Грунтовый теплообменник для отопления дома
Обновлено: 17.05.2024
Грунтовый теплообменник вентиляции в частном доме
При устройстве вентиляции в частном доме все более популярным становится осуществлять забор свежего воздуха через грунтовый теплообменник.
Зимой, проходя по трубе теплообменника, приточный воздух нагревается до температуры, близкой к 0 °С.
Это снижает расход энергии на нагрев приточного воздуха, примерно на 25%, а в сильные морозы предотвращает выпадение инея на рекуператоре блока вентиляции. Иней перекрывает приток воздуха в дом.
Для работы в этом режиме блок вентиляции с рекуператором должен иметь байпас, чтобы пропускать воздух помимо рекуператора.
Использование грунтового теплообменника наиболее выгодно для вентиляции достаточно герметичного воздухонепроницаемого дома. В таком доме весь воздух поступает внутрь помещений только через трубу теплообменника.
Грунтовый теплообменник выгодно применять с любым блоком принудительной вентиляции, как с рекуператором, так и без него.
Грунтовый теплообменник в системе естественной вентиляции
Удаление воздуха из дома будет осуществляться через вытяжные каналы естественной вентиляции. Приточная система с грунтовым теплообменником будет выполнять роль приточных клапанов.
Вентилятор лучше разместить в техническом помещении, чтобы снизить уровень шума от его работы.
Как сделать грунтовый теплообменник
Трубу грунтового теплообменника размещают вокруг дома на глубине не менее глубины промерзания. Для дома с заглубленным ленточным фундаментом трубу теплообменника выгодно разместить вблизи фундамента.
Для прокладки обычно используют канализационные трубы из ПВХ. Для обеспечения лучшей передачи тепла, следует выбирать трубы с меньшей толщиной стенки. Специально для устройства грунтовых теплообменников выпускают трубы из полипропилена, которые более теплопроводны, чем из ПВХ. Кроме того, такие трубы изнутри имеют покрытие, которое препятствует развитию микроорганизмов.
Параллельная укладка труб уменьшает аэродинамическое сопротивление грунтового теплообменника
Трубы в траншее укладывают с уклоном 2% в ту или иную сторону. Этот уклон необходим для стока конденсата, который может появляться в трубе летом при охлаждении теплого воздуха улицы.
 |
| Воздухозаборник с фильтром |
Конец трубы теплообменника, на который устанавливается воздухозаборник, на участке выводят выше уровня снегового покрова. Не рекомендуется делать забор воздуха непосредственно у земли, ниже 1,5 метра от поверхности участка. Радиоактивный почвенный газ радон тяжелее воздуха и его наибольшая концентрация наблюдается как раз у поверхности земли.
Воздухозаборник, устанавливаемый на трубу, оснащают защитной металлической сеткой и фильтром. Конструкция воздухозаборника должна препятствовать проникновению в трубу осадков, птиц, грызунов, листьев, насекомых.
Другой конец трубы заводят в подвал дома, если он есть, или пропускают под фундаментом и выводят в техническое помещение на первом этаже, где установлен блок приточной вениляции.
На участке воздухозаборник приточной вентиляции в частном доме размещают на расстоянии не ближе 10 м. от источников запахов и других мест загрязнения воздуха.
Гравийный грунтовый теплообменник без труб
Существует вариант устройства грунтового теплообменника без применения труб. Вместо труб в траншею на горизонтальном участке насыпают слой щебня или гравия крупной фракции толщиной не менее 800 мм.
Товары для строительства и ремонта
Гравийный теплообменник рекомендуется размещать на участке рядом с домом, что уменьшит длину и аэродинамическое сопротивление труб, соединяющих его с домом. Кроме того, гравийный теплообменник максимально удаляют от очистных устройств местной канализации. Уровень грунтовых вод должен быть ниже дна теплообменника.
Дно и стенки котлована покрывают геотекстилем для предотвращения заиливания грунтом. Котлован заполняют гравием или щебнем фракции 20 мм. Перед укладкой материал засыпки тщательно промывают для удаления песка и других загрязнений. Засыпку накрывают сверху полотном геотекстиля, что предотвращает смешивание гравия с лежащим выше грунтом.
- Гравийному теплообменнику не нужны устройства для отвода конденсата.
- Меньше стоимость сооружения.
- Имеет более высокое аэродинамическое сопротивление.
- Увлажняет поступающий в дом воздух.
- Не защищен от попадания в нагнетаемый в дом воздух почвенных газов.
Гравийный теплообменник бывает выгодно соорудить на небольшой глубине в 0,5-0,6 м., в слое, где грунт зимой промерзает. Грунт над теплообменником в этом случае защищают от промерзания, утепляя его слоем теплоизоляции. Для утепления используют плиты из экструдированного пенополистирола (XPS) марки 35. Толщину и ширину слоя утеплителя определяют расчетом.
Гравийный теплообменник не следует применять в районах интенсивного выделения из недр земли радиоактивного почвенного газа радона.
Эксплуатация грунтового теплообменника
При переключении забора воздуха через грунтовый теплообменник, аэродинамическое сопротивление притока на входе в блок принудительной вентиляции заметно увеличивается. Вентилятор притока в блоке вентиляции на это часто не рассчитан и не может обеспечить необходимый приток воздуха в помещения. Необходимо выбирать блок принудительной вентиляции, рассчитанный на работу с грунтовым теплообменником. Или придется устанавливать дополнительный вентилятор на выходе воздуха из трубы грунтового теплообменника.
