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.

Принцип работы

Давно известно, что почти на всей территории стран СНГ, температура в грунте на глубине 2 метров остается неизменной, а именно – около 10°C. Меняется она в зависимости от региона, но колебания обычно не превышают + — 2°C. Установка воздушных теплообменников подразумевает получение этой бесплатной энергии. За счет неизменной температуры конструкция прогревает помещения в холодное время года, а в жаркое – остужает. Грунтовая приточно-вытяжная вентиляция обеспечивает циркуляцию воздуха в помещении, также позволяет сохранить часть тепла, поступающего от обогревающего элемента. Обычно грунтовой теплообменникустанавливается вместе с рекуператором.

Рекуператор – это теплообменная система вентиляции. В ней холодный внешний воздух нагревается счет вытяжного теплого. В конструкции присутствует нагревающее устройство, вентиляторы, фильтры и трубопровод.

Эта схема позволяет получить уже подогретый свежий воздух из грунта, как результат – рекуператор затрачивает меньше энергии. Воздушная грунтовая система позволяет не только сохранить электроэнергию, но и сохранить конструкцию в рекуператоре в рабочем состоянии. В трубопроводе не будет замерзания конденсата, так как воздух подается всегда одной температуры. Подобная проблема обычно случается при использовании только рекуператора, когда в него идет морозный воздух.

Климат стран СНГ позволяет обеспечить теплообмен, величина охлаждения или подогрева в котором может колебаться от 5 до 20°C. Эффективность зависит от разницы между температурой грунта и внешним воздухом, чем она больше – тем сильнее теплообмен. Поэтому грунтовая система эффективна летом и зимой. В жару охлаждение осуществляется с 30°C до 20°C. В морозы подогрев происходит от -20°C до 0°C.

Весной и осенью температура воздуха в помещении чаще всего совпадает с температурой почвы. Поэтому теплообменник почти не влияет на микроклимат в доме. Но иногда грунтовая система может не только бездействовать, но и работать в отрицательном значении. К примеру, воздух в комнате имеет температуру около 12°C, а теплообменник охлаждает его до 8°C. В общем, использовать в межсезонье энергию грунта нет смысла. Изготавливая грунтовой теплообменник своими руками, нужно продумать способ отключения системы, чтобы свежий воздух шел с улицы, минуя теплообменник.

Затраты и перспективы окупаемости

Расходы на оборудование и его монтаж в процессе сооружения геотермального отопления зависят от мощности агрегата и от производителя.

Производителя каждый выбирает, руководствуясь собственными соображениями и сведениями о репутации и надежности того или иного бренда. А вот мощность зависит от площади помещения, которое предстоит обслуживать.


В этом рисунке кратко отражена вся суть выгоды, получаемой от применения геотермальной отопительной системы. Именно такое соотношение входящей и исходящей энергии позволяет система сначала быстро окупиться, а потом и экономить средства своего владельца (+)

Если брать в расчет именно мощность, то стоимость тепловых насосов колеблется в следующих диапазонах:

  • на 4-5 кВт – 3000-7000 условных единиц;
  • на 5-10 кВт – 4000-8000 условных единиц;
  • на 10-15 кВт – 5000-10000 условных единиц.

Если к этой сумме мы прибавим затраты, которые нужны на выполнение монтажных работ (20-40%), то мы получим сумму, которая для многих покажется абсолютно нереальной.

Но все эти затраты окупятся за вполне приемлемые сроки. В дальнейшем же вам придется оплачивать лишь незначительные расходы на электричество, необходимое для работы насоса. И это всё!


Из-за недостаточной для обогрева жилых строений эффективности геотермальных систем их используют в качестве дополнения к основным отопительным сетям или сооружают комплексно с двумя и более теплообменниками

Как показывает практика, геотермальное отопление особенно выгодно для домов, общая отапливаемая площадь которых составляет 150 кв. м. За пять-восемь лет все затраты на обустройство систем отопления в этих домах полностью окупаются.

Если геотермальное отопление не особо востребовано среди собственников частных домов, то эффективность гелеосистем уже оценили жители южных регионов. Технология сооружения солнечного отопления достаточна проста, а ее экономичность и практичность подтверждена многолетним опытом использования западными странами и нашими соотечественниками.

Дополнительная информация об альтернативных источниках энергии представлена в этой статье.



Виды грунтовых теплообменников

Сегодня известно два вида:

  • Бесканальный. Используется подземный слой, через который проходит воздух для теплообмена.
  • Трубный (канальный). Здесь теплообмен происходит при помощи набора труб (канала), закопанных под землей.

Независимо от типа, основной подводящий канал монтируется к трубам вентиляционной системы. Свежий воздух к ней подается чаще всего через отверстие в стене. Важным моментом будет установка механизма, с помощью которого можно будет переключаться между двумя положениями: первое – в систему поступает свежий воздух с улицы, второе – работает грунтовая система. Простыми словами – нужно сделать грунтовой теплообменник своими руками с закрывающимися отверстиями для подачи воздуха из грунта и с улицы.

Геотермальная система ГЕО ВЕНТС

Система состоит из:

  • приточно-вытяжной установки ВУТ, которая имеет свой рекуператор. Установка догревает воздух до необходимой температуры и подает воздух в помещение, используя при этом тепло от удаляемого воздуха (в холодный период года).
  • грунтового теплообменника
  • воздуховоды
  • воздухораспределительные устройства — решетки, анемостаты, диффузоры

Преимущества системы ГЕО ВЕНТС:

  • Предварительный подогрев наружного воздуха в зимний период, охлаждение и осушение наружного воздуха в лет- ний период, что снижает эксплуатационные затраты;
  • Вентиляционная установка с рекуператором ВУТ, обеспечивает передачу тепла от вытяжного воздуха приточному, в комплексе с применением в вентиляционных установках высокоэффективных энергосберегающих ЕС моторов произ- водства компании ЕВМ, позволяет значительно увеличить энергоэффективность системы;
  • Высокая инерционность системы. При резких колебаниях температуры наружного воздуха температура на глубине свыше 1,5 м остается постоянной, как и температура приточного воздуха на входе в систему воздухообмена.

