Logotyp Pro-Vent
Pro-Vent Systemy Wentylacyjne
Dąbrówka Górna    ul. Posiłkowa 4a    47-300 Krapkowice    województwo opolskie
tel.: 77 440 44 98    fax: 77 440 44 92    serwis: 665 005 950    info@pro-vent.pl    www.pro-vent.pl
Rekuperatory, rekuperacja Gdańsk Katowice Kraków Lublin Olsztyn Opole Szczecin Warszawa Wrocław Łódź Białystok Bydgoszcz

Wentylacja z GWC + Pompa Ciepła

System wentylacji mechanicznej
Gruntowy wymiennik ciepła, GWC
Praca wymiennika
Centrala wentylacyjna Mistral z odzyskiem ciepła
Praca wymiennika
Centrala wentylacyjna Mistral z odzyskiem ciepła
Pompa ciepła
Praca zimowa układu (grzanie)
Praca letnia układu (chłodzenie)

System wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła w połączeniu z gruntowym wymiennikiem ciepła i pompą ciepła

Oznaczenia na rysunku:

  1. Gruntowy wymiennik ciepła
  2. Centrala wentylacyjna nawiewno-wywiewna z odzyskiem ciepła
  3. Układ sprężarkowej pompy ciepła:
    1. A. sprężarka
    2. B.C. wymienniki ciepła powietrze-freon lub powietrze-glikol

Gruntowy wymiennik ciepła, GWC

Gruntowy wymiennik ciepła, w skrócie GWC jest to budowla ziemna, przez którą transportowane jest powietrze służące do wentylacji budynków. Wykorzystuje akumulacyjne właściwości gruntu oraz fakt istnienia na pewnej głębokości (6-8m) praktycznie stałej temperatury ok.+8...+10 st.C.

Zimą możliwe staje się wstępne ogrzanie powietrza a latem znaczne jego ochłodzenie i osuszenie. Zamiast kłopotliwego umieszczania wymiennika na dużej głębokości można zasymulować jego głębokie posadowienie poprzez zastosowanie odpowiedniej grubości warstwy styropianu nad wymiennikiem i jego otoczeniu.

W wymienniku tym oddziałują na siebie dwa układy rozdzielone między sobą i odizolowane od otoczenia. Oddziaływanie tych układów powietrza i gruntu przejawia się przez wymianę ciepła. Wymiana ciepła zachodzi pod wpływem różnicy stanów termodynamicznych - temperatur pomiędzy układami.

Wymiana cieplna jaka zachodzi pomiędzy powietrzem w wymienniku a gruntem uwarunkowana jest poprzez tzw. izotermy gruntu jakie są w sąsiedztwie wymiennika.

Przepływające przez wymiennik powietrze spowoduje powstanie rozkładu gradientu temperatur wzdłuż drogi przepływu, wskutek czego następuje wymiana ciepła. Wartość tego gradientu jest największa przy czerpni powietrza, a najmniejsza na końcu wymiennika.

Przekrój przez wymiennik gruntowy (izometria).

Ułożone na odpowiedniej posypce płyty i rury wymiennika gruntowego zabezpiecza się folią i przysypuje warstwą ziemi. Kolejno układa się warstwę styropianu o grubości min. 12 cm I dodatkowo zabezpiecza folią i geowłókniną. Wszystko zasypuje się gruntem.

Przekrój przez wymiennik gruntowy GWC PROVENT-GEO

Bezprzeponowy Płytowy Gruntowy Wymiennik Ciepła GWC PROVENT-GEO to unikatowe, oryginalne rozwiązanie umożliwiające pozyskanie zawartego gruncie chłodu latem oraz ciepła w okresie grzewczym w maksymalnie wydajnym stopniu.

Zastrzeżony w Urzędzie Patentowym, modułowy sposób budowy oraz konstrukcja wymiennika umożliwia wykonanie układu dla obróbki powietrza wentylacyjnego wydajności od 200 do 30 000 m3/h.

Dzięki odpowiednio dobranej izolacji termicznej i niewielkiej grubości podłoża żwirowego wymiennik może być usadowiony płytko. Minimalna głębokość to około 0,7m poniżej gruntu, maksymalna to 2m. Umożliwia to stosowanie go w miejscach gdzie wody gruntowe występują dosyć wysoko. Istnieje również możliwość usadowienia wymiennika jeszcze płycej, stosuje się wówczas nasyp nad wymiennikiem.

