Na forum forum.budujemydom.pl pan Adam M zamieścił kompendium wiedzy na temat GWC (Gruntowych Wymienników Ciepła) - relatywnie taniego źródła ciepła oraz chłodu w lecie. Polecamy lekturę: Postanowiłem zebrać w jednym miejscu wnioski, bo może komuś się przyda taki przekrój potencjalnych możliwości realizacji tej funkcji do podjęcia decyzji – budować taki cud, czy nie. GRUNT JAKO ŹRÓDŁO CIEPŁA I CHŁODU: Przez całe lato kąt padania promieni słonecznych jest taki, że znaczna część ich energii nie jest odbijana i rozprasza się w gruncie w postaci ciepła. Po prostu ziemia się nagrzewa. Dodatkowo, deszczyk opadający na tenże grunt przynosi kolejny strumień ciepła i ułatwia mu wnikanie do głębszych warstw (unoszenie - tu wsiąkanie). W efekcie, po uśrednieniu, pod ziemią, na niewielkiej głębokości i niezależnie od pory dnia i pory roku, panuje prawie wyrównana temperatura około 10stC (temperatura studzienna). Im bardziej wilgotny grunt (ohydna glina lub wysoki poziom wód gruntowych) tym więcej tego ciepełka przypada na jednostkę masy takiego gruntu. Woda, która pod ziemią jest zawsze bo żyjemy w hydrosferze, jest bardzo dziwna. Jest tam pod ziemią i ma największe ciepło właściwe w przyrodzie. Grunty suche, piaszczyste magazynują znacznie mniej ciepła, bo znacznie mniej w nich wilgoci (wody). Do tego… wielokrotnie wykazano praktycznie, że zdolność do przewodzenia termicznego samego gruntu – generalnie - jest mała i wynosi około 2,5 - 3,5 W/m2. Ale przecież jest! Z tego wynika, że korzystając z sporej powierzchni gruntu można "wydłubać" spory strumień ciepła. Byle nie zbyt dynamicznie, bo czas jego „regeneracji” termicznej jest uzależniony zdolnością do przewodzenia ciepła z dalszych warstw, a ta jest niewielka. Tak samo jak ziemia może dostarczyć strumień ciepła, tak może go również pochłonąć! I to bardzo skutecznie! Wiadomo również, że wszelkie przemiany termiczne napędzane są różnicą temperatur. Im większa różnica tym większy „napęd” takiego procesu. To, czy „daje” czy „bierze” zależy wyłącznie od matematycznego „znaku” tej różnicy. Co robić, żeby skorzystać z tego ciepła lub zmagazynować w gruncie jego (chwilowo niepotrzebne) nadmiary? Należy zbudować skutecznie działający i wydajny wymiennik ciepła grunt-powietrze. Wymiennik taki, aby się „sprawdził” MUSI być odpowiednio dopasowany do lokalnych warunków terenowych konkretnej lokalizacji. Bo możliwości sięgnięcia po te zasoby ciepełka/chłodu są prawie zawsze i opracowano a także sprawdzono praktycznie wiele różnych podejść do tego problemu. Pewne okazało się jedno… Wszelkie "przepisy na obliczanie wydajności" takiego wymiennika to jawne brednie. To tylko empiryczno - przeliczeniowe minimum, gdzie przedsięwzięcie zaczyna mieć sens ekonomiczny przy minimalnych kosztach wykonania wymiennika. Czy więc nie da się tego zrobić poprawnie? Policzyć zgodnie ze sztuką? Można! TYLKO PO CO?!!! Po to by napisać doktorat „ wyliczanie optymalnej wielkości GWC na MOJEJ, I TYLKO TAM, działce”? Wymagałoby to robienia bardzo wielu żmudnych serii badań i pomiarów rozciągniętych na wiele lat – aby zdobyć potrzebne „dane” do precyzyjnych wyliczeń. Zwykle – jest tam bardzo wiele „zmiennych” a ich kombinacje w różnych miejscach są jedynie podobne a nigdy tożsame! Przejście takiego