Пример размещения системы в зданиях с подвальным этажом

Размещение геотермальной вентиляционной системы в доме с подвальным этажом предполагает монтаж основных элементов системы: устройства сбора и отвода конденсата, обводного клапана, переходников и приточно-вытяжной установки с рекуперацией тепла в подвальном помещении.

Принципиальная система монтажа системы ГЕО ВЕНТС в зданиях с подвальным этажем

Воздуховод грунтового теплообменника заходит в здание через отверстие в стене ниже уровня грунта. Приточно-вытяжная установка ВУТ расположена в подвале.

Пример размещения системы в зданиях без подвального этажа

При размещении элементов геотермальной вентиляционной системы в доме без подвального этажа необходимо обеспечить наличие инспекционного колодца, в котором размещается специальное устройство для сбора и отвода конденсата образующегося в трубе ГТО. Приточно-вытяжная установка и элементы системы располагаются в отведенном для нее месте в помещении.

Принципиальная система монтажа системы ГЕО ВЕНТС в зданиях без подвального этажа

Воздуховод грунтового теплообменника заходит в здание через отверстие в фундаментной плите.

Рекомендуется дополнить систему ревизионным колодцем на улице. Для отводи конденсата необходимо обеспечить уклон трубы на менее 2о. Приточно-вытяжную установку ВУТ можно расположить на чердаке здания.

Изготовление трубного теплообменника


грунтовой трубный теплообменник

Теплообмен воздуха в этой системе более эффективный, но требует затраты средств и времени. Для изготовления грунтового теплообменника, необходимо уложить в траншею трубопровод. Обычно общая длина труб составляет от 15 до 50 метров, в зависимости от возможности и площади. В конструкции могут быть повороты труб, так как они почти не влияют на движения воздуха в системе. Укладывая трубопровод, нужно понимать, что чем он длиннее, тем эффективней будет происходить обмен тепла. Но при повышении длины будет вырастать аэродинамическое сопротивление.

Для эффективного охлаждения (или нагрева), должна быть большая длина трубопровода в теплообменнике. Если территория участка позволяет, то можно уложить вокруг него одну трубу. Если же площадь ограничена, тогда выходом из положения будет параллельная укладка. Диаметр трубопровода должен быть в диапазоне от 200 до 250 миллиметров.

Полипропиленовые трубы будут отличным выбором для системы. Чтобы обеспечить лучшую теплопроводность, нужно использовать трубопровод с большой поверхностью и меньшей толщиной стенок. Как вариант – гофрированный материал. Тогда тепло не будет оставаться в грунтовой системе. Укладка в траншее требует уклон 2%, независимо от сторон. Уклон будет служить для стока конденсата, появляющегося при охлаждении внешнего воздуха в жаркую погоду.

Удаление конденсата происходит за счет отверстия, которое создается на нижней отметке трубы. Сток жидкости осуществляться через дренажный колодец, в канализацию или прямо в землю. Если на участке низкий уровень грунтовых вод, то необходимо изготовить песчаную подушку. Конец трубы, который будет стоять на участке, должен быть оборудован фильтром. Также конец нужно установить выше уровня снега, который обычно выпадает.

Если в регионе снег является редким гостем, то высота выступающей трубы не должна быть меньше 1.5 метра. Это делается для защиты от радона – радиоактивного почвенного газа, которого больше всего возле поверхности. На конец трубы устанавливается воздухозаборник. Он оснащается фильтром и крепкой металлической сеткой. В трубу не должны попадать осадки, листья, грызуны, птицы или насекомые. При наличии возможности, воздухозаборник нужно поставить как можно дальше от источников загрязнение или запахов, допустимый минимум – 10 метров.

Смотрите также

  • Вентиляция санузла в деревянном доме
  • Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт
  • Проектирование систем вентиляции и кондиционирования воздуха
  • Что такое ккб вентиляция
  • Статическое давление в системе вентиляции
  • Вентиляция на балконе своими руками
  • Клапан вентиляции картерных газов акцент тагаз
  • Очистка системы вентиляции
  • Пластиковые трубы для вентиляции размеры
  • Вентиляция в предбаннике
  • Как правильно сделать в курятнике вентиляцию

Изготовление бесканального теплообменника


грунтовой бесканальный теплообменник

Бесканальный грунтовой теплообменник подразумевает изготовление котлована с длиной около 3-4 метров и глубиной на 80 сантиметром. Котлован наполняется слоем гравия, а сверху покрывается пенобетонным покрытием. Эта конструкция позволяет получить температуру внутри специального слоя, которая не будет отличаться от температуры в грунте на глубине 5 метров. После изготовления котлована, из него нужно вывести трубу для поступления свежего воздуха.

Изготавливается этот патрубок по такой же схеме, как и в трубном теплообменнике. Ещё одна труба должна идти от специальной слоя до вентиляционной системы помещений. По простой схеме воздух начинает циркулировать. Он не только увлажняется, но и очищается. Плюс конструкции – это повышенная фильтрация. Минус – более низкая эффективность, чем в трубной системе.

Система ГЕО ВЕНТС ДУО

В состав системы ГЕО ВЕНТС ДУО входят:

  • Грунтовый теплообменник «труба в трубе» для предварительного подогрева/охлаждения наружного воздуха. По внутренней трубе перемещается вытяжной воздух, удаляемый из помещения, по наружной трубе – приточный воздух с улицы;
  • Приточно-вытяжная установка ВУТ с рекуператором, предназначенным для передачи теплоты от воздуха удаляемого из помещения к подогретому воздуху, поступающему из грунтового теплообменника;
  • Воздуховоды, используемые для транспортировки воздуха в помещении;
  • Решетки и диффузоры для распределения воздуха по помещению.

