Бесплатная энергия грунта. Комфортная температура с грунтовым теплообменником
Обогрев, а тем более охлаждение приточного вентиляционного воздуха стоит дорого. Но можно уменьшить затраты, используя бесплатную энергию грунта.
В частных домах все чаще вместо естественной вентиляции устраивают принудительную приточно-вытяжную. Причина очевидна: вентиляторы обеспечивают протекание через помещение постоянного объема воздуха - независимо от наружной температуры и направления ветра. Это дает возможность контролировать состояние воздуха в доме. Приточно-вытяжная вентиляция, скорее всего, имела бы еще больше сторонников, если бы не высокая стоимость подогрева свежего поступающего воздуха зимой.
Экономии можно добиться двумя путями. Первый - ограничить приток свежего воздуха, что неизбежно приведет к ухудшению микроклимата в помещениях. Второй - ограничить количество тепла, необходимого для подогрева поступающего снаружи воздуха.
Некоторое время считалось, что проблему экономии тепла решили рекуператоры(теплообменники в системе принудительной вентиляции, в которых холодный приточный воздух нагревается от теплого вытяжного). Но с повышением требований к энергосберегающим домам оказалось, что рекуперации недостаточно. В последнее время все более популярным становится предварительный подо¬грев воздуха перед подачей в систему вентиляции с помощью так называемого грунтового теплообменника.
Как работает грунтовой теплообменник?
Если подаваемый в дом воздух летом теплее, а зимой холоднее почвы, то при контакте с ней он, соответственно, охлаждается или нагревается. Таким образом, за энергию, которая при этом используется для обогрева (охлаждения), не нужно будет платить.
Сезонный работник
Приточно-вытяжная вентиляция с рекуператором не только обеспечивает интенсивный обмен воздуха в помещениях, но и удерживает в доме часть тепла, полученного с помощью обогревающего устройства. Грунтовой теплообменник может стать хорошим дополнением к этой системе. Благодаря ему свежий воздух, прежде чем попасть в рекуператор, уже предварительно подогревается за счет бесплатного тепла, полученного из грунта. Это не только дает экономию энергии, но и в большинстве случаев предотвращает замерзание конденсата в рекуператоре, установленном на улице (что часто случается, если в него подается слишком холодный воздух).
В нашем климате величина подогрева или охлаждения воздуха в грунтовом теплообменнике может составлять от нескольких градусов до полутора десятков градусов Цельсия. Чем больше разница температуры между внешним воздухом и почвой, тем больше будет теплообмен. Поэтому наибольшую пользу грунтовой теплообменник принесет в период сильного мороза (возможен подогрев воздуха от –20°C до 0°C) или во время жары (охлаждение с 30°C до 20°C).
В межсезонье, когда температура атмосферного воздуха близка к температуре почвы, воздух, после прохождения через грунтовой теплообменник, почти не изменяет своей температуры. Более того, в данном случае от работы грунтового теплообменника можно получить эффект, противоположный ожидаемому (например, воздух с температурой 10°C, то есть довольно холодный, может быть, еще немного охлажден). Из за этого использование грунтового теплообменника весной и осенью не имеет смысла. Поэтому систему вентиляции нужно изготавливать таким образом, чтобы при желании свежий воздух можно было подавать напрямую, минуя грунтовой теплообменник.
Типы грунтовых теплообменников
На сегодняшний день применяются два типа грунтовых теплообменников:
канальный (трубный), в котором воздух пропускается сквозь закопанный под землей канал (трубу);
бесканальный - здесь воздух проходит непосредственно через под¬готовленный подземный слой, с которым и происходит теплообмен.
В обоих случаях канал для подвода воздуха, прошедшего грунтовой теплообменник, присоединяется к каналу системы вентиляции, по которому снаружи подается свежий воздух (входное отверстие этого канала расположено, как правило, в стене дома).
При этом необходимо установить в вентиляционную систему механизм, с помощью которого можно выбрать источник свежего воздуха - грунтовой теплообменник или отверстие в стене.
Укладывать теплообменник желательно вблизи дома, так как температура грунта здесь обычно немного выше
Повороты затрудняют прохождение воздуха по трубе, поэтому их должно быть как можно меньше
Канальный теплообменник
Канальный (трубный) теплообменник чаще всего изготавливают из тонкостенных канализационных труб из ПВХ. Такие трубы достаточно жест¬кие, устойчивые к механическим нагрузкам и коррозии. Кроме того, в последнее время специально для почвенных теплообменников стали производить трубы из полипропилена, имеющие лучшую теплопроводность, чем ПВХ. На внутренние стенки таких труб наносят слой, предотвращающий развитие микроорганизмов.
Глубина. Трубы укладываются на глубине не менее 1,5 м, обязательно с уклоном, обеспечивающим естественное стекание воды, которая образуется в теплообменнике в результате конденсации водяного пара из воздуха.
Оптимальный диаметр труб теплообменника для односемейного дома - 200-250 мм (он обеспечивает скорость протекания воздуха порядка 3 м/с).
При большем диаметре уменьшается скорость протекания воздуха, и его контакт с почвой длится дольше. Казалось бы, благодаря этому теплообмен становится более эффективным. На самом деле это не так: в теплообменнике с большим диаметром большинство частиц воздуха не вступает в непосредственный контакт с их стенками, а значит, не обменивается с ними теплом. Идеальным решением были бы многочисленные, отдаленные друг от друга тонкие каналы, по которым бы медленно проходил воздух (именно так построен теплообменник рекуператора). Но такой теплообменник получился бы неоправ¬данно дорогим.
Длина трубы. Какой длины должны быть трубы? Теоретически - чем длиннее, тем лучше, поскольку захватывается большее количество тепла. Однако вместе с длиной растет сопротивление протеканию. Оптимальная длина составляет 35–50 м. В более длинных трубах теплообмен увеличивается уже незначительно.
Форма трубы. Труба теплообменника не должна иметь много изги¬бов, поскольку каждое колено - это дополнительное сопротивление протеканию воздуха. По этой же причине необходимо избегать колен с углом изгиба менее 90°.
Если участок возле дома не настолько большой, чтобы разместить на нем достаточно длинный, более или менее прямой отрезок трубы, можно уложить параллельно несколько труб. В этом случае время контакта воздуха с почвой будет короче, но поверхность обмена теплом будет большей.
Где укладывать? По мере возможности труба укладывается недалеко от дома, поскольку температура почвы там обычно немного выше. Расстояние труб от дома, а также между соседними рядами труб должна быть не меньше 1 м.
Входное отверстие (через которое в трубу подается воздух) нужно прикрыть козырьком, чтобы защитить теплообменник от атмосферных осадков. Кроме того, входное отверстие должно находиться на высоте, которая делает невозможным засыпание снегом. А для защиты от попадания загрязнений в теплообменник следует на входе установить воздушный фильтр.
Трубный (канальный) теплообменник
Чтобы воздух можно было хорошо нагреть (либо охладить), длина труб теплообменника должна быть достаточно большой. В зависимости от формы участка и расположения дома этого можно добиться разными способами - укладывая одну трубу вокруг дома либо несколько параллельных труб возле него. Диаметр трубы (труб) для односемейного дома должен составлять 200-250 мм.
