Геотермальні вентиляційні системи створені для забезпечення комфортних умов в приміщенні при мінімальному енергоспоживанні з використанням тепла грунту поверхневих шарів Землі.
Застосування систем сприяє збільшенню енергоефективності вентиляційних систем і зниження експлуатаційних витрат.
Грунт поверхневих шарів Землі – природний тепловий акумулятор. Головне джерело теплової енергії, що надходить у верхні шари Землі – сонячна радіація. Поверхневі шари грунту також схильні до впливу сезонних коливань температур зовнішнього повітря. Ці складові, а також властивості самого ґрунту впливають на температуру ґрунту. На глибині близько 3 м і більше (нижче рівня промерзання) температура грунту протягом року практично не змінюється і приблизно дорівнює середньорічній температурі зовнішнього повітря. Температура ґрунту на глибині 1,5-3,2 м взимку складає від +5 до + 7 °С, а влітку від +10 до + 12 °С. Дані по температурним режимам ґрунтів у різних регіонах можна знайти в спеціалізованій літературі. Експерименти показали, що в зимовий період грунтовій теплообмінник може нагріти припливне повітря, що надходить в приміщення, на температуру більше О °С, а в літній період – охолодити до + 18-20 °С.
Грунтовий теплообмінник можна використовувати для охолодження повітря влітку і нагріву взимку
Під землею, нижче точки промерзання грунту, укладається система воздуховодов, які виконують функцію теплообмінника між землею і повітрям, що проходить по цих воздуховодам. Т.к.температура грунту на глибині 1,5- 3,2 м взимку складає від +5 до +7 ° С, а влітку від +10 до +12 ° С, то повітря, який проходить по воздуховоду, нагрівається в зимовий період або охолоджується в літній період грунтом через стінку воздуховода.
При раціональному розміщенні повітропроводів можна відібрати з грунту значну кількість теплової енергії при порівняно невеликих витратах електроенергії.
Більш досконала система являє собою теплообмінник «труба в трубі». По внутрішній трубі переміщається витяжне повітря, що видаляється з приміщення, по зовнішній трубі – припливне повітря з вулиці. Спірально навивні повітроводи з нержавіючої сталі мають високу теплопровідність і дозволяють здійснити першу високоефективну стадію рекуперації.
При цьому повітря, що подається в приміщення, нагрівається / охолоджується (при необхідності) за рахунок геотермальної енергії грунту і теплообміну з витяжним повітрям через стінку внутрішньої труби. Така конструкція ГТО дозволяє скоротити довжину повітроводів, розміщених у землі, поліпшити теплові характеристики ГТО.
Діаметр і довжина воздуховода визначаються залежно від витрати повітря і рівня капітальних і експлуатаційних витрат.
Експлуатаційні витрати таких систем дорівнюють витратам на роботу припливно-витяжних вентиляторів і витратам по періодичної заміни фільтрів.
Геотермальна вентиляція – найкраще рішення для отримання безкоштовної енергії,
дозволяє:
- підігрівати / охолоджувати повітря, що знижує енерговитрати;
- запобігти обмерзання рекуператора припливно-витяжної агрегату.
Комфорт в літній період
У теплу пору року грунтовій теплообмінник забезпечує охолодження припливного повітря. Зовнішнє повітря надходить через повітрозабірні пристрій в ґрунтовій теплообмінник, де охолоджується за рахунок ґрунту. Потім охолоджене повітря подається по воздуховодам в припливно-витяжну установку, в якій на літній період замість рекуператора встановлена річна вставка. Завдяки такому рішенню, відбувається зниження температури в приміщеннях, поліпшується мікроклімат у будинку, знижуються витрати електроенергії на кондиціонування.
Робота в міжсезоння
У міжсезоння, коли різниця між температурою зовнішнього і внутрішнього повітря невелика, подачу свіжого повітря можна здійснювати через припливну решітку, розташовану на стіні будинку в надземній його частини. У той період, коли різниця істотна, подачу свіжого повітря можна здійснювати через ГТО, забезпечуючи підігрів / охолодження припливного повітря.
Економія в зимовий період
У холодну пору року зовнішнє повітря надходить через повітрозабірні пристрій в ГТО, де прогрівається і потім надходить у припливно-витяжну установку ВУТ для подальшого нагріву в рекуператорі.
Попередній нагрів повітря в ГТО знижує ймовірність обмерзання рекуператора припливно-витяжної установки, збільшуючи ефективний час використання рекуперації та мінімізує витрати на додатковий нагрів повітря у водяному / електричному нагрівачі.
Оптимальне рішення для вентиляції будинку – використання геотермальної системи в поєднанні з припливно-витяжної установкою з рекуперацією тепла ВУТ.