Bezprzeponowy przepływ powietrza (w bezpośrednim kontakcie z odpowiednio przygotowaną warstwą gruntu) umożliwia odprowadzenie bezpośrednio do gruntu kondensatu powstającego w procesie schładzania powietrza, zapobiega rozwojowi grzybów i pleśni wykorzystując stabilizujące działanie naturalnej flory gruntu.

Odpowiednie ukształtowanie strugi powietrza przepływające przez płytowy wymiennik PROVENT-GEO gwarantuje maksymalnie skuteczną wymianę ciepła o niespotykanej gdzie indziej skuteczności. Konstrukcja i konfiguracja poszczególnych elementów wymiennika minimalizuje straty ciśnienia transportowanego powietrza.

Praca wymiennika

Wymienniki gruntowe stosowane są w układach wentylacji mechanicznej nawiewnej, bądź nawiewno-wywiewnej z odzyskiem ciepła. W fazie projektowania pozwalają na zmniejszenie rozmiaru urządzeń wentylacyjnych i grzewczych.

Pracę GWC w układach wentylacji nawiewno-wywiewnej z odzyskiem ciepła w aspekcie ekonomicznym można rozpatrywać tylko w dwóch okresach: zimowym i letnim.

Praca zimowa wymiennika gruntowego.

Dobrze zaprojektowany i wykonany GWC niezależnie od warunków zewnętrznych podgrzewa powietrze wentylacyjne do ok.. +2 st.C. Daje to możliwość znacznego ograniczenia kosztów inwestycyjnych instalacji grzewczej, mocy kotłowni jak również ciągłe i rosnące oszczędności eksploatacyjne. Dodatkowo wstępne podgrzanie powietrza zabezpiecza wymienniki ciepła central wentylacyjnych przed zamarzaniem, co znacznie podnosi sprawność procesu rekuperacji.

Można nawet powiedzieć, że GWC wręcz warunkuje w pełni skuteczną pracę wysokosprawnych urządzeń. Stosując GWC w połączeniu z centralami rekuperacyjnymi można uzyskać sprawność temperaturową systemu na poziomie 95%!

Straty wentylacyjne stają się wówczas tak niewielkie, że nie ma konieczności stosowania dodatkowych nagrzewnic.

Bezprzeponowe gruntowe wymienniki mają jeszcze tą właściwość, że w okresie mrozów dowilżają ogrzewane w nich powietrze. Proces ten zachodzi w skutek kapilarnego podciągania gruntu, ale może też być wspomagany instalacją zraszającą złoże akumulacyjne.

Badania płytowych bezprzeponowych wymienników wykazały nawilżanie, bez dodatkowych zraszaczy, na poziomie 2-3 g/m3.

Wykres temperatur powietrza zewnętrznego i powietrza po przejściu przez wymiennik GWC

Wykres temperatur powietrza zewnętrznego i powietrza po przejściu przez wymiennik GWC.
Praca wymiennika w zimie praca ciągła 24h/dobę - przepływ powietrza 2/3 wydajności.

Praca letnia wymiennika gruntowego

W okresie letnich upałów GWC może zapewnić pokrycie zapotrzebowania na chłód w zakresie niezbędnym do utrzymania komfortu klimatycznego wewnątrz pomieszczeń. Jak wspomniano wcześniej brak odczucia duszności wymaga aby powietrze wentylacyjne za GWC było odpowiednio chłodne.

Należy jednak zaznaczyć, że dla dużych zysków ciepła wentylowanego obiektu należy przeprowadzić inną organizację powietrza, a mianowicie zastosować recyrkulację części powietrza (jeśli to dopuszczalne) przez wymiennik.

Uzyskuje się wówczas znaczną oszczędność wielkości GWC lub obniżenie temperatury nawiewu o ok. 2-3 st.C. Ze względu na (przeważnie )znaczną ilość kanałów instalacji nawiewnej należy zastosować odpowiednią ich termoizolację.

Wykres temperatur powietrza zewnętrznego i powietrza po przejściu przez wymiennik.
Praca wymiennika w lecie praca ciągła 24h/dobę - max. przepływ powietrza

Gruntowy wymiennik ciepła GWC

Przykład realizacji wymiennika płytowego na Śląsku

Centrala wentylacyjna Mistral z odzyskiem ciepła

Wyposażona w krzyżowy wymiennik ciepła pozwala na odzysk ciepła z powietrza wywiewanego do 75%. Natomiast zastosowanie wymiennika przeciwprądowego albo połączenie dwóch wymienników krzyżowych w jednej centrali pozwala na odzysk ciepła do 92%.

