Gruntowy wymiennik ciepła Global

SZCZELNY SYSTEM RUROWEGO GWC NOWY SYSTEM PROJEKTOWANIA I MONTAŻU RUROWYCH GWC

Są miejsca, w których wymienników bezprzeponowych z powodu występowania wód gruntowych nie można zastosować. Gruntowe wymienniki ciepła bezprzeponowe charakteryzują się bardzo dobrą wymianą termodynamiczną ale zarazem bardzo małą powierzchnią pracy samych wymienników w stosunku do stosowanych obecnie na rynku systemów rurowych. Porównując pole powierzchni pracy przy tym samym przepływie powietrza GWC bezprzeponowych do przeponowych, czyli rurowych okazuje się, że pole powierzchni GWC bezprzeponowych jest czterokrotnie mniejsze od GWC rurowych ( zgodnie z obowiązującymi obecnie założeniami projektowymi , DTR, oraz programami doboru ilości i średnic rur każdego producenta). To daje do myślenia!!! Zachodzi pytanie co wpływa na tak ogromną różnicę powierzchni pracy GWC oraz na stosowanie dużych średnic rur a co za tym idzie na wysokie koszty zakupu i wykonania.

Wielokrotnie Inwestor przeznacza (lub posiada) z góry określony teren na GWC np. wyłącznie pod obiektem z brakiem możliwości powiększenia tego terenu lub na działce o określonym ale małym obszarze. Producenci rurowych GWC a zarazem ich projektanci GWC zakładają, że jak wykonają rurowe GWC z rur wymiany termodynamicznej np. dn 315mm lub o większych średnicach i przepuszczą całe powietrze przeznaczone dla danego obiektu to efekt wymiany termodynamicznej będzie większy. Wielokrotnie z braku miejsca projektowane są GWC rurowe jeden nad drugim czyli dwupiętrowe. Jeżeli założenie dwupiętrowych GWC jest słuszne to należałoby projektować GWC trzy i czteropiętrowe ( a to kuriozalne i z punktu ekonomicznego z uwagi na ogromne koszty a także z tytułu słabej wymiany termodynamicznej nie do przyjęcia ).

Dotychczasowe systemy rurowych Gruntowych Wymienników Ciepła (GWC) opierały się na rurach wymiany termodynamicznej o średnicach dn 110mm, 160mm, 200 mm, 250 mm oraz 315 mm. Kuriozalne i nieprzemyślane były rozwiązania propagowane wyłącznie przez producentów rur z projektowanymi przez nich GWC wielopoziomowymi o dużych średnicach np. dn 315mm lub większej, co kłóci się nawet z rozsądkiem. Takie rozwiązania generują ogromne i niepotrzebne koszty związane z zakupem rur nie dając w zamian żadnego polepszenia wymiany termodynamicznej. Koszty wykonania GWC z rur wymiany termodynamicznej o dużych średnicach nie mają żadnego uzasadnienia tak ekonomicznego jak i lepszej wymiany cieplnej.

Takie są doświadczenia firmy GLOBAL-TECH, która wykonała ponad 1500 instalacji GWC różnych systemów w tym zaprojektowała i wykonała największe na świecie zarówno przeponowe jak i bezprzeponowe GWC.

Zgłaszający swoje wnioski wyciągają z opomiarowanych przez siebie wykonanych GWC ale wykonanych wg zaleceń i DTR producentów rur oraz z porównania obliczonych i załączonych do projektów wyników zysków ciepła i chłodu przez projektantów dla systemów GWC, gdzie zastosowano rury wymiany termodynamicznej o dużych średnicach. Okazuje się, że najmniejsze zyski ciepła lub chłodu są w przypadku stosowania dużych średnic rur wymiany termodynamicznej.

Rury wymiany termodynamicznej obojętnie jakiej średnicy zgodnie z DTR wszystkich producentów GWC muszą być od siebie odsunięte na pewne odległości dokładnie określone w dokumentacji technicznej opracowanej dla danego systemu. Najmniejsza do tej pory wymagana odległość rur biegnących równolegle obok siebie było to minimum 70 cm od osi do osi w przypadku stosowania rur dn 110mm. Dla przykładu rury wymiany termodynamicznej dn 200 mm zgodnie z wszystkimi programami doboru polskich producentów GWC odsunięte muszą być od siebie minimum 1m.

Ogólnie dostępne materiały do obliczeń - tabele dla między innymi projektantów podają "Wartość strumienia ciepła w zależności od jakości podłoża".

