Budynki ogrzewane ciepłem ziemi

W tym artykule prezentujemy doświadczenia związane z projektowaniem i budową budynków gospodarczych oraz garaży, które nie wymagają instalacji grzewczych, a mimo to zimą utrzymują temperaturę dodatnią — nawet w najchłodniejsze dni temperatura wewnątrz takich obiektów oscyluje w granicach 10°C.

Rys. 1 Garaż ogrzewany ciepłem ziemi (grafika własna).

Warunki budowy budynków gospodarczo-technicznych bez ogrzewania:

Aby osiągnąć taki efekt, należy spełnić kilka podstawowych założeń technicznych:

1.      Budynek powinien być przyległy do ogrzewanego obiektu, w którym panuje temperatura ok. 20°C  - chodzi o zmniejszenie negatywnego odziaływania środowiska zewnętrznego o niskich temperaturach.

2.      Izolacja termiczna pomiędzy budynkami powinna mieć współczynnik oporu cieplnego R ≥ 10 (ok. 30 cm styropianu).

3.      Wszystkie ściany zewnętrzne powinny mieć izolację na podobnym poziomie (minimum 30 cm styropianu grafitowego).

4.      Dach należy zaizolować tak, by R wynosiło co najmniej 12,5 (ok. 50 cm izolacji).

5.      Brama garażowa powinna mieć min. 60 mm grubości izolacji + dodatkowe docieplenie 2 cm.

6.      Wymagana jest wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła (np. ścienne mini rekuperatory).

7.      Konieczna jest izolacja pionowa fundamentów i pozioma opaska termiczna (ok. 10 cm grubości i 60 cm szerokości wokół budynku).

Uwaga: Nie stosujemy żadnej izolacji pod posadzką. Temperatura gruntu na głębokości. ok. 1 m utrzymuje się na poziomie 10–12°C, co czyni z niego naturalny, darmowy grzejnik geotermalny. Poniżej zestawienie zebranych doświadczeń.

Przykład 1: Garaż w Gowinie (pow. 46 m²)

Rys. 2 Garaż w Gowinie.

Pomiary prowadzono przez 11 dni (13–24 stycznia). Temperatura zewnętrzna w nocy spadała nawet do −6°C.

Grunt w tak wybudowanym garażu dostarczał na tyle dużo ciepła, że postanowiono przetestować jego działanie nie tylko jako obiektu funkcjonującego bez ogrzewania, lecz także jako źródła ciepła do wstępnego podgrzewania powietrza wentylacyjnego dla budynku mieszkalnego — pełniąc funkcję gruntowego wymiennika ciepła zasilającego rekuperator.

Schemat działania wyglądał następująco:

Rys. 3 Schemat działania.

Powietrze zewnętrzne dostawało się do garażu przez dwa ścienne mini rekuperatory, zlokalizowane na ścianach zewnętrznych. Następnie, po przemieszczeniu się przez kubaturę garażu i częściowym ogrzaniu, było zasysane przez kanał wentylacyjny znajdujący się w ścianie pomiędzy garażem, a domem.

Nawet przy ujemnych temperaturach zewnętrznych — od -6°C do -7°C — do rekuperatora trafiało powietrze o temperaturze około +6°C.W tym czasie temperatura w garażu stopniowo się obniżała, jednak najniższa odnotowana wartość po niemal dwóch tygodniach wychładzania wyniosła +4,6°C (powietrze) oraz +7°C (grunt).

W ciągu godziny do garażu napływało około 90 m³ zimnego powietrza zewnętrznego.

• Temperatura gruntu 80 cm pod posadzką: ok. 10,5°C.

• Garaż nie tylko utrzymywał dodatnie temperatury, ale posłużył jako gruntowy wymiennik ciepła dla budynku mieszkalnego.

• Powietrze zewnętrzne trafiało do garażu przez dwa ścienne mini rekuperatory, następnie było zasysane do rekuperatora domu.

• Nawet przy −6°C na zewnątrz, do rekuperatora trafiało powietrze o temp. ok. 6°C.

• Minimalna  zanotowana temperatura powietrza w garażu po blisko 10 dniach wyziębiania: 4,6°C; gruntu: 7°C.

Rys. 4 Słupki przedstawiające wartości minimalne i maksymalne dla miejscowości Gowino.

Dom, przy którym prowadzono pomiary, znajduje się na szczycie wzniesienia, gdzie często występują silne wiatry. Nieprzypadkowo ulica, przy której jest położony, nosi nazwę „Wichrowe Wzgórze”.

Rys. 5 Grafika

Grafika obok przedstawia temperaturę powietrza na wejściu do rekuperatora. Dane zostały zarejestrowane 23 stycznia 2025 roku o godzinie 21:00.Pomimo ujemnych temperatur na zewnątrz, temperatura powietrza wpływającego do rekuperatora wyniosła 6,3°C. To efekt ogromnej ilości ciepła oddawanego przez grunt, który działa jak naturalne źródło energii. Jest go na tyle dużo, że nie tylko umożliwia utrzymanie dodatnich temperatur wewnątrz nieogrzewanych budynków zimą, ale także pozwala na podgrzanie zimnego powietrza zewnętrznego o temperaturze ujemnej do kilku stopni powyżej zera. Dla pełnego obrazu warto zaznaczyć, że garaż nie był jeszcze w pełni wykończony. Brakowało kilku kluczowych elementów termoizolacyjnych, a także nie wdrożono części rozwiązań, na które pomysły pojawiły się dopiero w trakcie prowadzenia obserwacji. Można więc przypuszczać, że po ukończeniu prac oraz wdrożeniu tych rozwiązań istnieje jeszcze istotny potencjał do poprawy osiągniętych już wyników temperaturowych.

Przykład 2: Pomieszczenie gospodarcze (22 m²)

Rys. 6 Pomieszczenie Gospodarcze

• Obiekt lepiej zaizolowany, zlokalizowany w terenie o korzystniejszych warunkach.

• Pomieszczenie odizolowane od części ogrzewanej zgodnie z zasadami budownictwa pasywnego.

• Temperatura przez całą zimę utrzymywała się wyraźnie powyżej 10°C mimo braku aktywnego ogrzewania.

  
  

Wnioski praktyczne:

• Temperatura powietrza na poziomie 10°C stwarza komfortowe warunki do pracy fizycznej — ciało nie przegrzewa się i pracuje się efektywniej niż w cieplejszych pomieszczeniach.

Podsumowanie:

Izolowanie podłogi w tego typu obiektach to poważny błąd. Grunt jest naturalnym źródłem ciepła, z którego należy korzystać.

Budynki gospodarcze, garaże czy pomieszczenia rekreacyjne można projektować tak, by były nie tylko wolne od kosztów ogrzewania, ale także od konieczności budowy instalacji grzewczych.

Tego typu realizacje są krokiem w stronę budynków mieszkalnych, które w przyszłości będą mogły funkcjonować w polskim klimacie bez aktywnego systemu grzewczego.

To realna perspektywa — bazująca na doświadczeniu, obserwacji i wiedzy, którą już dzisiaj możemy wykorzystać.