Грунтовый теплообменник своими руками – изготовление
![Грунтовый теплообменник своими руками – изготовление]()
Грунтовый теплообменник своими руками – изготовление
Есть несколько разновидностей грунтовых теплообменников способы использоваться на данный момент. Возможность обустройства собственноручно, прекрасная эффективность, а еще конструктивная простота сделала такой тип вентиляции самым популярным в обустройстве частного дома.
На данный момент на 100% известно, что на территории всех СНГ стран температура земли на глубине примерно 2 метра остается почти неизменной.
На протяжении целого года примерная температура земли составляет +11 градусов. Малые изменения наблюдается в зависимости от региона, но они просто не больше +2 градусов.
Общие сведения
Описание системы
Установка теплообменников грунтового типа подразумевает под собой применении такой даровой энергии. Получается, весной/летом эта вентиляция будет делать воздух холодным внутри помещения, а в зимнее время, наоборот, подогревать его. Более того, дополнительное тепло помогает сберечь температуру, которая будет создаваться за счет остальных элементов обогревания. На данный момент грунтовой обменник тепла чаще всего применяют вместе с рекуператором. Это теплообменное устройство, которое требуется для нагревания прохладного воздуха благодаря вытяжному теплу. Более того, в его систему входят фильтры, вентиляторы, трубопровод и нагревательное устройство.
Применение системы
Подобная схема грунтового теплового обменника дает возможность получать воздух из земли уже несколько нагретым, что помогает экономить определенное количество энергии, которое уйдет на работу рекуператора. Наличие подобной системы воздуха для нагревания помогает еще и сэкономить электрическую энергию и рекуператорную конструкцию. В таком случае будет иметься в виде, что внутри трубопровода не будет появляться конденсат, потому что температурный уровень воздуха, который будет идти по трубам, будет постоянно примерно одинаковой. Проблема с конденсатом может появиться лишь в том случае, когда в работе будет включаться рекуператор, но при этом в него будет попадать изначально холодный и морозный воздух.
Воздействия климата на вентиляцию
Эффективность устройства для вентиляции очень сильно будет зависеть от климатических особенностей, которые наблюдаются в регионе. Если говорить про климат на территории стран, то установка теплового обменника помогает в подогревании или охлаждении воздуха примерно от +6 до +21 градусов. Коэффициент полезного действия самой системы будет в полной мере зависеть от того, насколько большая температурная разница между воздухом или грунтом. Чем больше будет разница, тем эффективнее будет система. Из-за такого эффекта устройство для вентиляции помещения будет эффективным средством и летом, и зимой. При жаре система помогает обеспечивать уменьшение температуры с +31 до +21 градусов. В морозное время года температура способна увеличиваться с -20 градусов до нуля.
При расчете устройства для вентиляции следует брать во внимание и то, что осенью и весной воздействие такой вентиляции на температуру почти отсутствует. Это будет обусловлено тем, что температурный уровень воздуха и земли очень близкие по назначению, из-за чего воздушный обмен сильно замедляется. В определенных случаях такая система может вообще работать при отрицательном режиме. Например, температура в комнате будет равна +12 градусов, а наличие устройства уменьшит ее до +8 градусов. Если брать во внимание такой факт, требуется обустроить грунтовое устройство своими руками так, чтобы его можно отключить или даже перекрывать для идеального прохождения воздуха.
Главные виды системы
Сейчас известно о двух типах системы – бесканальный и трубный грунтовый теплообменник для отопления. при обустройство первого типа системы будет использоваться слой подземного типа, через который сможет просачиваться воздух. Трубный тип имеет в виду наличие труб для установки грунтового устройства, по которым будет идти воздух. Они должны быть уложены еще и под землей. Эти два типа объединяет то, что основной отводящий канал обязательно должен быть соединен с вентиляционной системой. Основным требованием, о котором важно помнить, будет то, что в системе должен быть механизм, который позволяет перескакивать между обоими режимами. При первом будет применен прямой воздушный приток с улицы, при втором рабочем режиме будет применен тепловой обменник.
Теплообменник канального типа
![лучше выбирать именно такой вариант]()
При выборе между грунтовыми воздушными тепловыми обменниками для частных домов лучше выбирать именно такой вариант. Он, естественно, требует куда больше средств и времени, но еще и будет более эффективным. Для того, чтобы сделать такой тип вентиляции, требуется укладывать систему труб в траншею, которая подготовлена в земле. В среднем же длина труб будет равна от 15 до 50 метров. Подбор будет зависеть от площади и возможностей. Тут требуется помнить о том, что трубы для теплообменника грунтовочного типа могут поворачиваться, потому что это почти не воздействует на движение воздуха. Более того, чем длиннее получится система, тем лучше она будет работать, что тоже важно учесть. Обустройство короткого устройства нецелесообразно.