procesu byłoby na tyle kosztowne, że mogłoby zabraknąć środków na budowę domu, którego fragmentem miał być taki wymiennik! Pozostaje więc korzystanie z zebranych doświadczeń praktycznych i WIEDZA zamiast NAUKI. Pytanie : który jest „lepszy”? – sensu więc nie ma żadnego! Lepszy jest ten dobrze dopasowany do warunków i poprawnie wykonany! ZAWSZE! A co, jak przeszacowaliśmy „możliwości” tego naszego kawałka świata? Jak grunt na naszej działce jest „słabszy” niż zakładamy? Wniosek jest taki: Gruntowe wymienniki należy w miarę możliwości przewymiarowywać! Ograniczeniem zwykle jest wielkość działki i zasobność portfela inwestora. A jak rozwiązać ten problem PRAKTYCZNIE? No, jakieś tam ogólne i ZAWSZE SIĘ SPRAWDZAJĄCE prawidłowości są! Znajomość praw fizyki bardzo nam tu pomaga… Wymienniki ciepła dzielą się na: PRZEPONOWE - gdzie jeden czynnik jest oddzielony od drugiego czynnika ścianką (przeponą). BEZPRZEPONOWE - gdzie jeden czynnik nie jest oddzielony od drugiego czynnika wymiany ciepła żadną przeponą. Separacja czynników na wylocie urządzenia najczęściej jest grawitacyjna, wynikająca z różnic gęstości tychże czynników. Nas interesuje wymiennik ciepła powietrze – Ziemia (grunt). Przeponowy lub bezprzeponowy – w zależności od NASZYCH lokalnych warunków terenowych. A jakie najczęściej bywają te warunki? Bagna zdarzają się bardzo rzadko! Domów na palach i nad jeziorem stawia się też niewiele… Najczęściej bywa piasek, glina lub mieszanina poprzednio wymienionych. Kluczem jednak do problemu jest WODA. Ta „woda pod trawnikiem”, a ściślej biorąc – najwyższy poziom tej wody gruntowej w trakcie roku. To właśnie miejsce, gdzie ta woda, będąca nośnikiem tego upragnionego ciepła/chłodu , na które się „zasadzamy” – determinuje rodzaj zastosowanego wymiennika. Stałe całorocznie temperatury występują w naszym kraju na głębokości około 2m ppt. (pod poziomem terenu). Jeżeli najwyższy i stały poziom wód gruntowych jest WYŻEJ – to stawiamy wymiennik PRZEPONOWY. Jeżeli najwyższy i stały poziom wód gruntowych jest NIŻEJ – to mamy luksus wyboru i raczej stawiamy znacznie wydajniejszy wymiennik BEZPRZEPONOWY. Jeżeli poziom wód gruntowych jest bardzo zmienny (bo i tak się zdarza) – to raczej stosujemy wymiennik przeponowy. Znane konstrukcje Gruntowych Wymienników Ciepła Przeponowe: GWC RUROWY: 5mb rury zakopanej w ziemi ma określoną powierzchnię, i chłonie z gruntu ciepło poprzez ściankę, niezbyt sprawnie oddając je do powietrza wewnątrz rury. 50mb rury j/w robi to lepiej i już można z tym żyć. 500mb rury robi to naprawdę dobrze, ale jak to sfinansować? A jak zrobić? Zakopujemy w ziemi na głębokości około 2m ppt rurę o takiej średnicy, aby prędkość strugi powietrza w niej nie przekraczała rażąco 5m/sek. Średnica wynika więc z „wydajności powietrznej” takiego wymiennika, oporów przez niego wprowadzanych, które rosną mocno wraz ze wzrostem prędkości strugi. Można, dla rozwinięcia powierzchni przepony (ścianki), zastosować wiele rur zrównoleglonych i cieńszych. Tzw. układ Tichelmana. A ile powinno być tej rury, aby całe przedsięwzięcie miało sens? Praktyka podpowiada, że około 0,35 do 0,45 razy powierzchnia „po podłogach” – podane w metrach bieżących rury. Czyli dla przykładowego domu o powierzchni mieszkalnej rzędu 150m2 wychodzi