopni i to za darmo!”

Tymczasem sama temperatura powietrza nawiewanego nie ma żadnego znaczenia, jeżeli przepływy powietrza są zbyt niskie, aby obniżyć lub podwyższyć temperaturę w budynku.

Obrazowo: to, że wrzucisz do garnka z ciepłą wodą kostkę lodu, nie oznacza, że obniży się jej temperatura, a to, że skapuje ci z kranu darmowa woda nie oznacza, że za napełnisz wannę za darmo w sensownym czasie. 🙂 Ważna jest nie tylko jaka jest temperatura nawiewanego powietrza, ale też ile tego powietrza napływa.

Niektórzy użytkownicy chwalą się wysoką temperaturą powietrza nawiewanego na wyjściu rekuperatora (np. nawiewanego do pomieszczeń). Taki odczyt temperatury nie ma jednak sensu – powietrze, które przeszło przez GWC, trafiło do rekuperatora, w którym zostało ogrzane przez powietrze wywiewane. To nie jest darmowa energia – zapłaciliśmy przecież za ogrzanie tego powietrza pompą ciepła, kotłem gazowym lub innym urządzeniem.

Oczywiście jest także dużo osób zadowolonych z GWC, którzy robią odpowiednie pomiary i uzyskują satysfakcjonujące wyniki. Chcę tylko podkreślić, że robienie GWC na zasadzie: „Wykopiemy dołek, wrzucimy rurę i zasypiemy żwirem„, może nie przynieść oczekiwanych rezultatów.

Na opłacalność gruntowego wymiennika ciepła wpływa:

• Długość rur, opór rur, sposób i głębokość położenia. Każde załamanie rury zwiększa opory przepływu
• Przewodność gruntu. Ile możemy pozyskać energii z gruntu? Rodzaj gleby i jej wilgotność da różne wyniki. Informacyjnie: współczynnik przewodzenia ciepła wynosi od ok. 1 W/mk (suchy grunt piaszczysty), do 2,3 W/mk (grunt wilgotny, grunt gliniasty). Strumień ciepła: 10 W/m^2 (grunt suchy niespoisty), 20-30 (grunt spoisty wilgotny), 40-50 (grunt żwirowy i gliniasty nasycony wodą).
• Pojemność cieplna gruntu.

Pojemność cieplna gruntu nie jest nieskończona.

Powietrze lub glikol przechodzące przez GWC wychładza (latem) lub ociepla (zimą) grunt. Dobrze wykonane GWC spowoduje, że temperatura gruntu będzie cały czas stabilna – energia, którą „zabierzemy” z gruntu zimą zostanie na bieżąco uzupełniona energią z ziemi, a energią, którą dostarczymy do gruntu latem, zostanie rozproszona. Źle wykonane GWC może spowodować, że energia w gruncie nie zdąży się regenerować/rozproszyć, a to znacznie obniży skuteczność działania GWC.  I chociaż zgadza się, że temperatura gruntu jest przez cały rok stabilna i wynosi ok. 3-8 stopni, to nie oznacza to, że temperatura gruntu będzie stabilna po założeniu gruntowego wymiennika ciepła!

Dobry przykładem jest GWC żwirowe, które – nieprawidłowo wykonane – może już po kilkunastu godzinach działania spowodować, że temperatura gruntu zmieni się na tyle, że konieczna będzie 12 godzinna przerwa na regenerację złoża. Z tego powodu często stosuje się układy podwójne – GWC żwirowe dzieli się na 2 części i podczas regeneracji jednej części, budynek korzysta z drugiej części, natomiast w przypadku innych rodzajów GWC także jest ryzyko utraty pojemności cieplnej gruntu przy nieprawidłowym projekcie lub wykonaniu.

• Strefa klimatyczna
• Zapotrzebowanie na energię budynku,
• Rodzaj wentylacji,
• Koszt ogrzewania i chłodzenia.

Aby ocenić opłacalność GWC trzeba uwzględnić 2 rzeczy: oszczędność na ogrzewaniu i na chłodzeniu.

Oszczędność na ogrzewaniu.

Opłacalność można policzyć na kilka sposobów i bardzo łatwo tu o błędne założenia, które zupełnie wypaczą wynik.

