Жидкостный теплообменник в энергоэффективном доме

Как труба, закопанная в землю, экономит расходы на отопление

Грунтовые теплообменники позволяют заметно снизить расходы на обогрев или охлаждение воздуха, поступающего в помещение, поэтому их все чаще применяют в частных домах, особенно энергоэффективных. Мы подробно рассказывали о принципах работы этого устройства.

В воздушных теплообменниках теплоносителем является воздух, и это считается потенциально опасным для тех, кто живет в доме. Воздух в трубах все время сохраняет положительную температуру – это для размножения болезнетворных бактерий. К тому же такая конструкция может поставлять в помещение вредные для человека газы из толщи грунта.

Безопасный вариант грунтового теплообменника – жидкостный геоконтур, который применяется при устройстве теплового насоса для отопления дома.

Геоконтуры могут быть нескольких видов:

Горизонтальный геоконтур;

Вертикальный теплообменник (зонд);

Теплообменники  «корзина» и «спираль»;

Кластерное геотермальное поле.

Геотермальные коллекторы стали популярными  в последнее время еще и потому, что на рынке появляется все больше приспособлений, которые позволяют просто и удобно подключить их к тепловому наосу.

В частных домах устраивают горизонтальные теплообменники – это наиболее бюджетные конструкции. В этой системе под участком ниже глубины промерзания прокладывается геоколлектор – цельный кусок трубы ПНД диаметром 32-50 мм. По контуру циркулирует жидкий теплоноситель, а теплообмен с входящим в помещение воздухом происходит в теплообменнике «жидкость-воздух»,  который ставится в воздушный канал приточной вентиляции.

Погонная мощность горизонтального теплообменника вычисляется по формуле:

P (Вт)=(t1-t2)/Rгр,

где 6 t1 - «опорная температура» грунта, t2 – температура теплоносителя,

Rгр – тепловое сопротивление грунта.

Тепловое сопротивление грунта Rгр по отношению к трубе определенного диаметра вычисляется по формуле:

Rгр=ln (4h/d)/2πλгр,

где h– глубина залегания трубы, d– диаметр трубы,  λгр – теплопроводность грунта.

Участник нашего портала с ником musienkoalex сделал необходимые расчеты и пришел к выводу, что из-за максимальной дельты температур на входе погонная мощность воздушного теплообменника(ГТ)  в два раза выше жидкостного (ГК).

В практическом плане это означает, что для устройства жидкостного теплообменника потребуется вырыть траншею шириной 1,2 метра и той же длины, которая понадобилась бы для устройства воздушного, и заложить петлю вдоль стенок.

Раскладка труб кольцами, применение энергетических корзин и другие методы позволяют повысить мощность теплосъема геоколлектора. Наши авторитетные пользователи не видят в этом особого смысла, они видят в этом  маркетинговые фокусы: чтобы поднять  мощность на 25%, длину трубы приходится увеличивать в три раза.

Musienkoalex

Средняя мощность с погонного метра для жидкостного теплообменника - 20-30Вт.

В отличие от грунтового воздушного теплообменника, мощность которого  зависит только от воздухообмена и температуры воздуха на входе, мощность жидкостного регулируется производительностью циркуляционного насоса. Ее можно увеличить, уменьшив температуру теплоносителя на выходе.

Пример жидкостного теплообменника

Жидкостный теплообменник сделал участник нашего портала с ником СТАСНН для своего энергоэффективного дома. За год его каркасный дом потребляет менее 33 кВт*часов на кв. м. в год.

Система отопления сделана на основе электрических низкотемпературных  конвекторов общей мощностью 3.5 кВт на весь дом. В доме установлена система приточно-вытяжной вентиляции с рекуператором и жидкостным грунтовым теплообменником подогрева уличного воздуха перед рекуператором.

На горячее водоснабжение установлены вакуумные солнечные коллекторы.

СТАСНН

Я не представляю, сколько люди платят за отопление электричеством в доме с обычным утеплением и с более высокими тарифами. Ужас.

Согласно наблюдениям домовладельца, грунтовый теплообменник в разы увеличивает эффективность рекуперации воздуха и плюс поставляет в дом дополнительное тепло. В этом теплообменнике в качестве теплоносителя используется пропиленгликоль.

Как устроен геоколлектор

Для геоколлектра на участке вырыли траншею размерами:

  • длина -50 метров,
  • ширина – 1, 2 метра,
  • глубина-4 метра.

Для эффективного теплообмена было сделано два контура по 80 метров.

А вот как выполнен ввод геоколлектра в дом под лентой фундамента.

Для ввода геоколлектора сделан специальный короб, трубы проходят через металлические гильзы.

Для проходки труб устройства через пароизоляцию использовались мембраны.

Зимой, когда в доме никто не жил и систему отопления отключали, все помещения обогревались только геоколлектором с рекуператором. За неделю температура в доме снизилась, но очень медленно и всего на 4 градуса – это очень хороший результат.

СТАСНН

Я все переживал за ГК, вдруг заморозим, но, как оказалось, работает отлично! Рекуператор стабильно дает в дом 18-19 гр., в зависимости от уличной температуры.

Наш пользователь ежедневно собирал показания через систему ежедневного мониторинга. Согласно им, ГК отлично работает, когда температура воздух на улице составляет -26 градусов, температура ГК в земле согласно датчикам +5 на входе и +6,5 на выходе.
 После грунтового ТО в рекуператор заходит воздух температурой +3 градуса, в помещение после рекуператор + 18 гр.

СТАСНН

Вывод: мощности петли ГК 200 метров вполне достаточно.

На FORUMHOUSE в одной теме собраны работающие рекомендации по устройству горизонтального контура теплового насоса.  Узнайте, как сделать геотермальный теплосборный коллектор –«многоэтажку». Почитайте нашу статью о том, как отапливать дом тепловым наососм.  Посмотрите фоторепортаж о полностью самостоятельном обустройстве теплового насоса в частном доме. Посмотрите видео, в котором рассматриваются разные варианты отопления большого дома без газа