od 52 do 68 mb. To empiryczne wskaźniki dla gruntów mokrych – miejsca na budowę „rurowca”. Najczęściej spotykane relacje: powierzchnia domu – długość GWC. GWC WODNY 1: Jeżeli są wysokie wody gruntowe, to tylko się cieszyć! Potrzebne ciepło pobieramy tak, jak robi się to do klasycznej pompy ciepła "glikolowej". Układa się w gruncie węża fi32 napełnionego płynem niezamarzającym ( w kręgach o średnicy około 1m lub „na wprost”). Należy przyjąć moc takiego źródła ciepła na 20W/mb (ostro niedoszacowane) lub 35W/mb (optymalne) i ułożyć go tyle, aby czerpać około 5 kW w trybie ciągłym. Praktycznie oznacza to 150 - 200mb zakopanego węża. Wcale nie musi być w jednym kawałku. pętle można przecież równoleglić! (np.2 x po około100mb). Przy obecnej cenie rury koszt nie jest zniechęcający czy zaporowy, tylko nakopać się trzeba, no chyba, że znajoma koparka za 40zł/godz. to w długi dzień się obskoczy. NIECH MI KTOŚ UDOWODNI ŻE SIĘ NIE DA, TO GO POŚLĘ DO PIERWSZEGO Z BRZEGU URZYTKOWNIKA POMPY CIEPŁA!!! Końce należy dołączyć do odpowiednio dobranego lamelkowego (takiego jak chłodnica samochodowa) wymiennika ciepła woda-powietrze umieszczonego w otworze czerpni naściennej. Całość uzupełniamy pompą obiegową. Czujniki temperatury odpowiednio załączają i wyłączają pompę zapewniając dogrzewanie zimą i ochładzanie latem powietrza wpuszczanego "na salony". Wykonalne i wcale nie astronomicznie drogie. Bezprzeponowe: GWC ŻWIROWY: 1m3 żwiru po przedmuchaniu go strugą powietrza "da" skokiem sporo ciepła a potem "stanie" z powodu wychłodzenia i trzeba regenerować złoże (czekać aż "naciągnie") 10m3 żwiru rozwiązuje problem dla 100m2 domku na 8 godzin, potem przerwa. 30-50m3 rozwiązuje ten problem naprawdę skutecznie i przy pracy na 1/3 możliwości pozwala na "pracę ciągłą" realnie przez cały rok. Tam, gdzie warunki wodne na to pozwalają, da się zakopać pod ziemią naprawdę sporo żwiru płukanego, otoczaków. To takie kamienne „piłeczki” pomiędzy którymi jest sporo miejsca na przepływającą pomiędzy ziarnami żwiru strugę powietrza. W efekcie – mamy astronomicznie rozwiniętą powierzchnie wymiany ciepła z możliwością nawilżania/osuszania wprowadzonej strugi przy realnie ZEROWYCH oporach przepływu powietrza. Te konstrukcje, w licznych odmianach, są bardzo dobrze opisane w sieci i na forach. Jest też wiele realizacji i fotorelacji z ich budowy. GWC CERAMICZNY (absolutna nowość!!!) Można też zamiast złoża żwirowego złożonego z otoczaków zastosować psełdozłoże zbudowane z warstwy popularnych MAXów (lub podobnych bloczków ściennych z kanalikami, ceramicznych). Łatwiej, taniej a równie skutecznie i sprawnie! Wiele ze żwirowców (a możliwe jest też to przy ceramicznych) GWC zbudowano pod domem i bardzo dobrze się sprawdzają! Żeby zbudować fundamenty to dziurę w ziemi na odpowiednią głębokość się przecież kopie… GWC PŁYTOWY Ta konstrukcja to bardzo rozwinięty prawie-rurowiec na tereny „suche”. Pod ziemią na głębokości około 2mppt rozsypuje się warstwę piasku )ok. 3-5cm i na niej – żwiru (żwir „jak leci, taki jaki jest”). Nad tym układa się coś w rodzaju „namiotu” (płyty) o niewielkiej wysokości (porównywalnej ze średnicą rurowca) a całość zasypuje. W efekcie jest „bezprzeponowy rurowiec”. Ma zalety obu rozwiązań. Ma też wady…. Darmo go nie