Montaż gruntowego wymiennika ciepła (GWC) w fundamencie (2024)

Fundament jest najważniejszym elementem konstrukcyjnym każdego domu. Jego podstawowym zadaniem jest przekazanie na grunt obciążeń budowli. Bardzo istotna jest też druga funkcja - oddzielając pozostałą część budynku od podłoża, uniemożliwia podciąganie wilgoci z gruntu oraz ogranicza straty ciepła. Musi więc być i solidny, i odpowiednio zaizolowany.

Można go wykonać na dwa sposoby. Popularniejsze są tradycyjne ławy fundamentowe, a mniej rozpowszechniony wariant to płyta fundamentowa. Oba mają zalety i wady i przeznaczone są na inne warunki gruntowe. Ławy wykonuje się wtedy, gdy grunt na działce jest stabilny i nośny. Płyta zaś rekomendowana jest w przypadku trudnych warunków gruntowych, chociaż na gruncie o dobrej nośności też jak najbardziej można ją wykonać.

Wybór technologii to tylko jeden z dylematów, jaki trzeba rozstrzygnąć na tym etapie. Drugi dotyczy tego, czy pod fundamentem zainstalować gruntowy wymiennik ciepła (GWC). Tę decyzję muszą podjąć inwestorzy, którzy zdecydowali się na wyposażenie domu w wentylację mechaniczną z rekuperacją. O zaletach takiego rozwiązania piszemy na naszych łamach regularnie. W skrócie - podczas gdy tradycyjna wentylacja grawitacyjna generuje aż 30-50% strat ciepła, używanie rekuperacji zmniejsza je do zaledwie kilku procent. Jest więc ona niezbędnym elementem w każdym energooszczędnym domu. Jej efektywność energetyczną poprawia właśnie GWC. O tym, jak działa i jak go wykonać podczas budowy fundamentów piszemy w dalszej części artykułu.

Tradycyjne ławy fundamentowe

Większość domów jednorodzinnych w naszym kraju posadowiona jest na ławach fundamentowych. Określa się tak poziome belki z żelbetu, które lokuje się pod ścianami nośnymi budynku, czyli zewnętrznymi i niektórymi wewnętrznymi, np. stanowiącymi oparcie stropu.

Wymiary, rodzaj betonu i stali, a także głębokość posadowienia budynku definiuje konstruktor, uwzględniając takie parametry, jak nośność gruntu, poziom wody gruntowej czy obciążenia, jakie będą musiały przenosić fundamenty. Jeśli chodzi o głębokość posadowienia, zależy ona od tego, w jakiej strefie klimatycznej zlokalizowany jest dom. Budynki posadawia się bowiem przeważnie poniżej tzw. strefy przemarzania, a jej głębokość jest w naszym kraju zróżnicowana - od 0,8 m na zachodzie do nawet 1,4 m w okolicach Suwałk (patrz mapa). Wykonywanie fundamentów poniżej strefy przemarzania wynika z tego, że zamarzający grunt może zwiększać swoją objętość, co powoduje tzw. wysadziny mrozowe i pękanie fundamentów oraz ścian.

Ławy wykonuje się bezpośrednio w wykopie lub w deskowaniu. Pierwszym krokiem jest zazwyczaj wykonanie warstwy tzw. chudego betonu, której zadaniem jest ustabilizowanie podłoża. Następnie układa się zbrojenie - koniecznie na podkładkach, tak, żeby stal została otoczona z każdej strony warstwą betonu o grubości przynajmniej 2,5 cm (lepiej 4 cm). Zbrojenie to najczęściej przynajmniej 4 stalowe pręty średnicy 12 mm, powiązane strzemionami średnicy 6 mm, w odstępach co 30 cm. Zbrojenie jest niezbędne, by ławy były odp*rne zarówno na ściskanie, jak i na rozciąganie. To ważne, bo grunt pod budynkiem jest zazwyczaj niejednolity - w jednym miejscu ustępuje pod naciskiem nieco mniej, w innym więcej. Również nacisk wywierany przez nadziemną część budowli nie jest jednakowy. Dzięki zbrojeniu, fundament radzi sobie z tymi siłami i nie pęka. Drugi etap to równomierne wypełnienie szalunku betonem o klasie zgodnej z projektem, najczęściej C12/15 (B15) lub C16/20 (B20).