Skoro z powierzchni jednego metra kwadratowego można uzyskać określoną ilość energii, w praktyce najczęściej do 50 W/m² to należy tak projektować GWC rurowe, aby z tego wyznaczonego przez Inwestora terenu odzyskać określoną ale jak najmniejszą ilością powietrza tą maksymalną do uzyskania z tego terenu energię za najmniejsze nakłady - koszty a nie starać się kosztownymi instalacjami przepuścić całe powietrze wymagane projektem dla danego obiektu. Resztę potrzebnego powietrza zgodnie z zapotrzebowaniem z projektu należy po prostu dobrać z czerpni ściennej i dopiero wtedy poddać obróbce, tzn. podgrzać, schłodzić, dowilżyć lub wytrącić wilgoć.

Takie rozwiązanie jest ekonomicznie uzasadnione!

Zgodnie z danymi z powyższej tabeli a zarazem z pomiarów i wieloletniej praktyki stwierdzić należy, że dotychczasowe założenia producentów systemów GWC rurowych są niewłaściwe. Jeżeli wartości strumienia ciepła są obliczone i podawane dla powierzchni jdnego metra kwadratowego to w celu znacznego obniżenia kosztów należy całkowicie zmienić założenia projektowe systemów GWC rurowych. Dlatego wdrażamy opracowany, nowy system odzysku ciepła dla wymienników rurowych.

W opracowaniu poniższych założeń brali udział niezależni od jakiegokolwiek producenta uprawnieni audytorzy energetyczni oraz pracownicy naukowi. Wykonane były obliczenia i symulacje na Politechnice Warszawskiej według założeń audytorów energetycznych oraz własnych badań i obliczeń firmy GLOBAL-TECH.

Założeniem systemu GWC GLOBAL jest to, żeby rury wymiany termodynamicznej dla przykładu obliczeniowego np. dn 200 ( najczęściej we wszystkich systemach stosowana średnica rur wymiany termodynamicznej) podzielić na tyle rur o mniejszych średnicach, aby zachować taką samą wielkość przepływu powietrza z taką samą prędkością powietrza. Dla przykładu w porównaniu do wymaganego i określonego przepływu zgodnie z programami doboru w jednej rurze dn 200mm, można zastosować np. 6 rur dn 90 mm lub 4 rury dn 110mm (na szerokości jednego metra) lub jeszcze mniejsze średnice rur wymiany termodynamicznej. Taki wymiennik dalej zajmowałby na szerokość ten sam wymiar ale wymiana termodynamiczna byłaby o wiele łatwiejsza do uzyskania i lepsza.

Dla przykładu obwód rury dn 200 mm wynosi 0,628 m ale obwód sześciu rur dn 90mm wynosi łącznie 1,692 m ( obwód jednej rury dn 90 mm wynosi 0,282 m). W ten sposób zwiększamy pole powierzchni wymiany termodynamicznej 2,22 razy. Pole przekroju z kolei rury dn 200 mm wynosi 0,0314 m² a łączne pole przekroju dla sześciu rur dn 90mm wynosi 0,0324 m² co jest wartością pozytywną bo większą. Tymi sześcioma rurami dn 90 mm przetransportować można taką samą ilość powietrza ale z mniejszą prędkością co generuje mniejsze opory przepływu. Badania i pomiary wykazały zmniejszenie oporów przepływu dla tej samej ilości powietrza ale transportowanej w sześciu rurach o ponad 20%.

Ważnym czynnikiem wynikającym z obliczeń oraz badań jest fakt, że im mniejsze są przekroje – średnice rur wymiany termodynamicznej, tym krótszą mogą mieć długość w celu dokonania maksymalnej - pełnej wymiany ciepła. Jest granica ekonomiczna, kiedy dalsze przedłużanie rur wymiany termodynamicznej jest nieopłacalne, bo nie przynosi żadnych lub znaczących efektów. To jest także zgodne z programami doboru polskich firm, które stosują w praktyce rury dn 110 mm. W gruntach zawilgoconych dla przekroju np. dn 110 mm długość rur wymiany termodynamicznej zgodnie z ich programami doboru nigdy nie przekracza 15 mb. Dlatego dla pełnej wymiany cieplnej ale w warunkach dużej wilgotności gruntu dla rur poniżej dn 110 mm długość rur wymiany termodynamicznej nie przekroczy wg obliczeń symulacyjnych i własnych wyników badań 18mb.

Trójwymiarowa analiza efektywności rurowego GWC GLOBAL dla różnych długości rur znajduje się w zakładce „Dokumenty”.