Подбор труб для укладки
Как уже было оговорено ранее, для эффективного применения система она должна быть большой длины. Если площадь участка вокруг строения позволяет, то можно укладывать лишь одну трубу по периметру дома. если площадь ограничена, можно использовать параллельную укладку, и диаметр труб для нормальной работы системы должен быть от 20 до 25 см. Прекрасный выбор – полипропиленовые трубы, и при выполнении расчетов грунтового устройства требуется знать еще и о том, что можно улучшать процесс теплового обмена, если уменьшать толщину стенок и увеличивать их площадь. Исходя из такого можно применять гофрированный материал. В этом случае тепло совсем не будет застаиваться в системе грунта, и еще крайне важно обустраивать наклон системы примерно на 2%. Маленький уклон в таком случае необходимый, чтобы конденсат, который образуется в жаркую погоду, смог стекать без проблем.
Сток и остальные системные элементы
Для того, чтобы эффективно убирать конденсат из системы, требуется оборудовать трубопровод не просто уклоном, а еще создавать маленькое отверстие на нижней трубной отметке. Для стока жидкости требуется обустроить колодец дренажного типа или делать вывод в землю. Если на участке будет наблюдаться низкий уровень грунтовой воды, требуется обустройство подушки из песка для системы. Конец трубы, который будет расположен на участке, должен иметь фильтр. Кроме того, он должен быть поставлен выше уровня снега, который выпадет в зимнее время. При обустройство теплового обменника собственноручно требуется знать, что если в регионе снег – редкое явление, то высота трубы, которая будет выступать над поверхностью земли, должна быть не меньше 1.5 метров.
Это требуется сделать в роли защиты от радона – почвенного радиоактивного газа.
На конец трубы должен быть установлен заборник воздуха. Этот элемент еще должен иметь фильтр и прочную металлическую сетку. Конец трубы должен быть поставлен и защищен так, чтобы в него не попадали осадки, листочки, а еще не могли попадать никакие птицы, животные и прочее. Если есть возможность, то такой элемент устанавливают как можно дальше от всех источников, которые способы воздействовать на качество воздуха, и минимальное удаление – 10 метров.
Бесканальная разновидность
![будет более эффективным]()
Для того, чтобы собственноручно обустраивать такой тип теплового обменника, требуется выкапывать углубление, протяженность которого должна быть 3-4 метра, а глубина 0.8 метра. Более того, такой котлован должен быть наполнен посредством гравия, а сверху прикрыт пенобетонным покрытием. Эта конструкция требуется для того, чтобы температура внутри котлована не отличается от температуры грунта на углублении до 5 метров. После того, как этот этап будет пройден, требуется обустраивать вывод трубы, по которой будет проходить воздух. Что касательно изготовления такой трубы, то этот процесс ничем не будет отличаться от изготовления его в прошлом варианте. Естественно, вторая труба должна соединять особый теплообменный слой котлована и вентиляцию частного дома. после этого воздушная циркуляция начнется по самой простой схеме, и более того, воздух будет не просто увлажняться, а еще и очищаться. Исходя из этого можно утверждать, что бесканальный тип куда лучше в плане фильтрации, а трубный лучше для охлаждения/подогрева.
Системные особенности
Воздушный грунтовый теплообменник гравийного типа характеризуется тем, что он нуждается в восстановлении своих функций. Более того, устанавливать его запрещено в тех местах, где есть воздействие внешних нагрузок, например, в месте проезда транспорта. Еще одна особенность будет заключаться в том, что если гравий, который нужен для укладки, не промывать, то после обустройства системы и начала воздушной циркуляции в помещении может появиться неприятный затхлый аромат. Та же проблема появляется и в том случае, если слой гравия намокает из-за осадков или подъема грунтовых вод.
Минусы
Если повредить поверхностный слой этого обменника, то это приведет к уменьшению его эффективности, а еще к возможному насыщению влаги. Все это будет требовать проведения ремонтных работ. При обустройстве своими руками именно этого устройства следует знать то, что слой гравия является и теплообменным пунктом, и препятствием для прохождения воздуха. Из-за этого в системе нужна установить дополнительный источник для нагнетания воздуха – вентилятор с большой мощностью (несколько сот Ватт). Естественно, что это лишние траты на покупку и монтаж, и на дальнейшую оплату по счетам. И-за этого требуется тщательно проводить расчет системы, и добавим, что расчеты жидкостного теплового обменника немного проще, чем у гравийного, хотя его обустройства и конструкция куда сложнее.
Безмембранный тип
На сегодняшний день появились такие виды грунтовых устройств, а именно безмембранные. Они представляют собой комбинацию из двух старых типов систем. Основной сутью такого устройства будет то, что требуется смонтировать ровный слой полимерных плит поверх идеально ровного гравийного слоя.
Установка системы
Плиты требуется смонтировать на ножках, которые будут опираться на слой гравия. Получается, что воздух будет двигаться не сквозь гравийного слоя, как при бесканальном типе, а между слоем гравия и плит. Особенное преимущество в том, что применять такой тепловой обменник можно на протяжении длительного времени без регенерации слоя гравия. Обычный слой гравия может работать по 12 часов, а после требуется 12 часов «отдыха». При таком отдыхе слой гравия будет забирать тепло у грунта, чтобы после передать его в вентиляцию. При применении плит такие рамки сильно упрощаются.
Еще одним отличием ГТО без мембран заключается в том, что будет отсутствовать сильное препятствие воздушной циркуляции.
