Гравийный и трубный грунтовый коллектор — используем тепло земли

Каждый владелец загородного дома стремится и мечтает максимально улучшить свои жилищные условия проживания, создавая удобства и комфорт.

При этом всем хочется, чтобы удобство и комфорт стоили как можно дешевле, а эксплуатация дома была бы простой. Одним из таких устройств, является грунтовый коллектор, который использует тепло земли, фото 1.

Фото 1. Грунтовый коллектор

Собираем тепло земли с помощью воздушного теплообменника (грунтового коллектора)

Как известно, температура земли на уровне 1,4…1,6 м от поверхности круглогодично является стабильной, без существенных изменений и примерно составляет 7…12°С. Стабильную температуру можно использовать для создания комфортных условий проживания, в частности для использования геотепла в системе вентиляции здания. Для этого обустраивают грунтовый воздушный теплообменник (ГВТ), который еще называют грунтовым коллектором или геотермальной вентиляцией.

ГВТ позволяет изменять температуру наружного воздуха, проходящего по каналам и поступающего в систему приточной вентиляции и кондиционирования дома, что обеспечивает холодным воздухом летом и теплым – зимой.

Использование ГВТ снижает расход энергии на подогрев (или охлаждение) приточного воздуха примерно на 50%, а совместная работа с рекуператором позволяет снизить энергорасходы на 70…80%. Разница температур на входе и выходе может достигать:

• летом 10…12°С;
• зимой 18…20°С.

Максимальный и очень ощутимый эффект работы ГВТ приходится при очень высоких (32°С и более) или очень низких (-20°С и ниже) температурах.

Грунтовый коллектор или геотермальную вентиляцию можно использовать не только в загородных домах, но и производственных и общественных помещениях.

В зависимости от конструкции ГВТ (коллектор или теплообменник) может быть:

• гравийным;
• трубным.

Гравийный грунтовый коллектор

Грунтовым коллектором или теплообменником в такой вентиляционной системе служит гравий, который помещается в котлован длиной 3…4 м и глубиной 0,8…1,0 м (некоторые принимают глубину котлована 2,5…3 м). Сверху для теплоизоляции гравия укладывают плиты из экструдированного пенополистирола.

На фото 2, представлена схема грунтового гравийного коллектора, у которого расположена с одного конца приточная труба, а с другого – всасывающая труба, которая проложена к дому и по ней проходит охлажденный (или нагретый) воздух.

Фото 2. Гравийный грунтовый коллектор

Слой гравия имеет такую же температуру, как и земля, и холодный воздух, проходя через слой гравия, нагревается и подается в дом. Особенностью гравийного грунтового коллектора является то, что воздух, проходя через гравий, приобретает оптимальную влажность и создает хороший микроклимат в помещении.

К преимуществам гравийного грунтового коллектора можно отнести невысокую стоимость оборудования и устройства, а также низкий расход электроэнергии (затраты электроэнергии для работы маломощного вентилятора).

Недостатком гравийного грунтового коллектора является:

• малоэффективная работа по охлаждению воздуха летом;
• не рассчитан на постоянную беспрерывную работу: следует давать перерыв длительностью в несколько часов для охлаждения или нагревания самого гравия от грунта, так как при постоянной работе через длительное время система будет иметь такую же температуру, как и окружающая среда.

Грунтовый трубный коллектор

Общий принцип работы грунтового трубного коллектора (ГТК) почти такой же, как и в обычной приточно-вытяжной вентиляции, за исключением того, что вентиляционные трубы проходят под землей на глубине ниже уровня промерзания грунта (1,5…1,6 м, но в некоторых случаях может достигать и до 3 м).

Таким образом, система вентиляции с помощью приточного канала и вентилятора втягивает наружный воздух и проходя через трубы под землей воздух нагревается или охлаждается. Таким образом, на входе в дом мы получаем желаемый эффект от грунтовой вентиляции. Принцип работы и схема устройства грунтового трубного коллектора показан на фото 3.

Фото 3. Принцип работы и схема устройства грунтового трубного коллектора

 В грунтовой системе вентиляции вытяжка может работать по двум схемам:

• первая схема – по вытяжному каналу удаляется переработанный воздух с помещения прямо наружу;
• вторая схема – переработанный воздух из помещения проходит через вытяжные каналы, расположенные внутри приточного канала и тем самым дополнительно нагревая приточный воздух. Такая система имеет двухконтурный теплообменник, который выполняет функцию рекуператора: по внешнему каналу поступает воздух в помещение, а по внутреннему — выходит наружу.

Чтобы обеспечить максимальную эффективность системы вентиляции приточный воздух подогревают до нужной температуры с помощью электрическими калориферами. Подогрев воздуха приточной вентиляции позволяет снизить расход энергозатрат системы отопления на 20…25%. Экономия от подогрева является существенной, так как теплопотери здания в качестве поступление в дом холодного воздуха могут достигать 35…50%. Длину теплообменника или коллектора выбирают с расчета 1 м.п. трубы обеспечивает 5 м³/ч приточного воздуха.

Срок окупаемости грунтового трубного коллектора составляет 12…15 лет.

Энергосберегающая грунтовая система вентиляции «труба в трубе» с рекуператором

Разновидностью трубного грунтового коллектора является грунтовая система вентиляции «труба в трубе» с рекуператором.

Принцип работы системы заключается в том, что загрязненный воздух с помещения выходит по внутренней трубе, а приточный воздух поступает по внешней трубе в здание и предварительно обогревается внутренней трубой. Приточно-вытяжные системы «труба в трубе», например фирмы Vents, могут оборудоваться рекуператором, что позволяет дополнительно собирать теплоту из внутренней трубы с нагретым загрязненным воздухом и передавать это тепло приточному воздуху.

На фото 4 приведены разные варианты установки энергосберегающей грунтовой системы вентиляции «труба в трубе». В доме с подвалом основные узлы и элементы системы располагаются в подвальном помещении, а именно приточно-вытяжная система, устройство сбора конденсата, обводной клапан и др. А в доме без подвального помещения устройство сбора конденсата должно располагаться в колодце, устроенном на участке возле дома, а основные устройства – внутри дома.

Фото 4. Энергосберегающая грунтовая система вентиляции «труба в трубе» (ГЕО ВЕНТ ДУО): а) в доме с подвалом; б) в доме без подвала.

Как устроить трубный коллектор?

Существуют следующие способы устройства трубного коллектора:

1. Прокладка трубы ГВТ по прямой линии. Длина труб должна быть не менее 40…60 м, глубина залегания – не менее 1,4…1,5 м. Забор воздуха следует располагать на высоте 2 м от поверхности земли, чтобы максимально уменьшить количество попадающей в систему вентиляции пыли и грязи. На трубе воздухозабора следует обязательно устанавливать защитный козырек, фото 5.

Фото 5. Прокладка трубы ГВТ по прямой линии

2. Прокладка трубы ГВТ по изогнутой линии в форме буквы «U» или «S», фото 6. Изгибы должны быть под углом 33…45°, что позволит максимально снизить потери энергии на преодоления воздухом изогнутой системы вентиляции, связанное с силами трения о боковые поверхности и изгибы труб. Такая система вентиляции с изогнутой прокладкой труб является менее эффективной, и применяется только в случаях ограниченной возможности прямой прокладки труб.

Фото 6. Прокладка трубы ГВТ по изогнутой линии

3. Прокладка труб ГВТ по многоканальной системе. Самая эффективная система, с минимальной расходом энергии, вследствие мало сопротивления воздуха в трубах каналов. Минимальное расстояние между каналами системы должно быть не менее 0,8 м, что позволит равномерно производить обмен теплом межу каналами, рис 7.

Фото 7. Прокладка труб ГВТ по многоканальной системе

Преимущества грунтового коллектора

1. Экологичная система, не влияет негативно на здоровье человека.
2. Минимальное энергопотребление (электроэнергия). Электроэнергия затрачивается только на работу вентиляторов, которые обеспечивают проход воздуха через систему трубопровода. Экономия энергоресурсов составляет:

• 1 кВт электрической энергии – преобразует 30…35 кВт тепловой энергии (летом, работа на охлаждение воздуха);
• 1 кВт электрической энергии – преобразует 35…40 кВт тепловой энергии (зимой, работа на обогрев воздуха);

3. Обеспечения комфорта и хорошего микроклимата внутри дома.
4. Простота ухода за системой грунтового коллектора.
5. Высокий срок службы системы.
6. Некоторые системы грунтового коллектора способны полностью исключить необходимость использования кондиционеров.

Недостатки грунтового коллектора

1. Достаточно высокая стоимость оборудования и работ по устройству системы грунтового коллектора.
2. Сложная схема конструкции.
3. В весенний и осенний периоды, когда температура снаружи здания почти или такая же, как внутри дома система грунтового коллектора работает с очень низкой эффективностью. Воздуху приходится проходить через всю систему коллектора, преодолевая сопротивления, а температура остается без изменений. Для этого в системе грунтовой вентиляции устраивают маленькую систему трубопровода, которая на такие времена будет переключаться, и потреблять намного меньше электроэнергии.

P.S. Подробно о том сделать простой приток воздуха в дом можно прочитать здесь.

Публикацию подготовил – эксперт GIDproekt

Конев Александр Анатольевич