Wykonałem kilka obliczeń i porównałem 2 warianty:

1. Budynek bez GWC.
2. Budynek z GWC. Przyjmujemy, że GWC dostarcza powietrze o temp. 8 stopni Celsjusza.

Aby pokazać, jak łatwo uzyskać różne wyniki, bazując na poprawnych danych, założyłem, że nasz budynek będzie znajdować się w Lublinie. Sprawdziłem, że w 2010 roku dla Lublina liczba stopniodni dla temp. +15 stopni wynosiła:

Stopniodni

Stopniodni oznaczają, o ile stopni należy podnieść temperaturę każdego dnia, aby uzyskać +15 stopni Celsjusza. +15 stopni jest temperaturą powietrza przy której w budynkach wyłącza się ogrzewanie.

Przykład: Jeżeli każdego dnia przez cały miesiąc na zewnątrz byłaby temperatura +13 stopni, to liczba stopniodni w tym miesiącu wynosiłaby 60 (2 stopnie * 30 dni).

Zakładając, że mamy GWC, które ciągle dostarcza powietrze o temperaturze +8 stopni, liczba stopniodni potrzebnych do podniesienia temp. z +8 do +15 stopni wynosi:

Przy założeniu, że przez cały okres grzewczy GWC dostarcza +8 stopni, z powyższej tabeli wynika, że liczba stopniodni zmniejszy się o połowę więc oszczędzimy ok. 50% na ogrzewaniu.

I tu właśnie mamy przekłamanie. Wziąłem dane z 2010 roku – jednego z bardziej chłodnych z ostatnich latach. W Lublinie w styczniu 2010 roku było średnio -8 stopni Celsjusza, a czym niższe temperatury tym większa liczba stopniodni i wyższa opłacalność GWC.

Po 2010 roku było już jednak znacznie cieplej i oszczędność na ogrzewaniu między 2011 a 2022 rokiem wynosiła od 20% do 40% rocznie. Pamiętać należy, że ten wynik uzyskałem przy dość optymistycznym założeniu ciągłego nawiewania do budynku powietrza z gruntowego wymiennika ciepła o temperaturze +8 stopni. Jeżeli GWC dostarczy powietrze o temperaturze +3 stopnie, to roczne oszczędności na ogrzewaniu wyniosą tylko kilkanaście procent…

Jak to się przelicza na złotówki?

To zależy od zapotrzebowania na energię Twojego domu i kosztu pozyskania 1 kWh energii.

Jeżeli Twój budynek potrzebuje do ogrzania 4000 kWh energii rocznie i ogrzewasz go energią elektryczną, to dobrze zaprojektowane i wykonane GWC przyniesie ok. kilkuset do 1000 zł oszczędności rocznie. Jeżeli jednak ten sam budynek ogrzewasz gruntową pompą ciepła, a koszt 1 kWh wynosi np. 20 groszy, to na ogrzewanie wydasz 800 zł rocznie, a GWC przyniesie rocznie może 100 – 300 zł oszczędności i to przy założeniu, że nie liczymy strat energii generowanych przez wentylator.

W innych warunkach gruntowych i strefie klimatycznej oszczędności mogą wynosić raptem kilkadziesiąt złotych rocznie.

Oszczędność na chłodzeniu

Odpowiednią temperaturę w domu można zapewnić na wiele sposobów: odpowiednio sytuując budynek względem stron świata, montując okna o odpowiednich parametrach, używając rewersyjnych pomp ciepła, stosując rolety zewnętrzne, budując dom z materiałów o dużej akumulacyjności ciepła lub używając klimatyzacji.

W wielu przypadkach w budynku nie będziesz potrzebował klimatyzacji. Ja nie mam i jest mi dobrze. 🙂 Wszystko zależy od konkretnego projektu i dlatego z projektantem porozmawiałbym o tym, jaka temperatura będzie latem w Twoim domu i dopiero po uzyskaniu konkretnej odpowiedzi zastanowiłbym się, czy potrzebujesz obniżać temperaturę w domu i o ile stopni.

Czy GWC zastępuje klimatyzację?

Aby to stwierdzić, należy policzyć, ile potrzebujemy powietrza, aby obniżyć temperaturę w budynku do określonego poziomu.

Q = V * p * Δh

• Q – moc chłodnicza, kW
• V – strumień objętości powietrza wentylacyjnego, m³/s
• ρ – gęstość powietrza, kg/m³
• Δh – różnica entalpii, kJ/kg – wartości te odczytujemy z wykresu Moliera. Z wykresu można odczytać temperaturę, wilgotność względną oraz bezwzględną, temperaturę punktu rosy i entalpii powietrza wilgotnego. Znając 2 parametry, możemy odczytać pozostałe.