Преимущества системы ГЕО ВЕНТС ДУО:

  • Предварительный подогрев приточного воздуха в зимний период, охлаждение и осушение приточного воздуха в летний период, что снижает эксплуатационные затраты;
  • Вентиляционная установка с рекуператором ВУТ, обеспечивает передачу тепла от вытяжного воздуха приточному, в комплексе с применением в вентиляционных установках высокоэффективных энергосберегающих ЕС моторов производства компании ЕВМ, позволяет значительно увеличить энергоэффективность системы;
  • Высокая инерционность системы. При резких колебаниях температуры наружного воздуха температура на глубине свыше 1,5 м остается постоянной, как и температура приточного воздуха на входе в систему воздухообмена.

Пример размещения системы в зданиях с подвальным этажом

Размещение геотермальной вентиляционной системы в доме с подвальным этажом предполагает монтаж основных элементов системы: устройства сбора и отвода конденсата, обводного клапана, переходников и приточно-вытяжной установки с рекуперацией тепла в подвальном помещении.

Пример размещения системы в зданиях без подвального этажа

При размещении элементов геотермальной вентиляционной системы в доме без подвального этажа необходимо обеспечить наличие инспекционного колодца, в котором размещается специальное устройство для сбора и отвода конденсата образующегося в трубе ГТО. Приточно-вытяжная установка и элементы системы располагаются в отведенном для нее месте в помещении.

Недостатки

Если повредить поверхностный слой такого обменника, то это приведет к снижению его эффективности, а также к возможному насыщению влагой. Все это потребует проведения ремонтных работ. При обустройстве обменника своими руками именно такого типа нужно также знать то, что слой гравия является как теплообменным пунктом, так и препятствием для прохождения воздуха. Из-за этого в системе потребуется установить дополнительный источник нагнетания воздуха — вентилятор с достаточно мощностью (несколько сотен Ватт). Естественно, что это дополнительные затраты как на установку и покупку, так и на последующую оплату электроэнергии. Из-за этого приходится достаточно тщательно проводить расчеты системы. Тут можно добавить, что расчеты жидкостного грунтового теплообменника несколько проще, чем гравийного, хотя его обустройство и конструкция более сложные.

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.

Читайте также:  Дизайн мастерской: рекомендации по обустройству

Теплообменник канального типа

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

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.

Грунтовый теплообменник для вентиляции своими руками

Простая и эффективная система грунтового воздушного теплообменника, которую легко сделать самостоятельно

Затраты на подогрев и охлаждение воздуха в приточно-вытяжной вентиляции можно значительно уменьшить, воспользовавшись бесплатной энергией грунта. Какое-то время считалось, что для экономии тепла (и затрат на обогрев свежего воздуха) достаточно рекуператора – теплообменника, в котором поступающий холодный воздух нагревается теплым вытяжным. Но требования к энергосберегающим домам безостановочно растут, и в последнее время домовладельцы все чаще стали делать грунтовые теплообменники, которые подогревают воздух перед его поступлением в систему вентиляции. В этой статье мы расскажем, как сделать грунтовый теплообменник для вентиляции своими руками и об опыте эксплуатации этого устройства.

  • Принцип работы грунтового воздушного теплообменника
  • Основные типы грунтовых воздушных теплообменников
  • Недостатки грунтового теплообменника
  • Насколько эффективен воздушный грунтовый теплообменник

Принцип работы грунтового воздушного теплообменника

Температура грунта на глубине около двух метров всегда одинакова – примерно +10 градусов; и это значение верно для любого региона СНГ (плюс – минус два градуса). Грунтовый теплообменник позволит «забирать» эту энергию и летом охлаждать ей воздух, экономя на кондиционировании, а зимой – подогревать и беречь тепло, вырабатываемое отопительными приборами.

Воздушный теплообменник может подогревать/охлаждать воздух на 5 градусов, а может и на 20 – это зависит от разницы температур грунта и воздуха.

Поэтому круглый год использовать это устройство нельзя. Летом, в самую жару, теплообменник может снизить температуру с +30 до +20 градусов, зимой прогреть от -20 до 0 градусов. Но осенью и весной, когда грунт и воздух примерно одной температуры, устройство скорее вредит, чем помогает: например, в помещении, где было +12, благодаря работе теплообменника станет +8. Поэтому, делая грунтовый теплообменник своими руками, нужно продумать, как отключать его на время межсезонья.

Обычно грунтовый теплообменник используют вместе с рекуператором.

Основные типы грунтовых воздушных теплообменников

Грунтовые теплообменники для вентиляции делятся на три основных группы: гравийные (бесканальные), трубные (канальные) и безмембранные.
В бесканальных устройствах воздух проходит через подземный слой грунта. В трубных – через подземные трубы. Безмембранные теплообменники – это комбинация трубных и гравийных: в них на ровный слой гравия укладывается ровный слой полимерных плит.

При любой схеме основной канал подводящего типа соединяется с вентиляцией, и предусматривается механизм, позволяющий переключаться с режима использования теплообменника на режим использования прямого притока воздуха с улицы.

В частных домах обычно используют трубные теплообменники – они более эффективны. При этом способе в траншею укладывают трубопровод диаметром 200-2500 мм и длиной 15-50 метров: чем длиннее трубопровод, тем эффективнее будет его работа, но тем выше и аэродинамическое сопротивление. Изгибы и повороты в трубопроводе допускаются, они на эффективность работы не влияют.

Отлично, если участок большой, и есть возможность уложить одну трубу, но допускается и параллельная укладка труб, и веерная.

Обычно для того, чтобы устроить грунтовый теплообменник для вентиляции своими руками, берут полипропиленовые трубы. Трубы с большой поверхностью и меньшей толщиной стенок обладают лучшей теплопроводностью, поэтому выбор часто падает на гофрированный материал. Для стока конденсата, который появится летом, во время охлаждения горячего воздуха, трубы укладывают с уклоном в 2 градуса. Начало трубопровода на участке должно быть установлено выше обычного уровня снега и оснащено воздухозаборником с фильтром.

