Gruntowy rurowy powietrzny wymiennik ciepła w wentylacji jednorodzinnych, zrównoważonych budynków mieszkalnych

• Autorzy: Skotnicka-Siepsiak Aldona , Serrat Carles

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0053.9360

Warianty tytułu

EN

An earth-to-air heat exchanger for ventilation systems in sustainable single-family homes

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wentylacja w zrównoważonych budynkach jednorodzinnych wymaga zastosowania nie tylko rozwiązań energooszczędnych, które czerpać będą maksymalnie z odnawialnych źródeł energii, ale muszą one również zapewnić prawidłowe funkcjonowanie obiektu w zmiennych warunkach zewnętrznych. Sprostać muszą one nie tylko dobowym i sezonowym zmianom otoczenia, ale również obserwowanym globalnie zmianom klimatycznym. Wymagania te spełniają gruntowe rurowe wymienniki ciepła (GWC). W poniższym artykule przeanalizowano eksperymentalne wyniki pracy tego urządzenia w polskich warunkach klimatycznych. Przeanalizowano okres jednego roku od września 2020 roku do końca sierpnia 2021 roku. Głównym celem pracy była nie tyle sama ocena ilości ciepła i chłodu pozyskanego z GWC, co ocena jego potencjału energetycznego w różnych układach wentylacji jednorodzinnego budynku mieszkalnego funkcjonujących w rzeczywistych, zmiennych warunkach otoczenia. W ramach badań rozpatrywano przypadek wentylacji grawitacyjnej i porównano pod względem zapotrzebowania energetycznego z trzema innymi przypadkami układów wentylacyjnych: wentylacją wyposażoną dodatkowo w GWC, wentylacją z rekuperacją i wysokosprawnym wymiennikiem ciepła oraz z wentylacją wyposażoną zarówno w GWC, jak i w rekuperację z odzyskiem ciepła.

EN

Ventilation systems in sustainable single-family homes require energy-efficient solutions that make optimal use of renewable energy sources and meet air quality and thermal comfort requirements in buildings. These systems should ensure a stable indoor environment and adequately respond to daily and seasonal fluctuations in temperature, as well as global climate change. Earth-to-air heat exchanges (EAHE) meet the above requirements. This article analyzes the performance of an EAHE in the Polish. The experiment covered a period of one year from the beginning of September 2020 to the end of August 2021. In addition to determining the heating and cooling loads, the main aim of the study was to evaluate the EAHE’s thermal performance in ventilation systems for single-family homes with different configurations under variable real-world conditions. Energy consumption in a building equipped with a natural ventilation system was compared with three other scenarios: a ventilation system coupled with an EAHE, a mechanical ventilation system with heat recovery and a high-efficiency heat exchanger, and a mechanical ventilation system with both an EAHE and heat recovery.

Słowa kluczowe

PL

wymiennik ciepła gruntowy; GWC; wentylacja energooszczędna; odzysk ciepła; system wentylacji; budynek jednorodzinny

EN

ground heat exchanger; GHE; energy saving ventilation; heat recovery; ventilation system; one-family building

• Wydawca: Fundacja Polskiego Związku Inżynierów i Techników Budownictwa
• Czasopismo: Przegląd Budowlany
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 94, nr 9-10
• Strony: 38--41
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., il.

Twórcy

autor

Skotnicka-Siepsiak Aldona

• Wydział Geoinżynierii, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski, Olsztyn

• https://orcid.org/0000-0002-8576-1954

autor

Serrat Carles

• Uniwersytet Techniczny, Barcelona, Katalonia

• https://orcid.org/0000-0002-1504-5354

Bibliografia

• [1] Fazlikhani F., Goudarzi H., Solgi E., Numerical analysis of the efficiency of earth to air heat exchange systems in cold and hot-arid climates, Energy conversion and management 148, 2017, str. 78-89
• [2] Zajch A., Gough W., Chiesa G., Earth-Air Heat Exchanger Potential Under Future Climate Change Scenarios in Nine North American Cities, In Sustainability in Energy and Buildings: Proceedings of SEB 2019, Springer Singapore, 2020, str. 109-119
• [3] Peretti C., Zarrella A., De Carli M., Zecchin R., The design and environmental evaluation of earth-to-air heat exchangers (EAHE), A literature review, Renewable and Sustainable Energy Reviews 28, 2013, str. 107-116
• [4] Wei H., Yang D., Wang J., Du J., Field experiments on the cooling capability of earth-to-air heat exchangers in hot and humid climate, Applied Energy 2020, 276, str. 115493
• [5] Taurines K., Girous-Julien S., Menezo C., Energy and thermal analysis of an innovative earth-to-air heat exchanger: experimental investigations, Energy and Buildings 187, 2019, str. 1-15
• [6] Hegazi A. A., Abdelrehim O., Khater A., Parametric Optimization of Earth-Air Heat Exchangers (EAHEs) for Central Air Conditioning International Journal of Refrigeration, 2021
• [7] Bai Y., Long T., Li W., Li Y., Liu S., Wang Z., Huang S., Experimental investigation of natural ventilation characteristics of a solar chimney coupled with earth-air heat exchanger (SCEAHE) system in summer and winter, Renewable Energy 193, 2022, str. 1001-1018
• [8] Sakhri N., Menni Y., Chamkha A. J., Lorenzini G., Ameur H., Kaid N., Bensafi M., Experimental study of an earth-to-air heat exchanger coupled to the solar chimney for heating and cooling applications in arid regions, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 145, 2021, str. 3349-3358
• [9] Qin D., Liu J., Zhang G., A novel solar-geothermal system integrated with earth-to-air heat exchanger and solar air heater with phase change material-numerical modelling, experimental calibration and parametrical analysis, Journal of Building Engineering 35, 2021, str. 101971
• [10] Ahmad H., Sakhri N., Menni Y., Omri M., Ameur H., Experimental study of the efficiency of earth-to-air heat exchangers: Effect of the presence of external fans, Case Studies in Thermal Engineering, 28, 2021, str. 101461
• [11] Li Z. X., Shahsavar A., Al-Rashed A. A., Kalbasi R., Afrand M., Talebizadehsardari P., Multi-objective energy and exergy optimization of different configurations of hybrid earth-air heat exchanger and building integrated photovoltaic/thermal syste, Energy Conversion and Management, 195, 2019, str. 1098-1110
• [12] Akbarpoor A. M., Poshtiri A. H., Biglari F., Performance analysis of domed roof integrated with earth-to-air heat exchanger system to meet thermal comfort conditions in buildings, Renewable Energy 168, 2021, str. 265-1293
• [13] Salem H. H., Hashem A. L., Integration of Earth-air heat exchanger in buildings review for theoretical researches, In AIP Conference Proceedings, AIP Publishing, 2023, July, tom 2787, nr 1
• [14] Hamdane S., Mahboub C., Moummi A., Numerical approach to predict the outlet temperature of earth-to-air-heat-exchanger, Thermal Science and Engineering Progress 21, 2021, str. 100806
• [15] Skotnicka-Siepsiak A., Wesołowski M., Piechocki J., Validating Models for Calculating the Efficiency of Earth-to-Air Heat Exchangers Based on Laboratory Data for Fall and Winter 2016 in Northeastern Poland, Polish Journal of Environmental Studies 28(5)2019
• [16] PN-EN 12831-1:2017-08: Energy performance of buildings - Method for calculation of the design heat load - Part 1: Space heating load, Module M3-3
• [17] Ergonomics of the thermal environment - Analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria (ISO 7730:2005)
• [18] ISO 13790:2008: Energy performance of buildings - Calculation of energy use for space heating and cooling