Kolejnym elementem takich fundamentów są ściany fundamentowe, na których opiera się ściany nadziemia. Do ich budowy wykorzystuje się różne materiały. Bloczki betonowe charakteryzują się bardzo dużą wytrzymałością na ściskanie i niską nasiąkliwością, ale nie zapewniają izolacyjności termicznej. Lepiej izolują bloczki keramzybetonowe, ale te są jednocześnie mniej wytrzymałe i bardziej wrażliwe na działanie wody. Nie sprawdzą się więc wtedy, gdy wokół fundamentów wody gruntowe mogą sięgać okresowo powyżej ław. Pod tym względem lepsze są ściany z betonu wylewanego (monolityczne) - bardzo wytrzymałe i najlepiej zabezpieczające przed przenikaniem wody. Warto je wykonać wtedy, gdy w domu zaplanowano piwnicę. Mniej popularne są pustaki zasypowe, które po ustawieniu wypełnia się mieszanką betonową. Pełnią więc one rolę tzw. szalunku traconego, którego się nie rozbiera. Zamiast pustaków można zastosować kształtki styropianowe, które są nie tylko szalunkiem, ale też stanowią dla ścian izolację cieplną.

Jak wspomniano, ławy i ściany fundamentowe to wariant najbardziej rozpowszechniony, a więc i doskonale znany ekipom wykonawczym. Koszt wykonania ław jest nieco niższy niż w przypadku płyty. Ponieważ jednak przy takim sposobie fundamentowania obciążenia rozkładają się na stosunkowo niewielką powierzchnię gruntu (liniowo), ława sprawdzi się tylko na działkach, gdzie są standardowe warunki gruntowe (zwarte skały, żwir, piasek itp.).

Płyta fundamentowa na trudne warunki

Gdy warunki gruntowe są trudne, zalecane jest wykonanie płyty fundamentowej. Znajduje się ona bowiem pod całym budynkiem, więc obciążenia rozkładają się równomiernie na większą powierzchnię.

Płyta ma budowę warstwową. Na spodzie wykonuje się podbudowę z zagęszczonego mechanicznie żwiru. Na niej usypuje się warstwę pospółki lub piasku o grubości 15-30 cm. Na niej znajduje się izolacja termiczna ze styropianu grubości 15-30 cm. Styropian umieszcza się też wokół krawędzi całej konstrukcji. Na ociepleniu (ewentualnie też pod nim) układa się hydroizolację z folii polietylenowej lub membrany EPDM. Kolejnym elementem jest żelbetowa płyta nośna grubości 12-20 cm. Jest ona zbrojona górą i dołem, a parametry zbrojenia i betonu są określone przez konstruktora (podobnie jak w przypadku ławy). W razie potrzeby ostatnią warstwę tworzy samopoziomująca wylewka wyrównawcza, na której układa się posadzkę. W tym wariancie niepotrzebne są ściany fundamentowe.

Równomierny rozkład obciążeń to nie jedyna zaleta płyty. Konstrukcję tę wykonuje się szybciej niż tradycyjne fundamenty - maksymalnie 4-5 dni. Wynika to z tego, że jej posadowienie jest bardzo płytkie, więc roboty ziemne są bardzo ograniczone. Przekłada się to bezpośrednio na wydatki na robociznę. A ponieważ te z roku na rok rosną, wykonanie płyty staje się coraz ciekawszą alternatywą dla ław, również biorąc pod uwagę aspekt ekonomiczny.

Kolejny powód, by wybrać to rozwiązanie, to możliwość wykorzystania płyty do wykonania fundamentu grzewczego. W betonowej konstrukcji wystarczy tylko zatopić kanały powietrzne, które będą zasilane z jednostki grzewczej, a cyrkulację powietrza zapewni wentylator. Innym sposobem na zwiększenie efektywności cieplnej budynku jest rozprowadzenie w płycie rur zasilanych ciepłą wodą z kotła, jak w typowym ogrzewaniu podłogowym. Warto pamiętać, że żelbetowy element o dużej masie, oddzielony od gruntu grubą warstwą izolacji, jest świetnym akumulatorem ciepła.

Suche i ciepłe fundamenty, czyli ocieplenie i izolacja

Jeśli o izolacji mowa, fundamenty wymagają zarówno ocieplenia, jak i zabezpieczenia przed wilgocią. O ile w przypadku płyty elementy te są częścią samej konstrukcji, to przy ławach wykonuje się je oddzielnie.

Zacznijmy od izolacji przeciwwilgociowej - wszak wilgoć może destrukcyjnie wpływać na konstrukcję całego budynku. Sposób jej wykonania zależy od tego, czy budynek ma piwnicę. Jeśli nie (to obecnie dominujący trend), kluczowe jest odpowiednie wykonanie izolacji poziomej, która oddziela ścianę nadziemia od mającej kontakt z gruntem ściany fundamentowej. Na jej górnej powierzchni układa się dwie warstwy papy na lepiku lub folii fundamentowej. Ich zadaniem jest ochrona przed podciąganiem wilgoci z gruntu. Z kolei przed przenikaniem wilgoci przez ścianę fundamentową zabezpiecza izolacja pionowa. Aby zmniejszyć jej nasiąkliwość, należy ją pokryć dwiema warstwami preparatu bitumicznego albo zastosować odpowiednią folię hydroizolacyjną.