Założenia:

Temp. w budynku: 20 stopnie, wilgotność względna: 50%

Temp. powietrza zew. 30 stopni, wilgotność względna: 50%

Powierzchnia użytkowa: 150 m2. Wysokość: 3 metry. Strumień powietrza wynosi 450 m3/h przy 100% mocy rekuperatora.

Q = 450/3600 * 1,17 * (  64 – 38) = 3,8 kW.

Taka jest potrzebna moc chłodnicza przy kilku założeniach:

• Rekuperator działa na 100% mocy i włączony jest by-pass, który uniemożliwia wtórne nagrzewanie się powietrza nawiewanego.
• GWC dostarczy 150 m3 powietrza na godzinę o stałej temperaturze (nie zmniejszy się pojemność cieplna gruntu).

W praktyce moc chłodnicza typowego GWC wynosi ok. 1 – 2 kW co oznacza, że przy tych założeniach temperatura w budynku zmniejszy się o 2 – 4 stopnie Celsjusza. GWC na pewno nie zastąpi klimatyzacji, ale może nieco obniżyć temperaturę w domu. Możemy oczywiście wybudować większe GWC o wyższej skuteczności, ale wtedy stawia to pod znakiem zapytania opłacalność tej inwestycji.

Gruntowy wymiennik ciepła – czy warto go wykonać?

 Nie ukrywam, że jestem sceptycznie nastawiony do gruntowych wymienników ciepła w nowoczesnym budownictwie.

Jeżeli zależy Ci na niskich rachunkach za ogrzewanie, wybuduj dom niskoenergetyczny: np. 20 cm izolacji ścian, 20 cm izolacji podłogi, 40 cm izolacji poddasza. Zadbaj o poprawne wykonanie – na nic najlepsze materiały, jeżeli energia będzie uciekała przez nieszczelności spowodowane niestarannym wykonaniem. Zadbaj o poprawny montaż stolarki okiennej i drzwiowej. Zamontuj wentylację mechaniczną z odzyskiem ciepła, ale… z głową. Szukaj wykonawcy, który wykona instalacje zgodnie z Twoim projektem budowlanym lub oczekuj od wykonawcy przygotowania takiego projektu. O tym, jak poprawnie wybudować dom i skontrolować wszystkie prace, dowiesz się z naszego kursu „Budowa domu od zera: zarządzanie budową i kontrola prac”.

Jeżeli zależy Ci na zapewnieniu odpowiedniej wilgotności w budynku, to są inne, tańsze rozwiązania, a możliwe, że po budowie domu będziesz zadowolony z poziomu wilgotności i nic nie będziesz zmieniał.

Jeżeli zależy Ci na korzyściach zdrowotnych, to pamiętaj, że powietrze dostarczane przez GWC jest tylko częścią powietrza nawiewanego do Twojego budynku.

Czy warto samodzielnie wykonać GWC? Sporo osób wykonuje samodzielnie GWC rurowe – jest to tani sposób, ale trzeba się dobrze przygotować do jego wykonania:

• Brak badania gruntu i budowa na terenie o dużym napływie wód opadowych lub wód gruntowych może uniemożliwić korzystanie z GWC – jedynie GWC glikolowy sprawdzi się w takich przypadkach. W suchym, piaszczystym gruncie, skuteczność GWC jest bardzo niska.
• Zastosowanie zwykłych rur (np. kanalizacyjnych), bez atestów i bez powłoki antybakteryjnej, może przynieść więcej szkody niż korzyści – powietrze nawiewane będzie bardziej zanieczyszczone od powietrza zewnętrznego.
• Nieprawidłowo wykonany wymiennik nie będzie odprowadził skroplin, a to spowoduje napływ bakterii i brzydkie zapachy.
• Wykonanie GWC bez projektu może grozić tym, że albo powietrze w rurach nie zdąży przejąć temperatury gruntu, opory będą za wysokie i poniesiesz duże koszty związane z pracą wentylatora, albo rury będą ułożone za gęsto, powodując, że zmniejszy się pojemność cieplna gruntu, a więc pogorszy się skuteczność wymiennika.

Oczywiście wszystko da się policzyć i samodzielnie wykonać, zaznaczam jedynie, że do budowy GWC trzeba się dobrze przygotować. Na pewno nie wystarczy wykopanie dołu, ułożenie rur i zasypania całości żwirem – efekty mogą być niezadowalające lub wręcz żadne.

