Vetranie moderných obytných budov sa často kombinuje s doplnkovými technológiami s cieľom zabezpečiť prívod čerstvého vzduchu najpohodlnejším a energeticky najúspornejším spôsobom. Pretože teplota zeme sa mení pomalšie než teplota vzduchu, možno na predhrievanie privádzaného vonkajšieho vzduchu v zime a na predchladenie privádzaného vonkajšieho vzduchu v lete využiť zem, známu aj ako zemný kolektor.
Zemný výmenník tepla (ZVT) využíva na prenos relatívne konštantnej teploty, ktorá sa nachádza v zemi, nemrznúcu kvapalinu, čím šetrí energiu a zabezpečuje stále príjemnú klímu v interiéri. Tento typ zemného výmenníka je označovaný aj ako „soľankový“.
Princípy fungovania zemného výmenníka
Existujú dva základné varianty systému zemného výmenníka tepla:
Otvorený systém
V tomto systéme sa vonkajší vzduch vedie priamo potrubím uloženým v zemi a až potom sa privádza do budovy a prechádza rekuperačnou jednotkou. Tento systém môže byť náchylnejší na problémy s kondenzáciou a tvorbou plesní v potrubí.
Uzavretý systém (kvapalinový)
V tomto prípade sa vonkajší vzduch privádza do výmenníka tepla vzduch - kvapalina a až potom vstupuje do rekuperačnej jednotky. Potrubím prúdi kvapalina, zmes glykolu a vody. Väčšia časť rúrok prechádza zemou vodorovne (zemný kolektor), pričom kvapalina tu odoberá alebo odovzdáva teplo zo zeme. Tento systém sa zvyčajne uprednostňuje, pretože sa ľahšie inštaluje, je menej náchylný na poškodenie spôsobené sadaním zeme a zabraňuje potenciálnym problémom s množením mikróbov.
Konštrukcia a inštalácia
Flexibilná polyetylénová rúra zemného výmenníka je špeciálne vyvinutá pre tento účel a ukladá sa do hĺbky približne 1,2 m až 1,5 m. Aby bol získaný dostatočný rozdiel teplôt, je potrebné zakopať približne 100 m rúry. Pri dodržaní minimálneho rozostupu 0,6 m (ideálne 1 m) je možné uložiť rúry paralelne vedľa seba, čo skráti potrebný výkop na 50 m.
V rúre prúdi zmes vody a nemrznúceho etylénglykolu, ktorý neobsahuje amín a nitrit. Etylénglykol je súčasťou dodávky. Cirkuláciu kvapaliny zabezpečuje hydraulický modul s nízkou spotrebou energie, ktorý zobrazuje teplotu na vstupe a výstupe. Hydraulický modul obsahuje aj membránovú expanznú nádobu, automatický rýchloodvzdušňovací ventil, spínaciu skrinku a vonkajší termostat, na základe ktorého sa reguluje obeh kvapaliny podľa teploty vzduchu v exteriéri.
Spínacia skrinka umožňuje prepínanie medzi automatickým a manuálnym ovládaním čerpadla. Celý systém je možné ľahko prispôsobiť individuálnym požiadavkám pomocou nastavení na vonkajšom termostate.
Prenos tepla a filtrácia vzduchu
K samotnému prenosu tepla alebo chladu na čerstvý nasávaný vzduch dochádza vo vysoko účinnom výmenníku s hliníkovými lamelami. Tento výmenník je vyrobený z kvalitného pozinkovaného plechu s bielou povrchovou úpravou RAL, z vnútra je nerezový a má 20 mm hrubú izoláciu. Obsahuje integrovaný vzduchový filter triedy G4, ktorý zabraňuje vnikaniu špiny a hmyzu, čím šetrí vzduchové filtre v rekuperačnej jednotke. Výmenník má jednoducho otvárateľné revízne otvory pre ľahkú údržbu.
Výhody zemného výmenníka
Počas chladného obdobia
Zemný výmenník významne predohrieva nasávaný vzduch, čo predstavuje veľkú úsporu energie. Zároveň obmedzuje podmienky pre vznik námrazy, vďaka čomu sa protinámrazová ochrana elektrickou špirálou takmer vôbec nezapne. Výsledkom je vyššia teplota privádzaného vzduchu a pozitívne ovplyvnenie celkovej energetickej bilancie.
Počas horúcich letných dní
Zemný výmenník príjemne ochladí nasávaný vzduch, čím zvyšuje komfort užívateľov. V lete je teplota zeme nižšia ako teplota vonkajšieho vzduchu, dokonca často aj nižšia ako vnútorná teplota. Vďaka tomu je chladenie vonkajším vzduchom k dispozícii celé leto, čo zvyšuje úroveň komfortu v každej miestnosti.
Počas prechodného obdobia
Cirkulácia kvapaliny prebieha v závislosti od vonkajšej teploty nameranej termostatom. Zemný výmenník tepla sa zvyčajne nepoužíva pri vonkajších teplotách medzi 7 °C a 23 °C.