dają…. GWC WODNY 2: Jeżeli są odpowiednie warunki – woda na głębokości kilku metrów i bardzo mało miejsca na żwirowiec, to można spróbować dobrać się do ciepła gruntu w inny sposób. Budujemy studnię kręgową, której zastosowanie w gospodarstwie jest oczywiste i bardzo potrzebne. Wewnątrz studni urządzamy klasyczną „chłodnię kominową” . Mała pompka zanurzona w wodzie pompuje ją do kilku sitek prysznicowych umieszczonych pod pokrywą studni. Wywołując intensywny deszcz wewnątrz tej studni bardzo skutecznie ochładza się (ogrzewa) olbrzymie ilości powietrza zapewniając jednocześnie absolutnie stałą jego wilgotność (niewielką, bo i temperatura niewielka - studzienna), no i naprawdę bardzo skuteczny filtr przeciwalergiczny. Coś kompletnie nieosiągalnego w klasycznym rurowym GWC. Spad rury GWC powinien być od domu w kierunku studni dla grawitacyjnego usuwania skroplin. Zimą powietrze wentylacyjne byłoby skutecznie nawilżane i bardzo skutecznie dogrzewane (też do studziennej temperatury). Długość rury (która kosztuje) można by wtedy znacznie zmniejszyć. Jak taka rura byłaby krótka, to wyłączając pompkę, gdy na dworze jest temperatura kilkanaście stopni, eliminuje się konieczność budowania czerpni naściennej. W krótkiej rurze nie zbije się temperatury z 14stC do 8stC przy potrzebnych przepływach. Bilans cieplny wyraźnie mówi że m1T1+ m2T2= (m1+m2)deltaT To oznacza, że mała masa (nie objętość!) powietrza bardzo skutecznie wymieni ciepło z wielką (w porównaniu) masą rozpylonej wody. Rozdział mediów nastąpi grawitacyjnie i "w dalszą drogę" uda się tylko mała masa powietrza po procesie wymiany energii. Skuteczność kolosalna w porównaniu z wielometrowym odcinkiem zakopanej bardzo drogiej rury (a ludzie mają jeszcze jakieś antybakteryjne pomysły, nie wiadomo po co). Eliminujemy koszt rury, wykopków kilkudziesięciometrowych i to dość głębokich, budując naprawdę sprawny filtr zamiast enigmatycznej mikronowej warstewki farby pokrywającej wnętrze takiej rury, która, diabli wiedzą - czy coś zadziała. Można zaoszczędzone tu pieniądze włożyć w wykonanie takiej kręgowej studni. Wyjdzie znacznie bogatsza, nawet jak utopimy tam dwie oddzielne pompy (jedna do podlewania ogrodu). Wszelkie okablowanie można poprowadzić tą samą rurą, która prowadzi powietrze do domu. Tylko kabelki muszą być odpowiednio lepszej jakości. Można też sobie wyobrazić wstawioną rurę wodną do takiej rury powietrznej, tuż obok biegnących kabli, która prowadzi wodę techniczną do spłukiwania kibelka i mycia autka. Jeżeli to tylko woda techniczna, to można takiego "kręgowca" zatrudnić jako zbiornik chłonny deszczówki, z którą i tak coś musimy zrobić. Powstaje 4 w jednym - Wash - and - go! Dodatkowo - pełna serwisowalność układu w prosty sposób, bo wszelkie elementy łatwo dostępne. No i co tak właściwie ma się tam psuć? Sitko? Jak się chce i rozumie po co to wszystko, to zawsze można! Woda w gruncie może dopomóc a wcale nie przeszkadza. Nie zawsze jest możliwość postawienia żwirowca, bo jemu wysoka woda przeszkadza , ale są przecież inne sposoby. Nic jednak nie stoi na przeszkodzie w budowie urządzenia ekologicznie pozyskującego potrzebne nam zimą ciepełko lub latem chłodek.
Posted on: Sun, 21 Jul 2013 19:38:07 +0000
Trending Topics
Recently Viewed Topics
© 2015