Wykonanie GWC przez firmę jest pewniejsze, ale oczywiście droższe.

Decydując się na gruntowy wymiennik ciepła, porozmawiaj z wykonawcą o:

• Opłacalności. Ile zaoszczędzisz stosując GWC? Czy wykonawca uwzględnił średnie temperatury w Twojej okolicy czy podaje skuteczność działania GWC na podstawie wykonanej instalacji znajdującej się np. z w innym województwie?
• Filtrowaniu zanieczyszczeń. Czy mają badania potwierdzające skuteczność likwidacji bakterii i grzybów?
• Obniżeniu poziomu radonu. Czy robią odpowiednie badania?
• Gwarancji.

Moim zdaniem wykonanie GWC ma sens wtedy, kiedy jesteś pasjonatem i jesteś pewny, że to rozwiązanie przyniesie dla Ciebie korzyści. W innych przypadkach proponuję do tematu GWC podejść ostrożnie, szczególnie, jeżeli oczekujesz, że ta inwestycja kiedyś się zwróci.

Maciej Sempiński – czy możliwe jest ogrzewanie za 0 zł?

Przy okazji nawiążę do pana Macieja Sempińskiego, którego filmy cieszą się ogromną popularnością na YouTube.

Pan Maciej twierdzi, że wybudował on dom pasywny, zastosował GWC i pewne niestandardowe rozwiązania i ogrzewa dom za 0 zł.

Chcę krótko omówić jego rozwiązania, aby pokazać, że każdy dom jest inny i to, że pewne rozwiązania u kogoś się sprawdzają, nie oznacza, że sprawdzą się u Ciebie.

Z czego składa się instalacja pana Macieja?

1. Fotowoltaika o mocy 4 kWp.
2. Maty grzewcze.
3. Gruntowy Wymiennik Ciepła (GWC) + centrala wentylacyjna z odzyskiem ciepła. Powietrze nawiewane zostaje ogrzane do ok. +8 stopni i wchodzi do rekuperatora. W rekuperatorze powietrze podgrzewa się od +20 do +20,5 ochładzając tym samym powietrze wywiewane z pomieszczeń z +22 stopni do +12.
4. Pompa ciepła. Powietrze wywiewane, które zostało ochłodzone do temperatury +12, nie jest wywiewane jak zwykle na zewnątrz budynku, ale zasila pompę ciepła, która korzystając z energii zawartej w tym powietrzu, podgrzewa wodę do temp. +50. Woda poprzez nagrzewnicę podgrzewa powietrze z +22 stopni do +30 do +35 stopni, a to powietrze anemostatami podawane jest na pokoje, aby utrzymać średnią temperaturę powietrza +22. I tak się cykl zamknął.

Najważniejszym elementem instalacji jest GWC, które nawiewa do budynku przez cały rok temperaturę ok. +8 stopni oraz wtórne wykorzystywanie ciepła powietrza wywiewanego przez rekuperację. Dzięki temu, że pompa ciepła jest cały rok zasilana powietrzem o wysokiej temperaturze (w porównaniu do temperatur zewnętrznych), ma wysoki SCOP (wysoką efektywność).

Czy to… działa? I czy możliwe jest uzyskanie kosztów eksploatacyjnych w wysokości 0 zł?

Tak, zastosowane rozwiązania mają sens. Jeżeli GWC nawiewa do budynku powietrze o temperaturze +8 stopni w sezonie grzewczym, to obliczenia są poprawne i uzyskujemy minimalne rachunki za ogrzewanie w tym konkretnym (!) przypadku.

Podkreślam, że w tym konkretnym przypadku to rozwiązanie ma sens, bo zarówno sposób budowy domu, jak i potrzeby mieszkańców pozwalają na uzyskanie niskich kosztów eksploatacyjnych:

• Stosunkowo mała powierzchnia budynku (82,5 m2)
• Wzorcowe usytuowanie budynku względem stron świata.
• Niezbyt duże okna i brak okien od północy.
• Małe potrzeby. Niskie zużycie prądu bytowego, niskie zużycie ciepłej wody użytkowej przy 2 osobach.
• Wyższe koszty budowy. Budynek jest zaizolowany m.in. styropianem o grubości 30 cm, wełną o grubości 40 cm, a stolarka została zamontowana według niestandardowych rozwiązań.
• Mała liczba wymian powietrza. Dla rodziny 4 osobowej to ok. 200-300 m3 na godzinę, w opisywanym budynku wartości są niższe.
• Optymalne warunki gruntowe.