Ця система забезпечує постійний повітрообмін в приміщенні, якій необхідний для комфортного перебування в ньому aлюдей. Така система зберігає взимку тепло, а влітку – холод, захищаючи будинок від швидкого перегріву, знижує енерговитрати на вентиляцію і кондиціонування. Системи геотермальної вентиляції можуть застосовуватися в котеджах, складських приміщеннях, магазинах, ресторанах, промислових будівлях.
Розрахунок ефективності вентиляції із застосуванням ГТО і рекуперації тепла
Для отримання комфортного свіжого повітря, його необхідно нагрівати в зимовий період і в міжсезоння, а в літній період охолоджувати. Нижче наведено приклад розрахунку витрат теплової енергії на підігрів припливного повітря без застосування систем утилізації тепла, а також при застосуванні геотермальних систем для помірного Європейського клімату. Витрата повітря прийнятий 300 м3 / год.
Разом сумарно за весь рік на нагрів або охолодження свіжого повітря необхідно буде затратити:
ЗИМА
У зимовий період середньодобова температура протягом 80 днів становить -5 ° С. Для доведення її до комфортної, необхідно нагрівати до + 20 ° С. Таким чином:
За відсутності системи утилізації тепла на нагрів 300 м³ / год на Δt = 25 ° С необхідно затратити:
Р (Wt) = L (m³ / h) x 0.34 x Δt (ºС) = 300 м³ / год х 0,34 х 25/1000 = 2,550 кВт.
При використанні геотермальної системи відбувається підігрів зовнішнього повітря до + 5 ° С, при цьому повітрю передається:
Р (Wt) = L (m³ / h) x 0.34 x Δt (ºС) = 300 м³ / год х 0,34 х 10/1000 = 1,02 кВт.
При подальшому використанні припливно-витяжної установки з рекуперацією тепла, повітря підігрівається до + 12 ° С:
Р (Wt) = L (m³ / h) x 0.34 x Δt (ºС) = 300 м³ / год х 0,34 х 7/1000 = 0,714 кВт.
Якщо прийняти 50% часу роботи системи вентиляції з повною продуктивністю, з урахуванням того, що припливно-витяжної агрегат працює на різних продуктивності в різний період часу, то за період 80 днів:
За відсутності системи утилізації тепла буде витрачено:
80 дн x 24г x 0.5 x 2,55кВт = 2448 кВт * год.
При використанні геотермальної системи (ефективність системи зростає зі зменшенням витрати повітря) необхідна теплова потужність зменшиться на:
80 дн x 24г x 0.6 x 1,02кВт = 1175 кВт * год.
При подальшому використанні припливно-витяжної установки з рекуперацією тепла необхідна теплова потужність зменшиться на:
80 дн x 24г x 0.5 x 0,714кВт = 685 кВт * год.
ВЕСНА / ОСІНЬ
У міжсезоння протягом 180 днів середньодобова температура становить + 5 ° С. Для доведення її до комфортної, необхідно нагрівати до + 20 ° С. Таким чином:
За відсутності системи утилізації тепла на нагрів 300 м3 / год на Δt = 15 ° С необхідно затратити:
Р (Wt) = L (m³ / h) x 0.34 x Δt (ºС) = 300 м³ / год х 0,34 х 15/1000 = 1,53 кВт.
При використанні геотермальної системи відбувається підігрів зовнішнього повітря до + 10 ° С, при цьому повітрю передається:
Р (Wt) = L (m³ / h) x 0.34 x Δt (ºС) = 300 м³ / год х 0,34 х 5/1000 = 0,51 кВт.
При подальшому використанні припливно-витяжної установки з рекуперацією тепла, повітря підігрівається до + 15 ° С:
Р (Wt) = L (m³ / h) x 0.34 x Δt (ºС) = 300 м³ / год х 0,34 х 5/1000 = 0,51 кВт.
Якщо прийняти 50% часу роботи системи вентиляції з повною продуктивністю, з урахуванням того, що припливно-витяжної агрегат працює на різних продуктивності в різний період часу, то за період 180 днів:
За відсутності системи утилізації тепла буде витрачено:
180 дн x 24г x 0.5 x 1,53кВт = 3305 кВт * год.
При використанні геотермальної системи (ефективність системи зростає зі зменшенням витрати повітря) необхідна теплова потужність зменшиться на:
180 дн x 24г x 0.6 x 0,51кВт = 1322 кВт * год.
При подальшому використанні припливно-витяжної установки з рекуперацією тепла необхідна теплова потужність зменшиться на:
180 дн x 24г x 0.5 x 0,51кВт = 1102 кВт * год.