W domu podpiwniczonym oraz przy bardzo niesprzyjających warunkach gruntowych to nie wystarczy. Potrzebna jest szczelna izolacji ścian - jej rodzaj dopasowuje się do konkretnych warunków. Zastosowanie mają tu izolacje z papy bitumicznej, specjalnych mas uszczelniających itp. Czasami niezbędny będzie też drenaż opaskowy, czyli ułożony wokół fundamentów system perforowanych rur, który umożliwi odprowadzanie nadmiaru wody z pasa gruntu otaczającego piwnicę. Koszty takich rozwiązań są jednym z powodów tego, że obecnie piwnice wykonuje się w domach jednorodzinnych coraz rzadziej.

Sposób ocieplenia fundamentów również zależy od tego, czy dom ma piwnicę. W budynkach podpiwniczonych izolację układa się na całej powierzchni ścian fundamentowych. W tej roli najlepiej sprawdza się polistyren ekstrudowany (XPS), który jest mało nasiąkliwy i bardzo wytrzymały na ściskanie. Tańszą alternatywą jest wodoodp*rny styropian.

Jeżeli dom nie ma piwnicy, ocieplić styropianem wystarczy samą strefę co*kołową - ścianę fundamentową nad ziemią i ok. 50 cm poniżej poziomu gruntu.

Uwaga! W obu przypadkach ważne jest, by izolacja cieplna tworzyła ciągłą warstwę na ścianie fundamentowej oraz opartej na niej przegrodzie zewnętrznej.

Aby poprawić izolacyjność cieplną fundamentów, podczas wykonywania ław można zastosować wspomniane kształtki styropianowe, albo elementy z XPS. Otulają one ławę zarówno po bokach, jak i od spodu, dzięki czemu izolacja jest bardzo skuteczna.

Fundamenty z GWC

Gruntowy wymiennik ciepła, o którym była mowa we wstępie, to warte uwagi rozwiązanie pozwalające obniżyć koszty eksploatacyjne domu. Piszemy o nim w kontekście fundamentów, bo choć jest elementem systemu wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła, to wykonuje się go na etapie robót związanych z posadowieniem domu.

GWC umieszcza się pod budynkiem - w obrysie fundamentów, albo pod płytą, ewentualnie obok niego. Tego typu instalacja wykorzystuje naturalne ciepło lub chłód, które są zakumulowane w gruncie. Na głębokości 1,5-2 m temperatura jest bowiem dość stabilna, niezależnie od pory roku i warunków pogodowych. Latem powietrze przechodzące przez GWC jest więc schładzane, a zimą podgrzewane. Dodatkowo jest ono oczyszczane, dlatego wymiennik nie tylko pozwala zwiększyć efektywność energetyczną systemu rekuperacji, ale też poprawia jakość domowego powietrza. Ponadto GWC zabezpiecza wymiennik ciepła w centrali wentylacyjnej przed zamarzaniem, gdy temperatura powietrza spada poniżej zera.

Instalacja GWC składa się z dwóch zasadniczych elementów - terenowej lub ściennej czerpni powietrza i wymiennika umieszczonego pod powierzchnią gruntu. Poddane w nim odpowiedniej obróbce powietrze trafia potem poprzez kanały instalacji wentylacyjnej do rekuperatora.

Do wyboru są wymienniki przeponowe i bezprzeponowe. W tych pierwszych powietrze nie płynie w bezpośrednim kontakcie z gruntem, ale jest oddzielone ścianką rury, czyli tzw. przeponą. W GWC bezprzeponowych (żwirowych i płytowych) wymiana ciepła między powietrzem i gruntem odbywa się w sposób bezpośredni.

GWC przeponowe lepiej sprawdzają się na gruntach wilgotnych, które dobrze przewodzą ciepło. Nawet w przypadku wysokiego poziomu wód gruntowych wymiennikowi rurowemu nie grozi zalanie. Co istotne, w razie potrzeby można go czyścić i płukać.

Z kolei GWC bezprzeponowe latem zapewniają skuteczniejsze chłodzenie i możliwość odprowadzania kondensatu ze zbyt wilgotnego, gorącego powietrza, bezpośrednio do gruntu. Ponadto powietrze przepływające przez taki wymiennik jest oczyszczane z pleśni i innych grzybów oraz bakterii.

Redaktor: Norbert Skupiński
fot. otwierająca: Pro-Vent