При бесканальном виде обменнике гравий будет являться естественным препятствием потоку воздуха, из-за этого потребуется оборудовать систему дополнительным вентилятором. Основной проблемой применения такого теплового обменника для вентиляции будет то, что система не сплошная, а потому использовать ее в полной мере запрещено в тех регионах, где наблюдается повышенный уровень грунтовых вод, или имеется шанс того, что систему затопит осадками.
Подземелье и тепло, или грунтовый трубопровод как источник отопления
Грунтовый теплообменник — что это такое и как используется?
Грунтовый теплообменник – теплообменник подземного типа, способный улавливать тепло из грунта и/или рассеивать его там. Они используют практически неизменную подземную температуру планеты для нагревания или охлаждения воздуха или других текучих сред с целью применения в жилом, аграрном или промышленном секторе.
Если воздух в здании проходит через теплообменники с целью теплоутилизации, в Европе их называют подземными трубопроводами (они же – нагревательные и охладительные подземные трубопроводы), а в Северной Америке – грунтово-воздушными теплообменниками (ГВТ). Эти системы известны под рядом других названий, среди которых – воздушно-почвенный теплообменник, грунтовые каналы, грунтовые канавы, грунтово-воздушные туннельные системы, подземный трубчатый теплообменник, гипокаусты, грунтовые теплообменники, тепловые лабиринты, подземные вентиляционные трубы и так далее.
Подземные трубопроводы зачастую выступают практически осуществимой и экономичной альтернативой или дополнением к стандартным системам центрального отопления или воздушного кондиционирования, так как у них отсутствуют компрессоры, химикаты и горелки, а для движения воздуха требуются только вентиляторы. Они используются как для частичного, так и для полного охлаждения и/или нагревания воздуха, подающегося в здание через вентиляторы.
Их применение может помочь зданиям соответствовать стандартам Пассивного дома или сертификации Руководства по энергоэффективному и экологическому проектированию.
Грунтово-воздушные теплообменники использовались на аграрных (животноводческих постройках) и садоводческих предприятиях (теплицах) в США последние несколько десятилетий, а вместе с солнечной вытяжной трубой в жарких сухих регионах – в течение тысячелетий, начиная, вероятно, со времен Персидской империи. Разработка этих систем в Австрии, Дании, Германии и Индии стало достаточно распространенной, начиная с середины 1990-х, и постепенно принимается в Северной Америке.
Грунтовый теплообменник также может использовать воду или антифриз в качестве теплообменной среды, часто – вместе с геотермальным тепловым насосом.
Как устроен грунтовый теплообменник?
Характеристики грунтово-воздушных подземных теплообменников можно проанализировать с помощью нескольких программ, использующих данные барометров. Среди этих программ – «GAEA», «AWADUKT Thermo», «EnergyPlus», «L-EWTSim», «WKM», и другие. Однако многочисленные системы грунтовых теплообменников были разработаны и построены неправильно и не смогли соответствовать ожиданиям разработчиков. Грунтовые теплообменники оказались больше приспособленными для предварительной очистки воздуха, чем для его полного нагревания или охлаждения.
Предварительная очистка воздуха для теплового насоса, использующего теплоту воздуха, или геотермального теплового насоса часто обеспечивает наивысший доход на инвестицию, проще говоря, окупаемость часто происходит уже через год после установки.
Большинство систем обычно строят из труб с гладкой оболочкой (что усложняет падание конденсата или частиц грунта), из жесткой или полужесткой пластмассы, плакированных пластмассой металлических труб или пластиковых труб с внутренним антибактериальным слоем диаметром от 100 (3,9 дюйма) до 600 (23,6 дюйма) мм, закопанных на глубине от 1,5 м (4,9 фт) до 3 (9,8 фт), где температура окружающей среды чаще всего составляет от 10 C (50 F) до 23 C (73 F) в течение года в тех условиях, где живет большая часть людей. С ростом глубины температура грунта становится более постоянной.
Трубы меньшего диаметра требуют больше энергии для передвижения воздуха и имеют меньшую площадь контакта с поверхностью. Трубы большего диаметра позволяют обеспечить более медленный поток воздуха, что также делает перемещение энергии эффективнее и позволяет перемещать ее в больших объемах, обеспечивая лучший обмен воздуха за более короткий промежуток времени, когда, например, вы хотите очистить здание от неприятных запахов или дыма, но страдаете от худшего теплообмена между стенкой трубы и воздухом из-за увеличенных расстояний.
Некоторые предполагают, что эффективнее будет пропустить воздух через длинную трубу, чем подать его через вентилятор. Солнечная вытяжная труба может использовать естественную конвекцию (подъем теплого воздуха) для создания вакуума и перемещения воздуха, отфильтрованного через пассивную трубу охлаждения, по охлаждающим трубам большего диаметра. Естественная конвекция может быть медленнее в сравнении с вентилятором на солнечной энергии.
При создании трубы стоит избегать острых углов в 90 градусов, так как два поворота под углом в 45 градусов будут производить меньший по турбулентности и больший по эффективности поток воздуха. Хоть гладкостенные трубы гораздо эффективнее в передвижении воздуха, в плане перемещения энергии их эффективность ниже. Существует три конфигурации системы: замкнутая петля, открытая система а-ля «свежий воздух» и комбинированная:
- Замкнутая петля: воздух из здания или постройки проходит через подковообразную петлю из труб диаметром от 30 (98 фт) до 150 (492 фт) метров, где он смягчается до температур, близких к земным, прежде чем вернуться и распространиться через сеть воздуховодов в здание или постройку. Замкнутая система может быть эффективнее (при предельных температурах воздуха), чем открытая система, так как она охлаждает и доохлаждает один и тот же воздух.