Рассмотрим такой теплообменник на примере устройства, сделанный пользователем нашего портала с ником Prayfor, который живет в Ровно, в одноэтажном доме площадью 160 квадратных метров. Конечно, это вспомогательная система отопления «для комфорта и экономии», основное отопление дома – электричество и газ.

Грунтовый теплооменник смонтирован из канализационных труб диаметром 160 метров. Общая длина 60 метров, плюс еще 12 метров под домом.

Трубы тепообменника уложены в отдельные траншеи на глубине от 1 до 2 метров, они веером сходятся в одну точку. В этой точке сделан дренаж, а от нее под домом идет одна двенадцатиметровая труба, которая ведет к рекуператору.

Для каждой трубы сделан свой воздухозаборник, они спрятаны в деревянные короба.

Грунтовой теплообменник как элемент вентиляционной системы дома

Экология познания. Усадьба: Замечательным дополнением вентиляционной системы любого дома станет грунтовой теплообменник (ГТО) — труба, слой щебня или безмембранный обменник, где царит температура, присуща почве на глубине 1,5-1,8 м, то есть 4-8 ° С.

Замечательным дополнением вентиляционной системы любого дома станет грунтовой теплообменник (ГТО) — труба, слой щебня или безмембранный обменник, где царит температура, присуща почве на глубине 1,5-1,8 м, то есть 4-8 ° С.

Наружный воздух, поступающий в теплообменник, зимой нагревается, а летом охлаждается. Так (по результатам измерения при сильных морозах), наружный воздух температурой -22 °С нагревалось в ГТО, и на входе в вентиляционный канал в дом, достигало + 2 °С. Понятно, что такой температуры недостаточно для обогрева помещений, однако энергетический эффект вполне ощутимый (почти 20 °С — даром): это тепло защищает вентиляционную систему от замерзания.

Летом ГТО превращается в эффективную систему охлаждения дома, благодаря чему отпадает необходимость в дорогостоящих кондиционерах. Качественно выполненный ГТО охладит воздух с 32° С до 15 °С.

Принцип работы грунтового теплообменника

Ниже глубины промерзания почвы (примерно 1,5 м) практически всегда сохраняется постоянная температура — 4-8 °С. Собственно эта накопленная в почве энергия и идет на работу ГТО, где воздух контактирует (посредственно или непосредственно) с почвой. В зависимости от температуры наружного воздуха, поступающего в ГТО, его температура или повышается (зимой), или понижается (летом).

На рисунках 1-2 показана принципы функционирования ГТО в разное время года.

Лето: рекуператор всасывает через ГТО подготовленный наружный воздух, который уже охладился (до 16 °С) при прохождении через ГТО. Чтобы избежать вторичного нагревания воздуха, подаваемого в помещение, рекуператор необходимо оборудовать байпасом

Зима: рекуператор всасывает через ГТО подготовленный наружный воздух, который нагрелся (обычно до 0-4 °С). Байпас рекуператора должен быть закрытым, чтобы воздух после ГТО проходил еще и через теплообменник рекуператора. Тут ГТО выпоняет функцию предыдущего подогревателя,бесплатно нагревая входящий воздух и защищая рекуператор от замерзания. Взаимодействие высококлассного рекуператора с ГТО обеспечит подачу свежего воздуха в помещения, температура которого будет приближенной к температуре в помещении.

В рекуператорах последнего поколения предусмотрена функция программирования предельных температур работы ГТО зимой и летом. Автоматическая дроссельная заслонка с серводвигателем регулирует движение свежего воздуха между стеновым устройством для забора воздуха и грунтовым (ГТО).

Сроки окупаемости ГТО

Обозначить срок окупаемости ГТО достаточно сложно. Конечно, есть программы для быстрого расчета энергосбережения, которое обеспечивает ГТО. Однако эти данные исчерпывающе проинформируют специалистов и энергетических аудиторов, но почти ничего не скажут обычному потребителю.

Расходы на вентиляционную систему с отбором тепла возвращаются в течение 1-7 лет, в зависимости от дома, типа систем вентиляции и обогрева и т.п. Для домов, в которых рекуперационная система спроектирована не вместе с традиционной гравитационной вентиляцией, а вместо нее, этот период будет коротким: только несколько месяцев (если от затрат на систему рекуператора отнимем средства, котрые не пришлось расходовать на дымоходы, разгерметизаторы окон, дымоходные насадки, вентиляторы для ванных комнат и т.п.).

Если система дополнительно оборудована ГТО, время окупаемости может продлиться до нескольких лет, но не стоит ли внести в графу расходов повышение качества комфорта — свежий воздух в помещениях, охлаждение дома летом вместо дорогой и энергоемкой климат-системы?! Только сравнив стоимость эксплуатации дома, оборудованного ГТО, и дома с системой климатизации, можно определить реальный срок возврата инвестиций.

И самое важное: кондиционер не в состоянии обеспечить эффективный воздухообмен в помещении; большинство кондиционеров «молотят» внутренний воздух, только охлаждая его, а внешний свежий воздух сюда не поступает. Это означает, что большинство кондиционеров не устранит из помещения аллергены, двовуокись углерода или химикаты, выделяемых например, красками и лаками. Система рекуператора — ГТО не только охлаждает, но и поставляет в помещение свежий воздух, устраняет из ванной комнаты и туалета использованный. Подобный эффект даст и кондиционер в доме, оборудованный рекуператором, эффективнее охлаждая воздух, чем сам ГТО, однако будет потреблять огромные объемы энергии.

Финансовые расчеты (без учета фактора комфорта) свидетельствуют, что затраты на ГТО возвращаются в течение 6-10 лет, иногда и дольше. Если же задуматься над комфортностью проживания, нашим здоровьем и «длиною» счетов, которые придется оплачивать за работу энергоемких кондиционеров, то ГТО может оказаться инвестицией с очень коротким временем окупаемости – практически 1-4 года.