Pan Maciej zapłacił 360000 zł za budowę domu ok. 8 lat temu, oczywiście nie znamy kosztów postawienia domu w tych czasach.

Nie wiemy też czy wybudował dom rzeczywiście pasywny, ale to trochę kwestia definicji: niektórzy uważają, że dom pasywny to taki, który nie ma aktywnych źródeł energii, a niektórzy, że to budynek, którego zapotrzebowanie na energię (ciepło) do ogrzewania nie przekracza 15 kWh/m2/rok.

Według jego obliczeń, zapotrzebowanie na energię do ogrzewania w jego budynku wynosi ok. 10,0 kWh/m2/rok (ok. 800 kWh rocznie), ale jest tu spore niedopowiedzenie. Jeżeli jego budynek miałby tak małe zapotrzebowanie na energię, to wystarczyłoby zamontować maty grzewcze w całym budynku i cieszyć się niewielkimi rachunkami za energię elektryczną. Bez GWC, centrali wentylacyjnej z odzyskiem ciepła i pompy powietrznej.

Podana wartość 800 kWh rocznie, oznacza, że tyle energii elektrycznej zostało wykorzystane do ogrzania budynku, a nie, że tyle wynosi zapotrzebowanie budynku na energię cieplną.

To subtelna różnica i pokażę na prostym przykładzie:

• Pewien budynek ma zapotrzebowanie na energię (ciepło) 3000 kWh rocznie. Jest ogrzewany matami grzewczymi (1 kWh energii elektrycznej = 1 kWh ciepła) więc rachunki za energię elektryczną wynoszą 3000 kWh rocznie.
• Ten sam budynek jest ogrzewany pompą ciepła o SCOP = 3 (1 kWh energii elektrycznej = 3 kWh ciepła). Rachunki za energię elektryczną wynoszą 1000 kWh rocznie, ale wciąż budynek ma zapotrzebowanie na ciepło w wysokości 3000 kWh. Zapotrzebowanie na ciepło budynku nie zmienia się w zależności od zastosowanych rozwiązań!

Opisywany budynek może więc mieć zapotrzebowanie na ciepło o wartości 3000 kWh/rocznie (ile wynosi naprawdę – nie wiemy), a dopiero po zastosowaniu wszystkich opisanych rozwiązań, faktyczne zapotrzebowanie na energię elektryczną wynosi 800 kWh rocznie.

Według mnie nie jest to więc dom pasywny.

I na koniec trzy przemyślenia:

• Rozwiązania, które zastosował pan Maciej są jak najbardziej prawidłowe. Tak, to działa. 🙂 Nie wyobrażam sobie jednak tego, aby ktoś, kto buduje pierwszy dom i nie ma tak dużego zacięcia jak Pan Maciej, zastosowałby opisane rozwiązania u siebie. „Sekretem” pana Macieja jest to, że to on wszystko samodzielnie policzył i zaprojektował.
• Każdy dom jest inny. Budując inny dom, w innej okolicy, z większymi przeszkleniami i oknami od strony północnej oraz dla większej rodziny, opisywane rozwiązania mogłoby być nieopłacalne.
• Prawdopodobnie zastosowanie standardowych rozwiązań w tym budynku przyniosłoby równie dobre wyniki: centrala wentylacyjna z odzyskiem ciepła, pompa ciepła powietrze-woda wraz z ogrzewaniem podłogowym i fotowoltaika także zapewniałyby niskie rachunki. Przy tak dobrze zaizolowanym budynku, mogłyby się także sprawdzić maty grzewcze lub kable grzejne ukryte w wylewce, co pozwoliłoby zrezygnować z pompy ciepła.

Kluczem niskich rachunków jest to, o czym wspominałem w artykule – zadbajmy o budowę domu niskoenergetycznego, a będziemy mieli niskie rachunki bez konieczności stosowania wielu rozwiązań. O tym zresztą często mówi Pan Maciej Sempiński – zaznacza, że kluczem do sukcesu jest budowa szczelnego, dobrze zaizolowanego domu. Cieszę się, że wiedza, którą posiada, trafiła do tak wielu ludzi za pomocą YouTube`a. Jeszcze raz zachęcam do obejrzenia jednego z jego filmów: https://www.youtube.com/watch?v=Lv5nZUD8LhQ

Mam nadzieję, że pomogłem podjąć decyzję o tym, czy warto montować gruntowy wymiennik ciepła.

Pozdrawiam,

Sławek Zając