Жидкостный теплообменник в энергоэффективном доме

Жидкостный теплообменник в энергоэффективном доме

25 окт. 2018, 21:00
14222 просмора
Лариса Хомайко
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

Комментарии (29)
это тот случай когда оборудование и монтаж стоит больше, чем дом. 1. не раскрыт вопрос о плановой замене пропиленгликоль. 2. 18 градусов кому-то может показаться низкой температурой в доме, какой толк быть в загородном доме и кутаться в одежды.
-5
это тот редкий случай когда: 1. человек не разделяет понятие система отопления и рекуперация (считая температуру 18 градусов низкой для рекуперации :)), 2. человек показывает свое невежество заявляя о стоимости "больше цены дома" :).
2
Это тот редкий случай, когда человек невнимательно читает статью, а в ней написано, что "после рекуператора темп. 18 градусов", купите очки. 2. Все меряется экономической целесообразностью мероприятий, и каждый будет примерять это на себя.
1
Видимо, имеется ввиду, что после рекуператора ещё догревают.
0
Если написать о стоимости "сопоставимой с ценой дома", это сильно поменяет соотношение?
0
Итак температурная дельта грунтового контура составляет 1,5 град. цельсия. Возникает вопрос, каким образом Вы снимаете эти 1,5 градуса с ТРУБЫ ПНД для подачи в уже разогретого до +3 град. цельс. воздуха в РЕКУПЕРАТОР... Ведь у вас там нет компрессора и/или собственно, сомого теплового насоса...
1
Потом интересует мощность, марка Рекуператора... каким насосом гликоль в земляном горизонтальном контуре гоняете?
2
Ну в Европах - ладно, там средний плюс по зиме. А у нас, если -26, то сколько проработает такая система, получая на выходе +6,5, охлаждая т.о. "геотермальное поле" на 32,5 град? Непонятно, кстати, как на входе при этом +5, но ладно.
1
Я тут чуть разобрался с этой темой. Сначала думал , что на фото - это радиатор входящего воздуха от КЛАССИЧЕСКОГО ЖИДКОСТНОГО РЕКУПЕРАТОРА. Потом понял, что это просто теплообменник для земляного геоконтура, снимающий, как говорит хозяин дельту в 1,5 гр. цельсия с этилингликоля, гоняемого по трубам контура при помощи насоса... Таким образом на фото- это как бы ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЙ теплообменник для РЕКУПЕРАТОРА, который по сути, является ОТДЕЛЬНЫМ (стандартным ) устройством , возвращающим тепло отработанного воздуха в дом. Только в этой схеме эффективность РЕКУПЕРАТОРА еще больше РАСТЕТ, так как в морозы в него подается ПОДГОТОВЛЕННЫЙ -теплый (вместо стандартно морозоного зимой), воздух от предварительного теплообменника геоконтура наполненного этилен-гликоевой смесью, который в данном примере повышает теппературу вход. воздуха с -26 до +3 цельсия. Признаюсь был удивлен НЕБОЛЬШИМ размером этого ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО теплообменника... А вот про сам РЕКУПЕРАТОР в статье НИЧЕГО не говорится.. Какой ОН? Жидкостной, РОТОРНЫЙ или пластинчатый..
1
Rtgold37 Я тут чуть разобрался с этой темой. Сначала думал , что на фото - это радиатор входящего воздуха от КЛАССИЧЕСКОГО ЖИДКОСТНОГО РЕКУПЕРАТОРА. Потом понял, что это просто теплообменник для земляного геоконтура, снимающий, как говорит хозяин дельту в 1,5 гр. цельсия с этилингликоля, гоняемого по трубам контура при помощи насоса... Таким образом на фото- это как бы ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЙ теплообменник для РЕКУПЕРАТОРА, который по сути, является ОТДЕЛЬНЫМ (стандартным ) устройством , возвращающим тепло отработанного воздуха в дом. Только в этой схеме эффективность РЕКУПЕРАТОРА еще больше РАСТЕТ, так как в морозы в него подается ПОДГОТОВЛЕННЫЙ -теплый (вместо стандартно морозоного зимой), воздух от предварительного теплообменника геоконтура наполненного этилен-гликоевой смесью, который в данном примере повышает теппературу вход. воздуха с -26 до +3 цельсия. Признаюсь был удивлен НЕБОЛЬШИМ размером этого ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО теплообменника... А вот про сам РЕКУПЕРАТОР в статье НИЧЕГО не говорится.. Какой ОН? Жидкостной, РОТОРНЫЙ или пластинчатый..
