Gruntowe wymienniki ciepła GWC to sposób na komfortową klimatyzację oraz oszczędności w ogrzewaniu dla budynków pasywnych i energooszczędnych. Stanowią samodzielny układ lub uzupełnienie systemu wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła. Dwa główne zadania GWC to wstępny podgrzew strumienia powietrza zimą oraz schładzanie latem. Wszystko to z wykorzystaniem darmowej energii gruntu.

Stosowanie GWC w budynkach o niskim zapotrzebowaniu na ciepło pozwala znacząco obniżyć koszt ogrzewania. Na głębokości poniżej strefy zamarzania, która w polskich warunkach znajduje się na głębokości między 0,8 a 1,4 metra, grunt ma dodatnią temperaturę przez cały rok. Nie jest to duża wartość, zwykle 4 do 7°C, jednak jest wystarczająca by wstępnie podgrzać powietrze wentylacyjne zimą , a przez to zapewnić wyższą sprawność rekuperacji w systemach łączonych z wentylacją. Dodatkowo pozwala to na wydajne chłodzenie latem.

Układ GWC może działać samodzielnie, stanowiąc swoistą klimatyzację budynku, jednak należy zdawać sobie sprawę, że w okresie zimowym oszczędności będą mniejsze niż te uzyskiwane dzięki rekuperacji. Natomiast stosowanie gruntowego wymiennika ciepła z powodzeniem sprawdza się do chłodzenia powietrza latem, ponieważ różnica pomiędzy temperaturą gruntu i sięga wówczas nawet 20°C. Mimo wszystko nie jest to powszechne zastosowanie tych układów. Znacznie lepsze wyniki można uzyskać łącząc GWC z systemem wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła. Takie połączenia korzystne są również z innego względu – GWC to popularny sposób rozwiązania problemu z zamarzaniem wymiennika rekuperatora.

Zasada działania układów połączonych z rekuperacją jest następująca: zimą chłodne powietrze, wstępnie oczyszczone w czerpni, przechodząc przez GWC odbiera ciepło z gruntu i w efekcie ogrzewa się do pewnej dodatniej temperatury (przykładowo 2°C). Następnie jest ono dodatkowo podgrzewane w rekuperatorze do wyższej temperatury (około 12 °C). W lecie z kolei gorące powietrze, również wstępnie oczyszczone w czerpni, przechodząc przez system GWC oddaje ciepło do gruntu i ochładza się (przykładowo do temperatury 16 °C). Dzięki zastosowaniu GWC powietrze wchodzące do budynku nie jest przesuszone, co wpływa na przyjemny klimat we wnętrzu.

Istnieją różne typy gruntowych wymienników ciepła. Może to być zakopany w ziemi system rur, którym transportowane jest powietrze wentylacyjne. Układy takie nazywane są rurowymi lub przeponowymi. Ponadto rozróżniamy m.in.: wymienniki żwirowe, płytowe oraz glikolowe. Najprostszy pod względem konstrukcyjnym jest wymiennik rurowy. Zwykle są to rury PCV, ale na rynku znajdują się specjalnie dla tego celu przeznaczone rury polipropelynowe i polietylenowe z wewnętrzną warstwą antybakteryjną o długości 30 do 50 metrów. Ich średnica wynosi od 100 do 200 mm. Rury mogą być prowadzone po odcinku prostym, jako pętla wokół budynku, w kształcie litery S lub w układzie Tichelmanna, gdzie rura od czerpni do wymiennika rozgałęzia się na kilka równolegle biegnących przewodów, które ponownie się łączą i wchodzą do budynku jako jedna rura, zapewniając wyrównanie oporów przepływu pomiędzy poszczególnymi obiegami. Całość umieszczana jest na głębokości od 1,5 do 2,5 m, trasa nie może kolidować z innymi trasami urządzeń podziemnych. Aby zapobiec zjawisku skraplania się pary wodnej w wewnętrznych ściankach wymiennika w okresie letnim należy montować rury z odpowiednim spadkiem (1°) do czerpni budynku, co zapewni możliwość odpływu. Dodatkowo wszystkie połączenia rur i elementów mocujących powinny być uszczelnione. W celu uniknięcia ryzyka osiągania gruntu nad instalacją należy go stopniowo zagęszczać podczas zasypywania wykopu. Do takiego systemu prowadzi czerpnia z siatką zabezpieczającą np. przed gryzoniami.

Wymiennik glikolowy jest podobny do rurowego, jednak zamiast standardowej rury umieszczanej pod ziemią wykorzystuje się rurkę o długości od 120 do 250 m i średnicy od 200 do 400 mm, wewnątrz której znajduje się roztwór glikolu. Krążąc w układzie jest on ogrzewany zimą lub ochładzany latem. Pompa obiegowa powoduje jego ruch w wężownicy skąd przekazuje on energię powietrzu wentylacyjnemu. Układ taki montowany jest na głębokości 1,5 do 2,5 m. Nie jest wyposażony w czerpnię powietrza, ale wymaga zastosowania dodatkowego wymiennika powietrze-glikol przed wlotem czerpni rekuperatora. Ten rodzaj GWC posiada największą sprawność, jednak jest również najdroższy inwestycyjnie.

Wymiennik żwirowy wykonany jest jako wykop o objętości kilku metrów sześciennych. Wypełnia go oczyszczone złoże żwirowe o granulacji 40 do 80 mm, przez które przepływa powietrze wentylacyjne. Żwir odpowiada za magazynowanie energii oraz filtrowanie powietrza. Aby zabezpieczyć złoże przed przenikaniem do niego zanieczyszczeń oraz przed gryzoniami stosowana jest tzw. geowłóknina.

Wymiennik taki potrzebuje więcej czasu na regenerację niż rurowy. GWC płytowy jest modyfikacją żwirowego. Składa się z ułożonych na 5-cm podsypce żwirowo-piaskowej specjalnych płyt. Znajdują się w nich szczeliny, którymi przepływa powietrze mające bezpośredni kontakt z gruntem. Na płytach takich ułożona jest 12-cm izolacja ze styropianu zabezpieczona folią. Całość przysypuje się gruntem. Rozwiązanie takie posiada większą stabilność temperaturową po przepłynięciu przez wymiennik niż w GWC żwirowym. Jest to spowodowane większą powierzchnią kontaktu wymiennika z gruntem magazynującym ciepło. Wadą natomiast jest to, że wykop powinien mieć powierzchnię trzy- do czterokrotnie większą niż w przypadku złoża żwirowego.

Decydując się na zastosowanie wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła warto zastanowić się nad montażem gruntowego wymiennika ciepła. Dzięki niemu nie tylko zwiększymy sprawność rekuperacji, co wpłynie na mniejsze koszty ogrzewania, ale również zabezpieczymy wymiennik w układzie wentylacji przed jego zamarzaniem. Chcąc dobrać odpowiedni GWC należy mieć na uwadze nie tylko kwestie ekonomiczne, ale również dostępne pod taka instalację miejsce. Budując dom lub garaż możemy taki wymiennik umieścić pod powstającym obiektem, jednak utrudni to dostęp do instalacji w razie niespodziewanej awarii. Co ciekawe wymiennik gruntowy można wykonać samemu, a w sieci dostępne są instrukcje jak to zrobić tanim kosztem.