Типы грунтовых теплообменников

Трубный ГТО

Самый простой в исполнении ГТО — это просто полимерная труба длиной 40-60 м, проложенная под землей, которая заканчивается воздухозаборником с защитной сеткой от насекомых и грызунов, часто и фильтром. Для односемейных домов чаще всего применяют трубу диаметром 200 мм (для площади 150-170 м 2 ) или 250 мм (для площади 170-250 м 2 ). Для домов большей площади диаметр ГТО следует точно вычислить в зависимости от потребностей воздухообмена в доме. Трубы меньшего диаметра непригодны для выполнения ГТО. Если диаметр трубы будет чуть больше диаметра монтажного штуцера рекуператора, то подача воздуха грунтовым теплообменником замедлится; как следствие, несколько увеличиться его производительность — воздух будет лучше нагреваться зимой, а охлаждаться летом. Если диаметр трубы будет слишком большим, эффективность обменника снизится, поскольку ограничится контакт потока воздуха со стенками трубопровода.

Для выполнения ГТО следует использовать предназначенные для этого материалы; применение других материалов может вызвать значительное снижение его производительности или привести к образованию неплотностей, и в ГТО будет постоянно попадать вода.

Гравийный ГТО

Это один из вариантов грунтового теплообменника, который применяли, когда еще не существовало трубных обменников.

Выполнить гравийный ГТО достаточно сложно, — здесь требуются особая тщательность и усердие, чтобы обеспечить заданные параметры работы и предотвратить образование затхлого запаха.

Основой ГТО является слой гравия, что наряду с функцией охлаждения летом и предыдущего подогрева воздуха зимой, выполняет роль своеобразного фильтра для воздуха, подаваемого в дом. Большая часть загрязнителей воздуха задерживается в слое теплообменника, поэтому время от времени гравий нужно очищать.

Читайте также:  Использование краски короед для работ по фасаду

Гравийный обменник отличается достаточно высокой продуктивностью. Правильно выполненный ГТО гарантированно обеспечивает подачу и свежего, профильтрованного воздуха в дом.

Однако ГТО имеет и ряд недостатков, о которых стоит помнить.

Гравийный ГТО отделен от грунта только геотканью, поэтому есть опасность утечки в обменник воды и даже попаданию грызунов и насекомых. Наличие подповерхностных вод на глубине менее 2 м от поверхности почвы практически делает невозможным применение гравийного ГТО: пропитка водой будет блокировать его работу, к тому же станет фактором интенсивного затхлого запаха, поэтому придется обновлять содержимое обменника.

Гравийный слой не может работать непрерывно; его рабочий режим нужно разделить на два этапа – 12 часов функционирования и 12 часов восстаноления гравийного слоя. Восстановление заключается в повторном отборе гравийным слоем тепла окружающей почвы. Конечно же, для трубного обменника также рекомендуется режим работы с перерывами, однако в трубных теплообменниках тепло регенерируется значительно быстрее, чем в гравийном с несколькими тоннами гравия.

Если гравийный слой хорошо не промыть перед укладкой, или, если в ходе эксплуатации он намокнет (вследствие осадков или подъема грунтовых вод), то ГТО может стать источником затхлого «​​подвального» ​​запаха.

Гравийный или безмембранный ГТО нельзя располагать там, где имеет место внешняя нагрузка, например вследствие автомобильного движения.

Повреждение верхнего слоя обменника сдавливанием может привести к снижению производительности и насыщения влагой и, в свою очередь, к необходимости дорогостоящего ремонта.

Гравийный слой характеризуется очень большим сопротивлением потоку воздуха, поэтому в большинстве случаев ГТО приходится оборудовать вспомогательным вентилятором мощностью до нескольких сотен ватт (дополнительные затраты энергии).

Потери на опорах воздуху в ГТО при недостаточно тщательно разработанного проекта вентиляционной системы дома и недостаточно точных расчетов.

Порой неправильно подобранные вентиляционный узел и внутренние каналы могут быть фактором слищком маленького притока свежего воздуха в помещения. Поэтому, выполняя гравийный ГТО, необходимо установить вспомагательный вентилятор (соединенный с рекуператором, который преодолевает собственное сопротивление гравийного слоя). Однако вентилятор существенно снижает энергосберегающие характеристики системы, в частности дополнительно потребляет энергию, тогда как для эксплуатации трубных теплообменников вполне достаточно мощности вентилятора самого рекуператора. Определяясь с конструкцией гравийного ГТО, следует проконсультироваться со специалистом, особенно в отношении сопротивлений собственно ГТО и сопротивлений системы вентиляции.

И тем не менее польза от эффективно организованного ГТО — ощутимая. Летом к помещениям, в которых установлены рекуператор с байпасом, подается охлажденный воздух (температура которого на 8-15 ° С ниже температуры наружного воздуха).

Зимой (если система с рекуператором) воздуха попадает на центральный вентиляционный узел уже предварительно подогретым, эффективно предотвращает образование инея на теплообменнике рекуператора и выключению его электронной системой защиты от замерзания. Благодаря этому не нужно монтировать в систему рекуператора дополнительный энергозатратный электрический калорифер. Главный результат — теплообменник обеспечивает эффект «бесплатной» климатизации.

Не следует забывать, что в так называемые переходные периоды, грунтовой теплообменник надо выключать. Наружный воздух в эти периоды убирается «нормальним» забирающим устройством, расположенным на стене дома.

После засыпки и выравнивания отдельных слоев гравия, прокладки вентиляционных трубопроводов и изоляции верхнего слоя обменника, весь гравийный слой засыпают почвой толщиной около 80 см.

Безмембранный ГТО

В безмембранном теплообменнике соединяются отдельные свойства трубного и гравийного ГТО. Принцип его выполнения заключается в установлении слоя полимерных плит на ровном слое гравия.

Плиты устанавливают на «ножках», опирающихся на поверхность гравийного слоя (гравийной подсыпки). Воздух движется не сквозь гравийный слой (как в гравийном ГТО), а над ним — между гравием и плитами.

Безмембранный обменник будет гарантированно функционировать длительное время без необходимости регенерации, максимально используя тепло почвы.