Powietrze usuwane z budynku przechodzi przez wymiennik gdzie oddaje ciepło powietrzu nawiewanemu do pomieszczeń. Dodatkowo nawiewane powietrze jest filtrowane , Przepływ powietrza jest zrównoważony tzn. że taka sama ilość powietrza jest nawiewana jak i usuwana z pomieszczenia.

Zasadę działania centrali Mistral przedstawia schematyczny rysunek poniżej.

Pompa ciepła

Pompa ciepła składa się z:

Zadaniem układu sprężarkowego jest pobieranie (poprzez jeden z wymienników) ciepła z powietrza o temperaturze niższej czyli tzw. dolnego źródła i przekazywanie go (drugim wymiennikiem) do powietrza o temperaturze wyższej, tzw. górnego źródła.

W zależności od potrzeb pompa może służyć do ogrzewania powietrza nawiewanego do pomieszczeń bądź do jego dodatkowego chłodzenia.

Sprawność energetyczna pompy ciepła COP jest tym większa im mniejsza jest różnica temperatur źródła górnego i dolnego. Ponieważ temperatura dolnego źródła w czasie całego sezonu grzewczego zawiera się w granicach +10...+15 st. C a górnego tylko +20...+25 st.C. dlatego średnia wartość COP będzie wysoka i wynosić będzie 3,5-4 st.C.

Oczywiście warunkiem jest zastosowanie wysokosprawnych wymienników B i C.

Praca zimowa układu (grzanie)

Podczas mrozów powietrze wentylacyjne jest wstępnie ogrzewane w GWC to temperatury +2-8 st.C.

Następnie powietrze to poprzez rekuperację ogrzewa się do temp. około +14 -16 st.C. Powietrze usuwane z budynku oddaje w tym czasie część ciepła (rekuperacja) i ochładza się do temp. +10-12 st.C.

Sprężarkowa pompa ciepła P pobiera ciepło z powierza zużytego ochładzając je o 8-10 st.C.

Ciepło to ogrzewa świeże powietrze nawiewane do pomieszczeń o 10-12st.C.

Dla powietrza zewnętrznego o temperaturze np. -20 stopni podgrzanie do temperatury +24 stopni przebiega następująco:

Należy zauważyć, że zastosowanie gruntowego wymiennika ciepła jest niezbędne do prawidłowej pracy pompy ciepła.

Ogrzanie powietrza świeżego w GWC do wartości +2 st.C. powoduje podniesienie temperatury powietrza wyrzutowego za centralą do około +10..12 st.C.

Dodatkowa korzyść z GWC to niezawodny i niezakłócony proces odzysku ciepła (rekuperacji) w centrali wentylacyjnej. Nie występuje wtedy szkodliwe zjawisko szronienia wymiennika ciepła.

Praca letnia układu (chłodzenie)

Gorące powietrze zewnętrzne ochładza się i osusza w GWC. W centrali wentylacyjnej powietrze to omija rekuperator obejściem (tzw. By-passem).

Temperatura na wylocie jest na tyle niska, że ilość chłodu pozyskana z GWC pokrywa większość zapotrzebowania wentylowanego obiektu.

Gdy zaistnieje potrzeba dostarczenia dodatkowej ilości chłodu, załączona zostaje pompa ciepła w cyklu chłodzenia. Powoduje to dalsze obniżenie temperatury i osuszenie powietrza nawiewanego do budynku.

W tym przypadku 75-85% mocy chłodniczej przypada na GWC a 15-25% na pompę ciepła.

Ponieważ ciepło oddawanie jest do powietrza zużytego o temperaturze tylko ok. +20st.C., dlatego współczynnik COP jest wyższy niż w typowych układach klimatyzacyjnych.

Logotyp Pro-Vent
Pro-Vent Systemy Wentylacyjne
Dąbrówka Górna    ul. Posiłkowa 4a    47-300 Krapkowice    województwo opolskie
tel.: 77 440 44 98    fax: 77 440 44 92    serwis: 665 005 950    info@pro-vent.pl    www.pro-vent.pl

^ Do góry