0
Вы видимо вообще не понимаете, что такое рекуперация (да для системы отопления температуры в 18 С в доме мало! Но это не система отопления, а возврат тепла уходящего с вентиляцией из дома. И 18 С это много т.к. почти 100 % КПД :))?!?
-1
Это вы на фразу человека под ником STRAW (СОЛОМA) ответили? тогда да он еще видимо не разобрался... Ибо ПОСЛЕ рекуператора уже НИКАК не догреешь. Хотя если в доме есть водяное радиаторное отопление, то его эффективность вырастет процентов на 50 минимум...
0
Догреть можно (1) сам воздух, если отопление воздушное, или (2) само помещение, теряющее при вентиляции часть тепла. Рекуператор, как раз, часть этой теряемой части и возвращает. Расшифровывать не стал, т.к. для тупых я не пишу, а для остальных очевидно.
-3
А что ж ты себя умным считаешь, а такую ку*ню молотишь тут про охлажденный геоконтур до -32 град. цельсия?
-2
А на сколько в твоей физике охлаждается физическое тело температурой +6,5град при соприкосновении с др. физическим телом температурой -26град? Ты лучше меня не читай, не надо, я для таких не пишу, а молоти куню жене - иногда лучше, чем говорить.
-2
НЕ понятно одно, какова цена вопроса, какова экономия в зимний месяц и срок окупаемости.
1
Ну вот и считайте, рекуператор на 200 кубов /час стоит от 35 до 60 тыс. руб. Плюс геоконтур, придется делать, а это порядка 160 ВЫНУТЫХ кубов грунта, по 700 руб. куб откопка и 200 закопка =144 тысячи.. Плс труба ПНД, 150 метров по 60 руб метр=9 т.р. Плюс насос (хороший) 9 тысяч+ краны, коллектора, крепеж, подставки, отдека... Плюс покупка воздуховодов, их монтаж+ электрика... В общем, думаю в 300 тысяч должны уложиться.. Учитывая, что мощность (добавочное теплосьем) от этого дела будет порядка 4 квт, то это компенсирует 50% от отопления дома в 80 кв. м. Вот и думайте, да и то, если живете на ЮГЕ России, ибо про охлаждение до +3 цельсия потока воздуха в -26 цельсия, имея ГРЕЮЩИЙ теплообменник с температурой в +6,5 град. цельсия - это, скажем мягко , верится с трудом, а считаться на цифрах - вобще НЕ каким образом не считается)))
-1
РК там Цендер, воздуховоды тоже, РК 140000, воздуховоды 100000, ГК у меня вышло 51187
0
Учитывая, что я, например, отапливаю магистральным газом дом в 84 кв. метра , сжигаю 400 кубов газа в месяц, то при цене 1 куб/метра грубо в 6 руб/куб, получается в месяц 2400 руб. , за 6 месяцев отоп. сезона 2,4 тыс*6 мес = 14,4 тысяч. руб. Итого окупаемость будет: 300/14,4=20,8 лет... А если вспомнить, что эта система ТЕОРЕТИЧЕСКИ даст мне только 50 процентов экономии сжигаемого газа, то ее окупаемость приблизится к 40 годам... Вот и делайте выводы...
0
Rtgold37, вы лучше напишите, сколько было потрачено средств на подключение этого газа к Вашему дому. И не забывайте, что в некоторых случаях эта сумма такова, что сроки окупаемости считаются не годами и десятилетиями, а поколениями... К моему большому сожалению...
-1
Газ был подключен еще во времена СССР, когда ''ужастный тоталитарный режим душил'' граждан, предрставля им возможность за умеренную плату газифицироваться. Зато сейчас во времена расцвета олигархического капитализма цены на газификацию воистину скоро будут посильны только олигархам и депутатам. По поводу этого прожекта - ЗАДАЛ Я САМ себе задачку. Перелопатил несколько форумов , где о рекуператорах, их КПД и взаимосвязи отопления и рекуперации рассуждают. Так вот , описанный проект - это провокация, ибо даже при подаче воздуха с температурой +3 гр. Цельсия пластинчатый рекуператор выдаст на 4 или 5 гр. меньше , чем было в комнате.. Поэтому этот проект утопия... Вот ссылка, на сайт, где ДАНА формула расчета тепмературы рекуперации. Более того, за счет падения давления на теплообменнике (который на фото на подставке стоит) упадет давление во внешнем всасывающем потоке рекуператора относительно потока, выбрасываемого из помещения, так как на пути последнего не будет препятствия. В связи с этим давление воздуха в помещении снизится, а наружный ХОЛОДНЫЙ воздух с улицы более активно будет ИНФИЛЬТРИРОВАТЬСЯ через стены и окна и двери , естессно в область с более низким давлением, т.е. в комнаты... Делайте выводы... Тем более, что КТО_ТО удаляет посты с реальными размышлениями и расчетами, что было сделано с моим вчерашним постом. В общей статья- утопия или провокация, с тем замахом, что если уж сделал ЗЕМЛЯНОЙ ГЕОКОНТУР, то вынужден будешь и ПОЛНОЦЕННЫЙ ТЕПЛОВОЙ НАСОС ПОСТАВИТЬ, а эти все выдумки про ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ подогрев воздуха для повышения КПД рекуператора никак, абсолютно никах не вписываются в теорию теплообмена.