- Открытая система: воздух выпускается из приемника фильтрованного воздуха (рекомендуемая минимальная величина, описывающая эффективность воздушного фильтра – 8+). Охлаждающие трубы – это, как правило 30-метровые (98 фт) прямые трубы, подведенные к дому. Открытая система в сочетании с рекуперацией может достигать КПД, сравнимого с аналогичной величиной замкнутой системы (80-95 %), и обеспечивать фильтрацию и смягчение подаваемого воздуха.
- Комбинированная система: она может быть построена с заслонками, которые позволят работать в открытом или замкнутом режимах в зависимости от потребностей в вентиляции свежего воздуха. Такой концепт даже при работе в замкнутом режиме смог бы обеспечить свежий воздух даже в случае падения атмосферного давления, создаваемого солнечной вытяжной трубой, сушильной машинкой для одежды, камином, вытяжками на кухне или в ванной. Лучше подавать фильтрованный воздух из пассивной охлаждающей трубы, чем неподходящий воздух снаружи.
Однопроходные грунтово-воздушные теплообменники предлагают возможность для улучшения качества воздуха в помещении помимо традиционных систем за счет увеличенного объема поставки воздуха снаружи. В некоторых конфигурациях однопроходных систем обеспечивается непрерывный поток воздуха снаружи. Этот тип систем может обычно включать одну или несколько вентиляционных теплоизоляционных установок.
![Подземелье и тепло, или грунтовый трубопровод как источник отопления]()
Тепловые лабиринты
Тепловые лабиринты выполняют те же функции, что и подземные трубопроводы, но, как правило, они создаются в прямом объемном прямолинейном пространстве, иногда они встроены в подвалы или подземные этажи зданий, и, в свою очередь, разделены многочисленными внутренними перегородками, чтобы создать запутанные вентиляционные каналы. Максимизация длины каналов позволяет добиться лучшего эффекта передачи тепла. Постройка стен лабиринта, перекрытий и перегородок, как правило, подразумевает использование высокотемпературной бетонной массы и бетонных блоков, а внешние наружные стены и полы находятся в прямом контакте с окружающей почвой.
Безопасность
Если влажность и последующее скопление грунта не предполагаются в разработке системы, жители могут столкнуться с рисками для здоровья. В некоторых местах влажность в подземных трубопроводах можно контролировать просто за счет пассивного дренажа, если уровень грунтовых вод достаточно глубок, а почва обладает относительно высокой проницаемостью. В случаях, где пассивный дренаж невозможен или требует большего количества удаленной влаги, для обработки воздушного потока могут использоваться активные (осушитель) и пассивные (влагопоглотитель) системы.
Официальные исследования показывают, что грунтово-воздушные теплообменники уменьшают загрязнение воздуха, подаваемого в здание через вентиляцию.
Рабинда Бхаттарай (2004 год) утверждает: «Туннель [грунтово-воздушный теплообменник] оказался не способным поддерживаь рост бактерий и грибков; более того, было обнаружено уменьшение количества бактерий и грибков, следовательно – большую безопасность для вдыхания людей. Вследствие этого становится ясно, что использование ГВТ [грунтово-воздушных туннелей] не только помогает сохранить энергию, но и уменьшить загрязнение воздуха за счет уменьшение числа бактерий и грибков».
Так же, Флюкигер в исследовании (1999 год) двенадцати грунтово-воздушных теплообменников, отличающихся в плане дизайна, материалов труб, размер и срока, утверждает: «Это исследование было проведено из-за проблем потенциального роста микробов в закопанных трубах грунтово-воздушных систем. Однако результаты показывают, что роста вредоносных бактерий не происходит, а значит, концентрация жизнеспособных спор и бактерий, за редкими исключениями, даже падает после прохождения через трубопровод», дальше утверждает,
«Основанная на этих исследованиях работа грунтовых теплообменников допустима до тех пор, пока над ним происходит контроль и при доступности очистительных сооружений».
Вне зависимости от использования антибактериальных материалов на подземных трубопроводах, крайне важно то, что подземные охлаждающие трубы обладают отличным дренажом конденсата, и могут устанавливаться в 2-3 ступени, чтобы обеспечить постоянное удаление конденсированной воды из труб. При применении в доме без подвала на плоском участке, конденсационная башня может быть установлена на глубине меньшей, чем точка захода труб в дом, и в точке, близкой к входу в стену.
Установка конденсационной башни требует использование дополнительного конденсационного насоса, удаляющего воду из башни. Для установки системы в домах с подвалами, трубы располагаются так, что установка для высушивания конденсата устанавливается в самой низкой точке дома. Как бы там ни было, труба должна быть постоянно наклонена либо к конденсационной башне, либо к системе откачки конденсата.
Внутренняя поверхность трубы, в том числе – стыки, должны быть гладкими, чтобы не препятствовать току и удалению конденсата. Гофрированные или ребристые трубы и грубые внутренние сочленения не должны использоваться. Сочленения, соединяющие трубы, должны быть достаточно плотными для предотвращения просачивания воды или газа. В определенных географических регионов, важно, чтобы сочленения не пропускали газообразный радон. Не могут использоваться пористые материалы, типа непокрытых бетонных труб.