Kvapalinový zemný výmenník v praxi
V meste Nijeveen (Holandsko) bol monitorovaný vetrací systém obytného domu s cieľom zhodnotiť fungovanie zemného výmenníka tepla. Zemný výmenník tepla s uzavretým okruhom pozostával z jednotky Zehnder ComfoFond-L a zemného kolektora z polyetylénovej rúrky s dĺžkou 100 m a priemerom 25/17 mm. Kolektor bol umiestnený v hĺbke 1,20 m pod zemou a naplnený zmesou glykolu a vody. Odporúčaný minimálny rozstup rúrok je 60 cm, avšak v tomto projekte bol na niektorých úsekoch len 30 cm.
Zemný výmenník tepla sa automaticky zapínal a vypínal čerpadlom v jednotke ComfoFond-L pri vonkajších teplotách nižších než 7 °C a vyšších než 16 °C. Počas monitorovania sa zistilo, že teplota zeme v hĺbke 1,20 m kolísala medzi 5 a 16 °C, zatiaľ čo vonkajšie teploty sa pohybovali medzi -15 a +35 °C. V chladnom období sa rekuperácia tepla so zemným výmenníkom využívala vždy, keď teplota vonkajšieho vzduchu klesla pod 7 °C. V teplom období sa rekuperácia tepla nepoužívala (otvorený bypass) a pri teplote vonkajšieho vzduchu o 16 °C vyššej, než je teplota zeme, sa čerstvý vzduch ešte ochladzoval.
V tomto projekte sa zemný výmenník tepla používal počas 55 % monitorovaného času. Efekt predhriatia a predchladenia zemným výmenníkom tepla bol zaznamenaný. Optimálny výkon by sa dosiahol v prípade, že by sa vzduch v zime predhrial na 5 °C (minimálna teplota zeme) a v lete predchladil na 16 °C (maximálna teplota zeme). V tomto projekte bola teplota vzduchu minimálne 0 °C a maximálne 21 °C.
Podrobná analýza ukázala, že výkon zemného výmenníka tepla by sa mohol zlepšiť vhodnejším umiestnením zemného kolektora, rovnomernejším rozložením v zemi a dodržaním minimálneho rozstupu medzi dvoma rúrkami 60 cm.
Energetický výkon a úspory
Výkon vetracieho systému z energetického hľadiska je možné vyjadriť pomocou faktora sezónnej účinnosti (SPF), ktorý sa vypočíta ako zisk energie delený spotrebou energie. Úspory energie pri rekuperácii tepla sa počítajú s ohľadom na šetrenie na vykurovaní. Referenčná situácia je taká, že privádzaný čerstvý vzduch má rovnakú teplotu ako vonkajší vzduch.
V monitorovanej inštalácii bola hodnota SPF počas a mimo obdobia spätného získavania tepla 7 a 2, čo bolo nižšie ako predpokladaná hodnota 17 a 8. Dôvodom bolo vyššie odber energie ventilátormi a čerpadlom.
Kombináciou rekuperačnej vetracej jednotky s vyváženým vetraním a zemným výmenníkom tepla získame vetranie, ktoré je energeticky úsporné a zároveň vysoko komfortné. V chladnom období zaisťuje zemný výmenník tepla stabilný a komfortný prívod čistého čerstvého vzduchu s veľmi nízkou potrebou dokurovania. Počas celého leta zemný výmenník tepla zabezpečuje chladenie vonkajším vzduchom a udržuje zaťaženie chladiaceho zariadenia domu na nízkej úrovni. Spoločne so správnymi tieniacimi prvkami zabraňuje vetrací systém so zemným výmenníkom tepla aj nežiaducemu prehriatiu domu.
Ako funguje geotermálne tepelné čerpadlo
Možné problémy a ich riešenia
Jedným z diskutovaných problémov zemných registrov, najmä v lete, je možnosť kondenzácie vody na povrchu studených potrubí, čo môže viesť k rastu plesní a baktérií. Zástancovia zemných registrov tvrdia, že pri pravidelnom čistení to nie je problém. Ako riešenie sa odporúča:
- Priamočiary návrh zemného výmenníka bez zbytočných ohybov a oblúkov.
- V prípade nutnosti ohybov inštalácia revíznych otvorov pre mechanické čistenie.
- Pravidelné mechanické čistenie rúr, minimálne raz za rok, pomocou špongie na oceľovom lanku namočenej v dezinfekčnom prostriedku.
- Zabezpečenie dostatočného sklonu rúr pre odtok kondenzu.
- Vyššie vytiahnutie nasávacej rúry nad terén.
Alternatívou k vzduchovým zemným registrom je kvapalinový zemný výmenník („soľanka“), ktorý eliminuje priamy kontakt vzduchu s povrchom potrubia a tým znižuje riziko hygienických problémov.
tags: #zemny #vymennik #rekuperacia