0
https://www.kk-k.ru/catalog/ventilation/chto-takoe-rekuperator/939-chto-takoe-rekuperator/
0
А не проще (дешевле) отнимать тепло от воздуха в вентиляции и подогревать им входящий?
0
Все зависит от коэффицента трансормации самого ТЕПЛООБМЕННИКА, это раз, скорости набегающего потока воздуха , это два, а так же скорости циркуляции воды и/или этилен-гликоевого раствора в самом теплообменнике- это три. Для справки даю тебе ссылку на такой теплообменник : https://www.climatik.su/ventiljacija/teploobmenniki/teploobmennik-titan-whr-300x150-2-dlya-pryamougolnykh-kanalov-vodyanoi.html . Так вот, исходя из моих ПРИБЛИЗИТЕЛЬНЫХ расчетов, основанных на тех. параметрах этого теплообменника, он отдает порядка 22% тепла за цикл прохождения воды по его рабочему телу, при этом нагревает воздух с -10 г. Ц, до +46 г. Ц, при этом вода (греющая сторона теплообменника) снижает свою температуру с 90 г. Ц до 70 г.Ц. , или на 22 % от своей входящей температуры. Так же можно легко посчитать, что 1 град. снижения воды дает рост температуры НАГРЕВАЕМОГО воздуха в пределах от 2,8 до 3,5 г.Ц. Так вот, исходя из изложенной в статье ситуации, этот теплообменник конешно не нагреет уличный воздух с -29 г.Ц до +3,00 г. Ц., имея на входе всего +6,5 г.Ц. и отдав от этой температуры 22% , т.е . 1,5 г.Ц за цикл прохождения... Но, если уличный воздух будет иметь температуру -4 или даже -6 г. Ц, то этот теплообменник ДЕСТВИТЕЛЬНО долже будет его прогреть до +2 или около +3 Г.ц, для последующей подачи этого прогретого уличного воздуха в рекуператор. Таким образом , такая схема вполне работоспосбна в ЮЖНЫХ районах России (Ставропольский, Краснодарский края) , где средне-дневные и средне-ночные температуры в 90 процентах дней отопительного сезона не превышают -5 и/или -6 град. Цельсия. При этом прошу отметить, что прохождение цикла/циклов теплообмена все же не охлаждают земляной геоконтур до -32 г.Ц., как вы предролагаете.
0
В дополнение скажу, что это может быть достижимо путем СНИЖЕНИЯ скорости (обьема) прокачиваемого воздуха и/или снижения скорости циркуляции гликоля в теплообменнике. Приблизительно в 2 раза (на 100 процентов) или снижение на 50 процентов обоих параметров одновременно., что вполне достижимо с технической точки зрения.
0
Кто то тратит деньги на дорогие авто, кто то на брюлики, а вот СтассНН потратился на интересную систему, которая ему позволит меньше денег отдавать нашему государству. Я его поддерживаю в этих начинаниях на 100%. Идея интересная, и стоит дешевле теплового насоса по любому. Однозначно лайк!
0
А стоимость подключения газа вы не учли....
0
А причём тут вообще газ? Сказано же ято автор темы отапливается электроконвекторами общей мощностью 3,5квт. Вот и считайте окупаемость
1
на строительной выставке в Гавани было два стенда контор по тепловым насосам. делают кластерное геотермальное поле, скважины по 50 метров, не буровой, а небольшой установкой для "проколов", и трубу применяют коаксиальную. внутри проходит труба из дома а внешняя собирает тепло.
0
ИНТЕРЕСНЫЕ МАТЕРИАЛЫ