В идеале в строениях должны использоваться подземные трубопроводы с антибактериальными внутренними слоями для предотвращения потенциального роста грибков и бактерий внутри труб.
Эффективность
Использование грунтово-воздушных теплообменников как для частичного, так и для полного охлаждения и/или нагревания воздуха, вентилируемого в помещении, проходило с переменным успехом. К сожалению, литература переполнена чрезмерными обобщениями о «плюсах» и «минусах» применимости этих систем. Ключевым аспектом грунтово-воздушных теплообменников является пассивная природа работы и возможность применения в широком спектре природных условий.
Грунтово-воздушные теплообменники могут быть крайне рентабельными как в отношении предварительных, так и капитальных затрат, а также долговечными и дешевыми в обслуживании. Однако это сильно зависит от широты местности, высоты над уровнем моря, температуры окружающей среды, максимумов климатической температуры и относительной влажности, солнечной радиации, уровня воды, типа почвы (теплопроводности), содержания влажности в почве и внешнего проектирования системы или ее изоляции. В основном сухая почва с низкой плотностью, малым количеством или полностью отсутствующим слоем грунта может принести меньше всего выгод, хотя плотная влажная почва со значительным слоем грунта должно улучшить характеристики системы.
Система замедленного дренажа конденсата может улучшить тепловые характеристики. Влажная почва в контакте с охлаждающими трубами будет проводить тепло гораздо эффективнее, чем сухая почва.
Подземные охлаждающие трубы гораздо менее эффективны в жарком влажном климате (как во Флориде), где температура окружающей среды приближается к комфортной для людей температуре. Чем выше температура окружающей среды, тем менее эффективна система для охлаждения и осушения воздуха. Однако, почва может использоваться для частичного охлаждения и осушения заменяемого воздуха, поступающего в термическую буферную зону с пассивной солнечной подпиткой, например, в прачечной или террасе/теплице, особенно – в тех зонах, где есть купель, плавательная спа-зона или внутренний плавательный бассейн, где теплый влажный воздух извлекается летом, и требуется более холодный и сухой компенсационный воздух.
Не для всех регионов и мест пригодны грунтово-воздушные теплообменники. Среди условий, которые могут препятствовать правильному использованию систем – поверхностная скальная порода, высокий уровень воды и неподходящее пространство. В частности, в некоторых районах должна быть обеспечена тепловая перезарядка почвы. В бифункциональных системах (как нагревания, так и охлаждения) теплое время года обеспечивает тепловую перезарядку почвы для холодного сезона, а холодный сезон обеспечивает тепловую перезарядку почвы для теплого сезона, хотя даже для них стоит предусматривать вариант перегрузки теплового резервуара.
Подземная температура на глубине оставалась на уровне в 28 C. Средняя скорость движения воздуха в туннеле составляла около 5 м/с. КПД подземного теплообменника, созданного таким образом, было малым и составляло от 1,5 до 3 ед. Результаты убедили власти, что в жарком и влажном климате неблагоразумно воплощать на практике концепт грунтово-воздушного теплообменника. Вторичный холодоноситель (сам грунт) изменяет температуру окружающей среды, что является главной причиной провала подобных принципов в жарких, влажных регионах (части Юго-Восточной Азии, американский штат Флорида и так далее).
Однако исследователи из Британии и Турции докладывали о чрезвычайно высоком КПД, превышающем 20 единиц. Температура под землей кажется самым важным показателем для проектирования грунтово-воздушного теплообменника.
Влияние на окружающую среду
В контексте современного уменьшения объемов ископаемого топлива, роста цен на электроэнергию, загрязнения воздуха и глобального потепления, правильно разработанные подземные охлаждающие трубы предлагают устойчивую альтернативу для сокращения или полного удаления потребности в традиционных системах кондиционирования воздуха на основе компрессоров, в частности – в нетропическом климате. Они также обеспечивают дополнительную выгоду в виде контролируемого, отфильтрованного и смягченного потока свежего воздуха, который особенно ценен в небольших, герметичных и эффективных строениях.
От воды к земле
Альтернативой грунтово-воздушным теплообменником является «водно»-грунтовый теплообменник. Как правило, он схож с геотермальным тепловым насосом за счет трубопровода, проложенного в почве горизонтально (хотя может быть и вертикальный зонд) на глубине, схожей с аналогичной величиной для грунтово-воздушного теплообменника. Он использует трубу длиной примерно вдвое больше обычной при диаметре в 35 мм, к примеру 80 метров, в сравнению с ГВТ длиной в 40 метров. Катушка теплообменника располагается перед вытяжным отверстием вентилятора-теплоутилизатора. В качестве жидкость теплообменника, как правило, используется жидкий охлаждающий солевой раствор (сильно посоленная вода).
Многие европейские постройки сейчас используют эту систему из-за простоты установки. Не требуется никакой точки дренажа, также это – безопасно из-за пониженного риска просачивания почвы.