Dla porównania zgodnie z obecnymi programami doboru (każdego z producentów) dla GWC rurowych długość pojedynczej rury wymiany termodynamicznej dn 200mm to ponad 30 mb w wilgotnym gruncie a nawet 57 mb przy suchym gruncie.

Z jednego metra kwadratowego powierzchni (zgodnie z załączoną powyżej tabelą „Wartość strumienia ciepła w zależności od jakości podłoża”) nie uzyska się więcej ciepła i chłodu niż „matka natura” daje a stosowanie wielopoziomowych rurowych wymienników ciepła lub rur wymiany termodynamicznej o dużych średnicach to błędne założenia wyłącznie w celu sprzedania dużej ilości drogich rur a nie uzyskania dobrej wymiany termodynamicznej za mniejszą kwotę. Ważną i niezaprzeczalną cechą przepływu powietrza w rurach jest to, że największa ilość powietrza płynie zdecydowanie środkiem rury a przy ściankach tam, gdzie przecież następuje najlepsza wymiana cieplna, powietrze płynie z małą prędkością. Rozdzielenie strumienia powietrza na jak największą ilość rur jest z punktu dobrej wymiany termodynamicznej zdecydowanie zasadne.

Podobną budowę o wielu krótkich rurkach o małych przekrojach posiadają np. wszystkie chłodnice samochodowe.

Do wymiany termodynamicznej zastosowane byłyby rury z PE lub PP posiadające wymaganą sztywność obwodową dostosowaną do warunków w jakich będą zamontowane. Tu należy zauważyć, że ścianka rury wymiany termodynamicznej z PE - dn 90 mm przy sztywności obwodowej SN 6 oraz SDR 26 wynosi zaledwie 3,5 mm (sztywność obwodowa SN 6 przy SDR 26 to najczęściej stosowany parametr dla rur GWC) a ścianka rury wymiany termodynamicznej o średnicy dn 315 mm stosowanej wielokrotnie przez producentów rur wynosi 12,1 mm przy SN 6 co jest dokładnie 3,5 razy więcej. Przy rozwiązaniu z rurami wymiany termodynamicznej o dużych średnicach mamy do czynienia z oporami cieplnymi przez ściankę rury wielokrotnie większymi a więc o gorszych parametrach wymiany termodynamicznej niż przy rurach wymiany termodynamicznej o małych średnicach, gdzie opory są znikome.

Grubość ścianek rur wymiany termodynamicznej można jeszcze zmniejszyć (czyli polepszyć wymianę termodynamiczną ) w przypadku zastosowania rozwiązania zalewania betonem ułożonego gruntowego wymiennika ciepła wykonanego z rur o małych średnicach i o jeszcze cieńszych ściankach. W stosunku do kosztów zakupu samego gruntowego wymiennika ciepła koszty betonowania są bardzo małe (maksymalnie około 3- 4 % wartości rur), ale zdecydowanie polepszające wytrzymałość a zarazem wymianę termodynamiczną a przecież ta wymiana jest celem stosowania systemów GWC to jest odzysku ciepła i chłodu. Dodatkową możliwością tego rozwiązania jest to, że do zalewania można użyć betonów z dodatkami zdecydowanie zwiększającymi współczynniki przewodzenia ciepła.

Tu kolejny raz trzeba zauważyć, że zastosowanie rozwiązania GWC GLOBAL obniży zdecydowanie koszty zakupu i montażu GWC w systemie rurowym, podniesie wytrzymałość na nacisk z góry oraz posiadać będzie lepszą wymianę termodynamiczną od wcześniej stosowanych rozwiązań.

Rozwiązanie GWC GLOBAL wykonane byłoby z rur PE zgrzewanych eletrooporowo lub doczołowo czyli rozwiązanie totalnie szczelne lub łączonych mufami lub nasuwkami ciśnieniowymi produkowanymi na ciśnienie robocze 1 MPa. (1 MPa to 1 000 000 Pa). Ciśnienie w systemach GWC to maksymalnie 300 Pa, czyli kilka tysięcy razy mniejsze od ciśnienia roboczego zastosowanych muf i nasuwek.

To są rozwiązania alternatywne dla wymienników bezprzeponowych tam, gdzie mamy wody gruntowe lub teren bardzo wilgotny zagrażający bezpiecznej pracy wymienników bezprzeponowych.

Z uwagi na małą powierzchnię systemu GWC GLOBAL korzystne, opłacalne i ekonomicznie uzasadnione jest zaizolowanie od góry ułożonego wymiennika co podobnie jak w GWC bezprzeponowych symuluje posadowienie na głębokości 7-9 m pod powierzchnią terenu.