В отличии от гравийного ГТО, безмембранный не создает больших сопротивлений потоку воздуха.

Остановив выбор на безмембранном теплообменнике, следует помнить:

установку ГТО следует доверить специалистам с опытом, которые будут пользоваться соответствующим оборудованием. Изготовление теплообменника собственноручно может закончиться его повреждением и значительным снижением продуктивности;

безмембранный ГТО не является плотной конструкцией, поэтому его нельзя применять в местах, где случается повышение уровня грунтовых вод или вероятность затопления атмосферными осадками;

очищают безмембранные ГТО (при необходимости) так же, как и гравийный (выкапывание — промывание — повторная укладка). опубликовано econet.ru

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Как сделать теплообменник в грунте своими руками

Многие домовладельцы задумываются об уменьшении затрат на подогрев и охлаждение воздуха в своих домах. В последнее время набирает популярность теплообменник в грунте, который можно сделать своими руками, ориентируясь на фотопримеры конструкции. Рассмотрим принцип работы, эффективность и самостоятельное изготовление такого устройства, посредством которого перед поступлением в систему вентиляции будет подогреваться воздух.

Как работает грунтовый теплообменник

Температурный показатель земли на глубине 2 м всегда находится в пределах около +10 °С. Это значение присуще для любого региона СНГ. Посредством грунтового теплообменника можно отнимать эту энергию и в летний период охлаждать ею воздух, при этом экономя на работе кондиционера, а зимой – подогревая и сберегая тепло, которое выделяется отопительным оборудованием. При помощи воздушного теплообменника воздух можно подогревать и охлаждать на 5 °С или на 20 °С.

Показатель определяется разницей температуры воздуха и грунта. Это говорит о том, что такую конструкцию использовать в течение всего года не получится. Например, летом посредством теплообменника удастся снизить температуру с +30 °С до +20 °С, а зимой поднять с -20 °С до 0 °С. Однако в весенний и осенний период теплообменник лучше не использовать. Так, если температура в помещении была около +12 °С, то с рассматриваемым устройством она снизится до +8 °С.

Типы грунтовых теплообменников

Теплообменники подземного типа классифицируют на несколько групп:

  • гравийные;
  • трубные;
  • безмембранные.

В первом случае воздушный поток проходит через расположенный под землей слой гравия. Во втором варианте используются трубы. Безмембранный тип – комбинированная конструкция из гравия и труб. При ее изготовлении на слой гравия укладывают полимерные плиты. Независимо от выбранной конструкции основной канал соединяют с вентиляцией дома, в которой предусматривается устройство, позволяющее переключать режимы прямой подачи воздуха и через теплообменник.

Читайте также: Вентиляция в доме своими руками

Как изготовить грунтовый теплообменник

Из-за конструктивных особенностей каждого теплообменника, нужно разобраться по отдельности, как сделать тот или иной вариант.

Гравийный теплообменник

Чтобы соорудить бесканальную систему теплообмена, необходимо подготовить котлован длиной около 4 м и глубиной до 3 м. Когда углубление будет вырыто, его наполняют слоем гравия. Засыпку отделяют от грунта слоем геоткани. Когда котлован будет полностью обустроен, наружу выводят трубу, чтобы свежему воздуху была возможность поступать через подсыпку. Труба устанавливается таким же образом, как и в трубной конструкции. Еще одна труба прокладывается от подготовленного слоя к системе вентиляции дома.

Движение воздуха осуществляется по простому принципу, при этом он не только охлаждается, но и фильтруется, проходя сквозь гравийный слой. Плюсом такой конструкции является высокий уровень фильтрации, а недостаток состоит в более низкой эффективности по сравнению с системой из труб. Когда слои гравия будут засыпаны и выровнены, трубы подведены, а верхний слой теплообменника заизолирован, гравийный слой засыпают почвой слоем около 0,8 м.

Теплообменник на основе гравия не способен обеспечить постоянную работу. Поэтому его функционирование следует разделить на два этапа: 12 ч работы и 12 ч восстановление. Под восстановлением понимается отбор слоем гравия тепла из грунта. В этом случае трубный теплообменник более эффективен, поскольку тепло в трубах регенерируется быстрее. Организовывать рассматриваемую конструкцию необходимо там, где нет нагрузок, при которых слой гравия может сдавливаться, например, автомобильное движение. В противном случае производительность системы снизится.

Если узел вентиляции будет рассчитан неправильно, подача свежего воздуха будет слишком слабой. Поэтому, чтобы избежать установки дополнительного вентилятора, нелишним будет получить консультацию специалистов в этой области. Важно правильно рассчитать сопротивление системы вентиляции и земляного теплообменника.

Трубная конструкция

Для организации грунтового воздушного теплообменника своими руками в частных домах в основном прибегают к трубным системам, поскольку они выделяются своей эффективностью. В этом случае в подготовленный котлован укладывают трубы в сечении 200-250 мм и длиной 15-50 м.

Наличие изгибов и поворотов является допустимым, поскольку эффективность системы от этого не снижается. Хорошо, если территория участка имеет большие размеры, что позволяет использовать одну трубу. Однако возможна установка нескольких труб с параллельным либо веерным расположением. Стоит учесть, что трубы большого диаметра, с малой толщиной стенок имеют лучшую теплопроводность.

Поскольку летом из-за охлаждения горячего воздуха появляется конденсат, трубы нужно укладывать под небольшим наклоном в 2°. Дополнительно в нижней части трубы делают отверстие для удаления влаги, которая стекает в дренажную систему либо непосредственно в грунт. Начальную часть конструкции размещают на таком уровне, чтобы он оказался выше уровня снега в вашем регионе. В основном высоты трубы в 1,5-2 м бывает достаточно.

Рассмотрим наиболее простой вариант изготовления теплообменника с применением труб. Для этого понадобится пластиковая труба длиной порядка 40-60 м, которую прокладывают под землей, а со стороны забора воздуха оснащают защитным элементом в виде сетки и фильтром. Такая конструкция будет предотвращать попадание внутрь трубы насекомых, грызунов, пыли и различного мусора.

Если дом рассчитан на проживание одной семьи (площадь дома 150 м²), то сечения трубы в 200 мм будет вполне достаточно. Для домов с большей площадью параметры трубы рассчитываются индивидуально, исходя из потребностей в воздушном обмене.

При использовании трубы диметром чуть больше, чем диаметр штуцера рекуператора, поток воздуха снизится, но увеличится производительность. В зимнее время воздух будет лучше прогреваться, а в летнее — охлаждаться. Большой диаметр трубы скажется на снижении эффективности системы. Чтобы исключить попадание влаги внутрь конструкции, задействуют материалы, специально рассчитанные для этих целей.

Читайте также: Вентиляция в бане

Безмембранный теплообменник

При обустройстве такого теплообменника плиты монтируются на своеобразных ножках, опирающихся на гравийную подсыпку. В результате движение воздуха происходит не через гравий, как в предыдущей конструкции, а между плитами и гравием. Особенность теплообменника такого типа заключается в длительном периоде работы без необходимости регенерации, с максимальным использованием грунтового тепла. К тому же безмембранный вариант обладает меньшим сопротивлением воздушному потоку.

При обустройстве такого теплообменника придерживаются следующих рекомендаций:

  • монтаж системы лучше доверить специалистам, у которых в распоряжении есть необходимое оснащение и достаточный опыт. Самостоятельная сборка подобной конструкции может не только снизить производительность, но и повредить систему;
  • такой тип земляного теплообменника не стоит обустраивать в местах, для которых характерно повышение уровня грунтовых вод, либо велика вероятность затопления при обильных осадках;
  • очистка теплообменника такой конструкции производится путем выемки гравия, его промывки и повторной засыпки.

Соорудить теплообменник в грунте своими руками можно, ориентируясь на фото и видео. Конструкция (в зависимости от размеров) может обойтись относительно недорого, а ее эксплуатация также не потребует существенных материальных затрат. Ознакомившись с конструктивными особенностями систем, можно выбрать наиболее оптимальный для себя вариант и повторить его на своем участке.

Грунтовый теплообменник для вентиляции своими руками

Затраты на подогрев и охлаждение воздуха в приточно-вытяжной вентиляции можно значительно уменьшить, воспользовавшись бесплатной энергией грунта. Какое-то время считалось, что для экономии тепла (и затрат на обогрев свежего воздуха) достаточно рекуператора – теплообменника, в котором поступающий холодный воздух нагревается теплым вытяжным. Но требования к энергосберегающим домам безостановочно растут, и в последнее время домовладельцы все чаще стали делать грунтовые теплообменники, которые подогревают воздух перед его поступлением в систему вентиляции. В этой статье мы расскажем, как сделать грунтовый теплообменник для вентиляции своими руками и об опыте эксплуатации этого устройства.

  • Принцип работы грунтового воздушного теплообменника
  • Основные типы грунтовых воздушных теплообменников
  • Недостатки грунтового теплообменника
  • Насколько эффективен воздушный грунтовый теплообменник

Принцип работы грунтового воздушного теплообменника

Температура грунта на глубине около двух метров всегда одинакова – примерно +10 градусов; и это значение верно для любого региона СНГ (плюс – минус два градуса). Грунтовый теплообменник позволит «забирать» эту энергию и летом охлаждать ей воздух, экономя на кондиционировании, а зимой – подогревать и беречь тепло, вырабатываемое отопительными приборами.

Воздушный теплообменник может подогревать/охлаждать воздух на 5 градусов, а может и на 20 – это зависит от разницы температур грунта и воздуха.

Поэтому круглый год использовать это устройство нельзя. Летом, в самую жару, теплообменник может снизить температуру с +30 до +20 градусов, зимой прогреть от -20 до 0 градусов. Но осенью и весной, когда грунт и воздух примерно одной температуры, устройство скорее вредит, чем помогает: например, в помещении, где было +12, благодаря работе теплообменника станет +8. Поэтому, делая грунтовый теплообменник своими руками, нужно продумать, как отключать его на время межсезонья.

Обычно грунтовый теплообменник используют вместе с рекуператором.

Основные типы грунтовых воздушных теплообменников

Грунтовые теплообменники для вентиляции делятся на три основных группы: гравийные (бесканальные), трубные (канальные) и безмембранные.
В бесканальных устройствах воздух проходит через подземный слой грунта. В трубных – через подземные трубы. Безмембранные теплообменники – это комбинация трубных и гравийных: в них на ровный слой гравия укладывается ровный слой полимерных плит.

При любой схеме основной канал подводящего типа соединяется с вентиляцией, и предусматривается механизм, позволяющий переключаться с режима использования теплообменника на режим использования прямого притока воздуха с улицы.

В частных домах обычно используют трубные теплообменники – они более эффективны. При этом способе в траншею укладывают трубопровод диаметром 200-2500 мм и длиной 15-50 метров: чем длиннее трубопровод, тем эффективнее будет его работа, но тем выше и аэродинамическое сопротивление. Изгибы и повороты в трубопроводе допускаются, они на эффективность работы не влияют.

Отлично, если участок большой, и есть возможность уложить одну трубу, но допускается и параллельная укладка труб, и веерная.

Обычно для того, чтобы устроить грунтовый теплообменник для вентиляции своими руками, берут полипропиленовые трубы. Трубы с большой поверхностью и меньшей толщиной стенок обладают лучшей теплопроводностью, поэтому выбор часто падает на гофрированный материал. Для стока конденсата, который появится летом, во время охлаждения горячего воздуха, трубы укладывают с уклоном в 2 градуса. Начало трубопровода на участке должно быть установлено выше обычного уровня снега и оснащено воздухозаборником с фильтром.

Рассмотрим такой теплообменник на примере устройства, сделанный пользователем нашего портала с ником Prayfor, который живет в Ровно, в одноэтажном доме площадью 160 квадратных метров. Конечно, это вспомогательная система отопления «для комфорта и экономии», основное отопление дома – электричество и газ.

Грунтовый теплооменник смонтирован из канализационных труб диаметром 160 метров. Общая длина 60 метров, плюс еще 12 метров под домом.

Трубы тепообменника уложены в отдельные траншеи на глубине от 1 до 2 метров, они веером сходятся в одну точку. В этой точке сделан дренаж, а от нее под домом идет одна двенадцатиметровая труба, которая ведет к рекуператору.

Для каждой трубы сделан свой воздухозаборник, они спрятаны в деревянные короба.

Рекуператор висит на стене котельной, а разводка воздуховодов – на неотапливаемом чердаке трубами 160 с переходом в 125 на выходе. Все они утеплены, укрыты слоем минваты (40 см), и накрыты доской толщиной 40 мм.

Сделано 6 точек подачи (4 в комнатах и 2 в гостиной) и 3 точки забора (2 в санузлах и 1 в простирочной).

Недостатки грунтового воздушного теплообменника

Наш пользователь говорит, что воздух, который попадет в дом из теплообменника, не отличается от воздуха из форточки – он такой же чистый, единственное – в нем нет уличной прохлады. Ни у кого в семье нет ощущения, что в помещение попадает воздух из грунта. Субъективно он пока что видит в этой конструкции одни плюсы.

Но воздушный грунтовый теплообменник – не самая одобряемая конструкция на.

Минусы конструкции:

  1. Она может быть опасна для здоровья.
  2. В трубах образуется конденсат, который необходимо удалять.
  3. Для прокачки воздуха по десяткам метров труб нужна довольно мощная вентиляционная установка.

Если дренаж негерметичный, то вы, очевидно, дышите «воздухом из грунта». У меня это как-то не очень состыкуется со здоровьем. Ладно, если район не радоноопасный, а если да?

Лично я опасаюсь гонять воздух по длинным магистралям, тем более под землей. Воздух придется обязательно фильтровать от пыли и возможных бактерий.

Настоятельно не рекомендуется делать грунтовые воздушные теплообменники в радонопасных районах. Радон – это газ, выделяемый из толщи земли. При высоких концентрациях он с большой вероятностью приводит к раку легких.

Радоноопасные районы России:

  • Алтайский край;
  • Кавказские минеральные воды;
  • Карелия;
  • Кольский полуостров;
  • Ленинградская область;
  • Урал.

Дом Prayfor стоит на плите – так геологи называют горизонтальное залегающие в грунте горные породы, поэтому наш пользователь считает, что радона ему бояться нечего. А бактерии он уничтожает, проводя ежегодную дезинфекцию труб специальной воздушной пушкой.

Читайте также:  В чём заключается подготовка стен под поклейку обоев?

Трубы заполнили паром с дезинфицирующим средством, закрыли все выходы и оставили так на несколько часов. В доме все точки подачи и забора воздуха закрыли, чтобы воздух пошел через всю систему прямо на улицу. Через несколько часов по системе прогнали чистый воздух, который вытеснил из нее остатки дезинфицирующего пара.

Насколько эффективен воздушный грунтовый теплообменник

И с точки зрения комфортности эксплуатации, и с точки зрения энергоэффективности отзывы на работу системы отопления и вентиляции с грунтовым теплообменником у нашего пользователя самые лучшие.

Рекуператор всю зиму работал каждый день не менее 14 часов, обязательно – ночью, когда было холоднее всего.

Наш пользователь каждое утро измерял температуру:

  • уличного воздуха;
  • воздуха, который поступает из теплообменника;
  • воздуха после рекуператора;
  • вытяжного воздуха.

Все время наблюдений температура воздуха на улице была -18 – -21 градус, после теплообменника в дом она поступала не ниже +12,8, а к концу февраля стабилизировалась до +14 градусов.

Prayfor даже не ожидал, что все будет работать настолько хорошо.

Эффективность системы превзошла все наши ожидания.

Однако эксперты нашего портала рекомендуют делать более безопасный, хотя, возможно, менее эффективный вид грунтовых теплообменников – жидкостный. Прочитайте статью о том, как сделал жидкостный теплообменник для своего энергоэффективного дома участник нашего портала.

Грунтовый теплообменник – один из ключевых элементов геотермального теплового насоса, он поставляет в тепловой насос низкопотенциальное тепло. Почитайте о том, какие виды грунтовых теплообменников геотермальных тепловых насосов применяют участники. Познакомьтесь с рекомендациями для оптимального устройства геотермального “рассольного” контура для теплового насоса.

Узнайте, как участник нашего портала сделал грунтовый тепловой насос своими руками.

Также на вы сможете прочитать статьи о том, как приблизить дом к стандартам энергопассивного, как сделать рекуператор своими руками при минимальном бюджете. Узнайте, как самому сделать рекуператор с автоматикой, найдите ответы на любые вопросы по рекуперации и вентиляции. Посмотрите видео, которое доказывает экономическую эффективность теплообменников.

Подземелье и тепло, или грунтовый трубопровод как источник отопления

Есть два варианта экономить на обогреве. Первый — это снижение притока свежего воздуха ценой ухудшения домашнего микроклимата, второй – снизить количество тепловых затрат для подогрева поступающего наружного воздуха. Использование энергии грунта — это способ значительно сэкономить на обогреве и охлаждении вентиляционного воздуха. Как и почему — расскажем в этой статье!

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:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.

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.

«Renata Limited» — выдающаяся фармацевтическая компания в Бангладеш проверила пилотный проект, пытающийся обнаружить, можно ли использовать туннельный грунтово-воздушный теплообменник в качестве дополнения к традиционной системе кондиционирования воздуха. Бетонные трубы с общей длиной в 60 футов (около 18,25 м), внутренним диаметром в 9 дюймов (около 23 см) и внешним диаметром в 11 дюймов (около 28 см) были закопаны на глубине в 9 футов (около 2,75 м) под землей, использовался вентилятор с расчетной мощностью 1,5 кВт.

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.

Ссылка на основную публикацию