Грунтовый кондиционер или геотермальная вентиляция. Варианты конструкций и их стоимость
Охлаждения помещений в доме в жару, в летнее время года – элемент комфорта. Хорошо, когда дом каменный с хорошим теплосбережением: летом прохладно, зимой тепло. А если в доме летом жара? Кондиционер в каждую комнату не поставишь. Есть ли достойные внимания эконом-варианты установок, позволяющие охладить воздух в 1-2 или больше комнат?
Посмотрим на принцип охлаждения воздуха на примере грунтового кондиционера или теплообменника:
Система представляет из себя ПВХ-трубы для наружной канализации, уложенные в грунт ниже 1 м. С одного края воздух заходит в подземный коллектор, а с другого, через вентилятор выходит в помещение дома. По опыту и расчетам, 5 м трубы охлаждают воздух на 1 гр. Т.е. что бы охладить воздух с +35 до +25гр. нужно уложить под землей не менее 50 м труб. И нужно создать уклон, сток для конденсата. Как правило, это отдельная вертикальная труба, отвод от нижней точки системы.
Забор воздуха должен быть с фильтром и располагаться в тени, под деревом, например.
Схема такой инсталляции и ее примерная стоимость. Из-за большой длины труб и земляных работ стоимость большая. Экономически выгоднее приобрести установить 2-3 кондиционера на эти деньги. Но есть способы, как удешевить эту систему. Следующая схема:
Схема бункерного теплообменника. Здесь не нужно столько пластиковых труб. Выкапывается колодец глубиной 2-3 м, устанавливаются 2 бетонных кольца для канализации, прокладываются трубы на вход и выход воздуха. И заполняется крупными чистыми камнями: речными валунами, крупной галькой. Они будут выполнять роль теплоаккумулятора. Стоимость примерно на треть меньше, но все-равно слишком высока. Если только камни Вам достанутся бесплатно, если Вы навозите их сами.
Удешевить систему можно лишь в том случае, если Вы и так выкапываете траншею. Например, под ввод кабеля в дом или для ввода водоснабжения со скважины. И тогда по траншее можно пробурить ямы и смонтировать теплообменник из ПНД-трубы:
Но тогда можно посчитать и подумать над тепловым насосом грунт-вода для отопления. Либо еще вариант: обмотать ПНД-трубой бетонный кессон скважины, если он из бетонных колец. Тогда ничего бурить не нужно. А вместе с вводом воды завести и трубу для вентиляции. Экономим на грунтовых работах. А ПНД-труба уже не такая дорогая как канализационная. Но из-за большей толщины стенок и меньшего сечения ее потребуется не менее 100 м.
Стоимость 63 мм ПНД-трубы около 100 руб./м. Эта система будет иметь стоимость
10 тыс. руб. Уже не плохо.
Отзыв о смонтированной системе грунтового теплообменника при прокладке, вводе водопроводной трубы в дом.
Есть риск, что в конденсате может завестись какая-нибудь бактериальная флора. Для этого предлагают поставить УФ-лампу для дезинфекции воздуха, которая будет включаться одновременно с включением вентиляции.
Принцип работы земляного теплового насоса
Альтернативные источники энергии в наше время достаточно актуальны. Установка тепловых насосов частое явление сегодня, так как тарифы на газ и электроэнергию стали достаточно большими и люди стараются сократить свои растраты. Земляной тепловой насос (рис. 1) – это устройство, которое берет тепловую энергию из грунта и передает ее воде в системе отопления.
Следует отметить, что грунт является хорошим источником тепла, которое не иссекается, так как грунт вбирает солнечную энергию и тепло недр. Земля сохраняет стабильную температуру не зависимо от времени года и погодных условий. Например, на глубине 4 - 5 метров температурный режим может быть уже от 8 ˚С и до 12 ˚С.
Рис. 1 Схема работы насоса грунт-вода Рис. 1 Схема работы насоса грунт-водаКонструкция системы с тепловым насосом земля-вода:
· Земляной зонд или коллектор;
· Теплообменник, который транспортирует тепловую энергию к внутреннему контуру;
· Теплообменник, который передает тепловую энергию в систему отопления;
· Система отопления и горячего водоснабжения внутри дома.
Система грунтового теплового насоса имеет в своей схеме 3 контура. Внешний контур находится в земле, собирая там тепловую энергию. Второй контур – это сам тепловой насос, теплоноситель попадает в испаритель, где температура поднимается. А третий контур – это уже непосредственно система отопления в доме, в которой циркулирует вода.
За 1 час циркулирует 2-3 м3 теплоносителя. Этот теплоноситель нагревается в земле на 5-70С. Земляной зонд теплового насоса грунт вода, то есть теплообменник, который закопан на определенную глубину, собирает тепловую энергию. И с помощью теплоносителя эта энергия переносится в тепловой насос, а именно в испаритель. Теплоносителем может быть антифриз или смесь воды и пропиленгликоля или этиленгликоля. Часто в системе циркулирует фреон (хладагент) в жидком состоянии, который в испарителе сжимается и превращается в газ. Особенностью фреона является то, что он закипает при низкой температуре. Когда он закипает, то расширяется и пары, которые образуются, попадают в конденсатор.
Далее это тепло попадает к другому теплообменнику, в котором циркулирует уже вода для системы отопления дома. После того как фреон остыл, он обратно преобразуется в жидкое состояние, и циркулирует в грунтовой теплообменник. Процесс начинается заново.
