Gruntowy wymiennik ciepła lub gruntowy powietrzny wymiennik ciepła (GPWC) – urządzenie służące do wspomagania wentylacji budynków zwiększające ich komfort cieplny poprzez ujednolicenie temperatury dostarczanego do budynku powietrza. Tzw. „gruntowa / podziemna czerpnia powietrza”.
Urządzenie w zależności od sposobu wymiany ciepła, można podzielić na:
przeponowe - warstwa oddzielająca (przepona) media, między którymi następuje wymiana ciepła (wymienniki rurowe).
Bezprzeponowe - przepływające powietrze ma bezpośredni kontakt z odpowiednio przygotowaną warstwą gruntu (wymienniki żwirowe i płytowe).
W gruntowym wymienniku ciepła wykorzystuje się dużą pojemność cieplną gruntu, dzięki której można zmniejszyć wahania temperatury powietrza dostarczanego do budynku (w stosunku do pobieranego bezpośrednio z atmosfery). Instalacja jest wykorzystywana do wstępnego ogrzewania (w zimie) lub chłodzenia (w lecie) powietrza wprowadzanego do budynków. Najczęściej jest to system połączony z wentylacją mechaniczną budynku i rekuperatorem, powietrznym systemem grzewczym (np. pompą ciepła), ewentualnie z wentylacją grawitacyjną wspomaganą kominem słonecznym.
Gruntowe wymienniki ciepła początkowo znajdowały zastosowanie w budownictwie budynków autonomicznych oraz wznoszonych zgodnie z niemiecką normą domu pasywnego. Obecnie rozwiązanie to wykorzystywane jest coraz częściej w instalacjach wentylacyjnych nowo wznoszonych obiektów, gdzie zwraca się szczególną uwagę na niską energochłonność budynku. Ze względu na korzystny mikroklimat jaki powoduje eksploatacja GPWC, coraz częściej wymiennik instalowany jest w budynkach jedno- i wielorodzinnych.
Umiejscowienie GPWC
Istotnym przy wykonywaniu gruntowego wymiennika ciepła jest umieszczenie go minimum 20 centymetrów poniżej głębokości przemarzania gruntu, przy czym badania prowadzone nad gruntowymi wymiennikami wykazały, że największe zyski energetyczne uzyskuje się przy wkopaniu wymiennika na głębokość pomiędzy 4 a 5 m. Posadowienie go na takiej głębokości znacznie poprawia jego wydajność energetyczną. Dla podniesienia sprawności wymiennika umieszcza się nad nim (około 30 cm) warstwę izolacji termicznej. Termoizolacja, w zależności od grubości warstwy, symuluje posadowienie wymiennika na głębokości 4–5 m poprzez oddzielenie czynnej objętości gruntu od wpływów warunków atmosferycznych. Powoduje to podniesienie izoterm w gruncie i stabilne warunki pracy wymiennika. W przypadku wymienników płytowych, termoizolacja umożliwia posadowienie go na głębokości od 0,7 do 2 metrów.
Rozwiązania konstrukcyjne
Wymiennik rurowy
Wymiennik rurowy jest kanałem powietrznym wbudowanym pod powierzchnią gruntu. Składa się on z długiego rurociągu zbudowanego z rur PVC lub innych tworzyw sztucznych.
Wymiennik żwirowy
Na drodze przepływu powietrza konstruuje się złoże ze żwiru, bądź kruszywa łamanego o dużej granulacji (wymiennik bezprzeponowy żwirowy), które rozwija znacznie powierzchnię wymiany termicznej, co powoduje dużą pojemność cieplną samego złoża oraz zwiększa jego przewodność cieplną.
Wymiennik płytowy
Składa się ze specjalnych płyt z tworzywa sztucznego, układanych w rzędach, w układzie zwartym bądź z rozstawem między rzędami płyt. Płyta uniesiona jest ponad zagęszczoną podsypkę na specjalnych klockach dystansowych. Powstaje wówczas szczelina między gruntem a płytą, którędy przepływa powietrze – szczelina ma wysokość zapewniającą optymalne warunki do wymiany ciepła. Oprócz płyt, wymiennik składa się z dwóch kolektorów oraz rurociągu doprowadzającego powietrze z czerpni terenowej do kolektora wlotowego i odprowadzającego powietrze z kolektora wylotowego do budynku. Przystosowane są do wbudowania w gruncie na głębokości od 0,7 m. Warunkiem jest zastosowanie izolacji termicznej nad wymiennikiem.
Wymiennik grzebieniowy
Nowa konstrukcja łącząca zalety płytowego i żwirowego wymiennika. Po dwóch stronach płaskiego złoża żwirowego znajdują się kolektor doprowadzający i odprowadzający powietrze. Do kolektorów podłączone są perforowane kanały umieszczone w środku złoża, które rozprowadzają i odbierają powietrze. Powietrze zasysane przez czerpnię przepływa przez kolektor zasilający do kilku perforowanych kanałów rozprowadzających. Przechodzi przez żwir do sąsiednich perforowanych kanałów odbierających i dalej przez kolektor odbierający do budynku.
Zalety:
ogrzewanie powietrza w sezonie zimowym
ochładzanie powietrza w sezonie letnim
redukcja bakterii i grzybów (wymienniki bezprzeponowe)
dowilżanie powietrza w sezonie zimowym (wymienniki bezprzeponowe)
osuszanie powietrza w sezonie letnim (wymienniki bezprzeponowe)

źródło: Wikipedia