Грунт аккумулирует солнечную энергию и круглый год подогревается от земного ядра. При этом он всегда способен отдавать тепло вне зависимости от погоды.
Содержание
- Обоснование использования земного тепла для отопления
- Принцип отбора земного тепла
- Схемы укладки труб грунтового коллектора
- Технология укладки труб
- Выбор теплоносителя
- Эффективность системы
Обоснование использования земного тепла для отопления
На глубине уже 5–7 м температура практически постоянна в течение всего года. Для средней полосы России она составляет 5–8°С. Это очень подходящие условия для работы теплового насоса. Более того, в верхних слоях земли минимум температуры достигается на пару месяцев позже пика морозов — нужда в интенсивном обогреве к этому времени уменьшается. В целом же грунт довольно надёжно поставляет калории.
Принцип отбора земного тепла
Необходимая энергия собирается теплообменником, заглублённым в землю, и аккумулируется в носителе, который затем насосом подаётся в испаритель теплового насоса и возвращается за новой порцией тепла. В качестве такого переносчика энергии используют незамерзающую экологически безвредную жидкость (её называют также «рассолом» или антифризом). Это может быть 30% водный раствор этиленгликоля или пропиленгликоля.
Схемы укладки труб грунтового коллектора
Грунтовый коллектор (горизонтальный) представляет собой длинную трубу, горизонтально уложенную под слоем грунта. Главное достоинство — универсальность и простота монтажа. Нашел свободную площадку — рой канавки и укладывай. Недостаток — большая потребная площадь под коллектор — 25–50 м² на 1 кВт мощности (причём площадку можно использовать только под газон или однолетние цветы).
Существуют разные схемы раскладки труб: петля, змейка, зигзаг, плоские и винтовые спирали разных форм и т. п. Выбор определяется теплопроводностью грунта и геометрией участка. При этом следует учитывать то, что производительность отбора тепла больше на увлажнённых суглинках и меньше на сухих песчаных участках. В среднем 1 м² поверхности грунта может обеспечить «поставку» 10–35 Вт мощности.
Длину трубы в одной петле, причём цельной, без разъёмов, стремятся ограничить (не более 600 м), иначе заметно увеличивается расход энергии на циркуляционном насосе. Если нужна большая мощность, петель делают несколько.
В случае использовании грунта возможны два варианта:
- укладка металлопластиковых труб в траншеи глубиной 1,2–1,5 метра примерно на 0.2 м ниже глубины промерзания, так как более глубокая укладка опасна тем, что лёд, намёрзший в результате работы вокруг труб, не успеет растаять за весну и лето;
- вертикальные скважины глубиной 20–100 м.
Иногда трубы укладывают в виде спиралей в траншеи глубиной 2–4 м. Срок службы такой траншеи составляет порядка 20–25 лет. Удобство такого способа укладки в меньшей суммарной длине траншей, например, для суммарной длины укладываемых труб в 800 м нужна траншея длиной 25 м.
На участке, над коллектором, не должно быть строений, чтобы летом прошла регенерация за счёт солнечной радиации, поскольку только примерно 20% тепла поступает из поверхности земли.
Минимальное расстояние между проложенными трубами должно составлять 0,7–0,8 м. Длина одной траншеи должна быть от 30 до 120 м.
Технология укладки труб
Для укладки каждой ветви выкапывают траншею длиной до 50 м, шириной 0,8 м и глубиной 2 м. На её дно насыпают подоснову из глины (5 см). Потом около стенки траншеи в прямом и обратном направлениях прокладывают трубу, наполненную водой под давлением 4 атм. Сверху ее засыпают слоем глины толщиной 10 см, который трамбуют и проливают водой. Затем укладывают грунт толщиной 20–30 см, а поверх, в глиняном «пироге», — оставшуюся часть трубы. Её концы заводят в помещение с таким расчётом, чтобы снаружи не было ни одного стыка удлинения.
Аналогично укладывают вторую ветвь. При этом расстояние между траншеями составляет минимум 10 м.
Выбор теплоносителя
В качестве теплоносителя нужно использовать раствор гликоля (25%). При этом нужно учесть в расчётах, что теплоёмкость будет 3,7 кДж/кгК при 0°С и концентрации гликоля 25%, плотность 1,05 г/см3, а потери давления в трубах будут в 1,5 раза больше по сравнению с водой.
Опыт показывает, что наиболее приемлемая конструкция системы отбора земного тепла получается при применении полиэтиленовых труб РЕ ПНД6 диаметром 32 мм, заполненных пропиленгликолем (30%).
Эффективность системы
Максимальная теплоотдача поверхностного грунта составляет 50–70 кВт*ч/м² в год. Съём тепла на 1 м трубы зависит от многих параметров (глубины, наличия грунтовых вод, качества грунта). Ориентировочно можно считать, что для горизонтальных коллекторов съём тепла составляет 20 Вт/м.
Более точно:
- сухой песок — 10 Вт/м;
- сухая глина — 20 Вт/м;
- влажная глина — 25 Вт/м;
- глина с большим содержанием воды — 35 Вт/м.
Комментарии