Поверхностный
слой почвы Земли — это естественный тепловой аккумулятор. Главный
источник тепловой энергии, поступающей в верхние слои Земли — солнечная
радиация. На глубине около 3 м и более (ниже уровня промерзания)
температура почвы в течение года практически не меняется и примерно
равна среднегодовой температуре наружного воздуха. На глубине 1,5-3,2 м
зимой температура составляет от +5 до + 7 ° С, а летом от +10 до + 12 °
С. Этим теплом можно зимой не допустить замерзания дома, а летом не дать
ему перегреться выше 18-20 ° С
Самым
простым способом использования тепла земли является использование
почвенного теплообменника (ПТО). Под землей, ниже уровня промерзания
грунта, укладывается система воздуховодов, которые выполняют функцию
теплообменника между землей и воздухом, который проходит по этих
воздуховодах. Зимой входящий холодный воздух, который поступает в дом и
проходит по трубам — нагревается, а летом — охлаждается. При
рациональном размещении воздуховодов можно отбирать из почвы
значительное количество тепловой энергии с небольшими затратами
электроэнергии.
Можно
использовать теплообменник «труба в трубе». Внутренние воздуховоды из
нержавеющей стали выступают здесь в роли рекуператоров.
Охлаждение в летний период
В
теплое время года грунтовый теплообменник обеспечивает охлаждение
приточного воздуха. Наружный воздух поступает через воздухозаборное
устройство в грунтовый теплообменник, где охлаждается за счет грунта.
Затем охлажденный воздух подается воздуховодами в приточно-вытяжную
установку, в которой на летний период вместо рекуператора установлена
летняя вставка. Благодаря такому решению, происходит снижение
температуры в помещениях, улучшается микроклимат в доме, снижаются
затраты электроэнергии на кондиционирование.
Работа в межсезонье
Когда
разница между температурой наружного и внутреннего воздуха небольшая,
подачу свежего воздуха можно осуществлять через приточную решетку,
размещенную на стене дома в надземной части. В тот период, когда разница
существенная, подачу свежего воздуха можно осуществлять через ПТО,
обеспечивая подогрев / охлаждение приточного воздуха.
Экономия в зимний период
В
холодное время года наружный воздух поступает через воздухозаборное
устройство в ПТО, где прогревается и затем поступает в приточно-вытяжную
установку для нагрева в рекуператоре. Предварительный нагрев воздуха в
ПТО снижает вероятность обледенения рекуператора приточно-вытяжной
установки, увеличивая эффективное время использования рекуперации и
минимизирует затраты на дополнительный нагрев воздуха в водяном /
электрическом нагревателе.
Как рассчитываются затраты на подогрев и охлаждение воздуха
Можно
предварительно подсчитать затраты на нагрев воздуха в зимний период для
помещения, куда поступает воздух при нормативе 300 м3 / час. В зимний
период среднесуточная температура в течение 80 дней составляет -5 ° С —
ее нужно подогреть до + 20 ° С. Для нагрева такого количества воздуха
нужно затрачивать 2,55 кВт в час (при отсутствии системы утилизации
тепла). При использовании геотермальной системы происходит подогрев
наружного воздуха до +5 и тогда на догрев входящего воздуха к
комфортному уходит 1,02 кВт. Еще лучше ситуация при использовании
рекуперации — надо затрачивать только 0,714 кВт. За период 80 дней будет
потрачено соответственно 2448 кВт * ч тепловой энергии, а геотермальные
системы снизят затраты на 1175 или 685 кВт * ч.
В
межсезонье в течение 180 дней среднесуточная температура составляет + 5
° С — ее нужно подогреть до + 20 ° С. Плановые расходы составляют 3305
кВт * ч, а геотермальные системы снизят затраты на 1322 или 1102 кВт *
ч.
В
летний период в течение 60 дней среднесуточная температура около + 20 °
С, но в течение 8 часов она находится в пределах + 26 ° С. Затраты для
охлаждения составят 206 кВт * ч, а геотермальная система снизит затраты
на 137 кВт * ч.
На
протяжении года работу такой геотермальной системы оценивают с помощью
коэффициента — SPF (фактор сезонной мощности), который определяется как
отношение количества полученной тепловой энергии к количеству
потребленной электрической с учетом сезонных изменений температуры
воздуха/грунта.
Для
получения от грунта 2634 кВт·ч тепловой мощности в год вентиляционной
установкой тратится 635 кВт·ч электроэнергии.
SPF = 2634/635 =
4,14.