Внешний теплообменник устройства грунт вода выглядит как полиетиленовая тонкостенная труба, ее диаметр может быть 4 см. Приблизительный расчет длины змеевика, который закапывается, такой: 5 погонных метров трубы соответствует 1 м2 площади дома. Можно сделать вывод, что если площадь дома 150 м2, то длина змеевика должна быть 750 метров погонных.
Преимущества и недостатки насосов грунт вода
Тепловой насос грунт-вода имеют такие преимущества :
· Автономность установки. Насос грунт вода не зависит от энергоносителей, для потребления этой тепловой энергии не нужны никакие разрешения и проекты.
· Экологичность. Тепловые насосы это установки, от которых нет вредных выбросов в атмосферу, а также используется неиссякаемая энергия Земли.
· Безопасность. Это отопление безопасно, так как максимальная температура здесь достигает 600С, а значит оборудование пожаробезопасно и взрывоопасно.
· Универсальное оборудование. Грунтовой насос можно использовать совместно с газовым или другим котлом.
· Небольшие затраты при эксплуатации грунтового насоса. Установке грунт вода не нужно никакое дополнительное обслуживание.
Недостатки земляных тепловых насосов:
· Высокая стоимость. Сама по себе установка стоит достаточно дорого, а также, чтобы ее установить, нужны большие затраты. Работа спецтехники, установка теплообменника и т.д. это все дорогостоящие услуги. Это оборудование намного дороже котельного оборудования.
· Срок эксплуатации грунтового насоса становит около 25 лет. С такой стоимостью это не так уж и много. После этого срока, как правило, нужен либо ремонт, либо бурение другой скважины.
Грунтовый теплообменник вентиляции в частном доме
При устройстве вентиляции в частном доме все более популярным становится осуществлять воздухозабор свежего воздуха через грунтовый теплообменник.
Воздух в систему приточной вентиляции поступает с улицы через грунтовый теплообменник — трубу проложенную по участку в земле ниже глубины промерзания грунта.
Зимой, проходя по трубе теплообменника, приточный воздух нагревается до температуры, близкой к 0°С.
Это снижает расход энергии на нагрев приточного воздуха, примерно на 25%, а в сильные морозы предотвращает выпадение инея на рекуператоре блока вентиляции, что перекрывает приток воздуха.
Слева: зимой грунтовый теплообменник подогревает приточный воздух; Справа: летом — охлаждает; В межсезонье грунтовый теплообменник бездействует. Слева: зимой грунтовый теплообменник подогревает приточный воздух; Справа: летом — охлаждает; В межсезонье грунтовый теплообменник бездействует.Летом воздух в трубе наоборот — охлаждается. Охлажденный воздух подается в помещения, снижая или вовсе исключая потребность в кондиционировании. Летом температура воздуха на выходе из теплообменника снижается максимум на 10-12оС. при температуре наружного воздуха около 35оС.
Для работы в этом режиме блок вентиляции с рекуператором должен иметь байпас, чтобы пропускать воздух помимо рекуператора.
Схема устройства грунтового теплообменника: 1 — воздухозаборник с фильтром; 2 — труба d=200-250мм.; 3 — ревизионный колодец; 4 — конденсатоотводчик; 5 — заслонка грунтового теплообменника с автоматическим приводом; 6 — тройник; 7 — заслонка байпаса с автоматическим приводом; 8 — приточная труба байпаса; 9 — труба вытяжного канала; 10 — приточная решетка байпаса; 11 — блок принудительной приточно-вытяжной вентиляции с рекуператором Схема устройства грунтового теплообменника: 1 — воздухозаборник с фильтром; 2 — труба d=200-250мм.; 3 — ревизионный колодец; 4 — конденсатоотводчик; 5 — заслонка грунтового теплообменника с автоматическим приводом; 6 — тройник; 7 — заслонка байпаса с автоматическим приводом; 8 — приточная труба байпаса; 9 — труба вытяжного канала; 10 — приточная решетка байпаса; 11 — блок принудительной приточно-вытяжной вентиляции с рекуператоромЧем больше разница температур наружного воздуха и грунта, тем больше теплообмен. Грунтовый теплообменник работает не эффективно, если температура наружного воздуха находится в пределах +5 … +25°С. Поэтому в межсезонье грунтовый теплообменник не используют. Забор воздуха происходит непосредственно с улицы, через воздухозаборник в стене дома.
Использование грунтового теплообменника наиболее выгодно для вентиляции достаточно герметичного воздухо не проницаемого дома , когда весь воздух поступает в дом только через трубу теплообменника.
Грунтовый теплообменник выгодно применять с любым блоком принудительной вентиляции , как с рекуператором, так и без него.
Грунтовый теплообменник в системе естественной вентиляции
В системе естественной вентиляции дома можно организовать приток воздуха через грунтовый теплообменник. Для этого, в трубу теплообменника на входе в дом достаточно установить канальный электровентилятор мощностью 100 — 200 Вт. и выполнить разводку труб приточной вентиляции диаметром 100 мм. в комнаты дома.
Удаление воздуха из дома будет осуществляться через вытяжные каналы естественной вентиляции . Приточная система с грунтовым теплообменником будет выполнять роль приточных клапанов.
Вентилятор лучше разместить в техническом помещении, чтобы снизить уровень шума от его работы.
Читайте также:
