Геотермальная вентиляция

Наша планета — идеальный источник энергии для высокоэффективного нагрева и охлаждения воздуха в любом помещении. Геотермальная технология использует свойство грунта сохранять тепловую энергию, накопленную в летний период, ровно так же, как аккумулятор заряжается от электросети, питая впоследствии ваш ноутбук или смартфон. Данная технология идеально подходит для решения вентиляции, кондиционирования и отопления в пассивных домах и домах с нулевым потреблением энергии.

Используя передовые технологии, система использует накопленную энергию, чтобы обеспечить комфорт для вашего дома в течение всего года. Тепловая энергия собирается и передается через геотермальный контур — подземную трубопроводную систему. Благодаря этой передовой технологии, вы не только сэкономите деньги, но и достигнете небывалого уровня безопасности, тишины и комфорта.

В рассматриваемом нами случае геотермальный контур предназначается для предварительного нагрева или охлаждения приточного воздуха. Поскольку вентиляция является высоко затратной системой в части потребления энергии, то геотермальный контур практически бесплатно и круглый год обеспечивает требуемый порядок теплообмена.

Геотермальный теплообменник делится на два типа: воздушный и гликолевый (водяной).

Воздушный теплообменник представляет собой решетку или длинный прямой воздуховод из ПВХ трубы, проложенный в земле ниже глубины промерзания грунта. Воздух, проходя по трубе, нагревается или охлаждается от соприкосновения со стенками трубы.

Приточно-вытяжная установка с геотермальным контуром в режиме нагрева работает по следующему алгоритму:

— автоматика геотермального контура контролирует температуру воздуха на улице ( t 10) и внутри геотермального контура ( t 11).

Если воздух в геотермальном контуре (t11) будет выше, чем на улице (t10), то автоматика откроет воздушный клапан геотермального контура (2), а воздушный клапан уличного воздуха закроется (1).

Если температура уличного воздуха (t10) будет выше геотермального (t11), то автоматика откроет воздушный клапан уличного воздуха (1), а воздушный клапан геотермального контура (2) закроется.

При переключении приточно-вытяжной установки в режим вентиляции (без нагрева и охлаждения) автоматика геотермального контура перестает контролировать температуры улицы и геотермального контура, и переводит воздушные заслонки в режим классической вентиляции.

При переключении автоматики приточно-вытяжной установки в режим кондиционирования автоматика начинает работать по следующему алгоритму. Если воздух в геотермальном контуре (t11) будет выше, чем на улице(t10), то автоматика откроет воздушный клапан уличного контура(1), а воздушный клапан геотермального воздуха закроется (2).

Если температура уличного воздуха (t10) будет выше геотермального (t11), то автоматика закроет воздушный клапан уличного воздуха (1), а воздушный клапан геотермального контура откроется (2).

Для более эффективного использования геотермального контура в режиме кондиционирования, приточно-вытяжную установку необходимо доработать линией байпаса, в противном случае часть холода будет рекуперироваться в вытяжной воздух. Алгоритм работы автоматики приточно-вытяжной установки в режиме кондиционирования следующий. При повышении температуры на датчике D5 (t5) выше уставки (на пульте управления) автоматика отключает приточный вентилятор внутри установки, включает внешний вентилятор (5) и открывает воздушный клапан (4). Обратный клапан (6) препятствует прохождению приточному воздуху через рекуператор. При работе приточно-вытяжной установки в режиме кондиционирования, автоматика геотермального контура самостоятельно определяет, через какой контур лучше забирать уличный воздух.

При достижении на датчике D5(t5) уставки (на пульте управления), автоматика включает приточный вентилятор внутри установки, выключает внешний вентилятор (5) и закрывает воздушный клапан(4). При работе приточно-вытяжной установки в режиме кондиционирования, автоматика геотермального контура самостоятельно определяет через какой контур лучше забирать уличный воздух.

Вентпортал

Опубликовано чт, 02/24/2011 — 11:47 пользователем editor

Компания ЗАО «Вентс» представила на рынок пока уникальную для рынка климатического оборудования Украины геотермальную систему ГЕО Вентс. Система основана на использовании тепла земли. Принцип системы прост — в земле прокладываются заборные воздуховоды, которые зимой «получают» тепло от земли, а летом «получают» от земли бесплатный холод. Дальше через систему вентиляции подготовленный воздух попадает непосредственно к потребителю, т.е. в помещения.

Так как температура грунта сильно не меняется на протяжении года, а температура на улице меняется, то рекуперация проихсодит за счет разницы температур. Летом температура наружного воздуха достаточно высока, когда он проходит через воздуховоды под землей он отдает часть своего тепла грунту и попадает в дом уже прохладным.

Верхний слой почвы всегда подвергается изменению температур под влиянием солнечной радиации (солнца), ветра, дождя и т.д. На глубине 3 м и более температура почти неизменна, так как на такой глубине влияния приведенных ниже факторов сводится к нулю. Температура грунта на глубине 1,5–3,2 м зимой составляет от +5 до +7°С, а летом от +10 до +12°С.. Эксперименты показали, что в зимний период грунтовой теплообменник может нагреть приточный воздух, поступающий в помещение, на температуру более 0°С, а в летний период – охладить до +18-20° С.

Вентс предлагает два варианта геотермальных систем

• ГЕО Вентс, где грунтовым теплообменником служит воздуховод из нержавеющей стали с выскими аэродинамическими и прочностными характеристиками.
• ГЕО Вентс ДУО, где груновой теплообменник представляет собой воздуховод «труба в трубе». В этом варианте во внутренней части такого «матрешечного» воздуховода перемещается вытяжной воздух, а в наружной трубе воздух, который забирается с улицы, т.е. приточный.

Рассмотрим каждый из них

Геотермальная система ГЕО ВЕНТС

Система состоит из:

• приточно-вытяжной установки ВУТ, которая имеет свой рекуператор. Установка догревает воздух до необходимой температуры и подает воздух в помещение, используя при этом тепло от удаляемого воздуха (в холодный период года).
• грунтового теплообменника
• воздуховоды
• воздухораспределительные устройства — решетки, анемостаты, диффузоры

Преимущества системы ГЕО ВЕНТС:

• Предварительный подогрев наружного воздуха в зимний период, охлаждение и осушение наружного воздуха в лет- ний период, что снижает эксплуатационные затраты;
• Вентиляционная установка с рекуператором ВУТ, обеспечивает передачу тепла от вытяжного воздуха приточному, в комплексе с применением в вентиляционных установках высокоэффективных энергосберегающих ЕС моторов произ- водства компании ЕВМ, позволяет значительно увеличить энергоэффективность системы;
• Высокая инерционность системы. При резких колебаниях температуры наружного воздуха температура на глубине свыше 1,5 м остается постоянной, как и температура приточного воздуха на входе в систему воздухообмена.

Пример размещения системы в зданиях с подвальным этажом

Размещение геотермальной вентиляционной системы в доме с подвальным этажом предполагает монтаж основных элементов системы: устройства сбора и отвода конденсата, обводного клапана, переходников и приточно-вытяжной установки с рекуперацией тепла в подвальном помещении.

Принципиальная система монтажа системы ГЕО ВЕНТС в зданиях с подвальным этажем

Воздуховод грунтового теплообменника заходит в здание через отверстие в стене ниже уровня грунта.
Приточно-вытяжная установка ВУТ расположена в подвале.

Пример размещения системы в зданиях без подвального этажа

При размещении элементов геотермальной вентиляционной системы в доме без подвального этажа необходимо обеспечить наличие инспекционного колодца, в котором размещается специальное устройство для сбора и отвода конденсата образующегося в трубе ГТО. Приточно-вытяжная установка и элементы системы располагаются в отведенном для нее месте в помещении.

Принципиальная система монтажа системы ГЕО ВