Бесплатное тепло. Грунтовый теплообменник

В своих домах все чаще в последнее время вместо естественной вентиляции устраивают принудительную приточно-вытяжную. Этому есть объяснение: вентиляторы обеспечивают протекание через помещение постоянного объема воздуха, который не зависит от наружной температуры и направления ветра. Появляется возможность контролировать состояние воздуха в помещениях. Приточно-вытяжная вентиляция, скорее всего, была бы еще более популярна, если бы не необходимость подогрева свежего поступающего воздуха в холодное время года.

Есть два варианта экономить на обогреве. Первый — снизить приток свежего воздуха, что неизбежно приведет к ухудшению микроклимата в доме. Второй - снижение количества тепловых затрат, необходимых для подогрева поступающего наружного воздуха.

Одно время считали, что проблема экономии тепла решена при помощи рекуператоров. Так называются теплообменники в системах принудительной вентиляции, в которых холодный приточный воздух нагревается от теплого вытяжного. Но, в дальнейшем, с повышением требований к энергосбережению домов оказалось, что рекуперации мало. Сейчас все более популярным становится принцип предварительного подогрева воздуха перед подачей в систему вентиляции с помощью 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), воздух в нем пропускается сквозь закопанный под землей канал (трубу);
• бесканальный — здесь воздух проходит непосредственно через подготовленный 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.

Канальный теплообменник

Канальный (трубный) теплообменник чаще всего изготавливают из тонкостенных канализационных труб из ПВХ. Такие трубы достаточно жесткие, 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 неоправданно 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 изгибов, 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.

Бесканальный теплообменник

Такой теплообменник — это просто котлован глубиной 80 см и длиной 3-4 м, наполненный слоем гравия, изолированный сверху пенобетонными плитами. Благодаря такой конструкции температура внутри слоя гравия будет такой же, как и в почве на глубине 5 м (хотя слой гравия может находиться даже выше уровня участка). Из слоя гравия выводится патрубок для входа воздуха. Его входное отверстие устраивается так же, как и в случае с канальным теплообменником. С противоположной стороны котлована с гравием находится другое отверстие, из которого воздух засасывается в вентиляционную систему внутри дома.

Гравийный теплообменник дает возможность лучше увлажнять воздух. Это важное качество, поскольку в домах с приточно-вытяжной вентиляцией воздух, подогретый за счет рекуперации, как правило, слишком сухой. Для решения проблемы в гравийном теплообменнике устанавливаются трубки, подсоединенные к водопроводу, которые служат для периодического увлажнения слоя гравия (это позволяет отказаться от монтажа специальных электрических увлажнителей). Воздух, проходя через слой гравия, увлажняется и одновременно фильтруется, в том числе и от биологического загрязнения.

Греть – это не охлаждать

Стоимость изготовления грунтового теплообменника невысока, а его эффективность хорошо заметна в холодное время года. Но с охлаждением воздуха в летнее время дело обстоит не так хорошо. Охлаждение чувствуется, однако оно не сравнимо с тем, что обеспечивает настоящий кондиционер. Некоторым утешением может быть то, что эксплуатация кондиционера стоит очень дорого, а почвенный теплообменник работает почти даром - нужно заплатить только за электроэнергию для работы небольшого вентилятора.

Имеет право на отдых

Наиболее эффективная работа грунтового теплообменника обеспечивается при его эксплуатации с перерывами на восстановление. Если бы тепло поступало без перерыва, то температура почвы постепенно уравнялась бы с температурой воздуха и эффективность теплообменника упала бы до нуля.

Каждый перерыв должен продолжаться в течение нескольких часов. Для этого лучше всего использовать время, когда все уходят из дома.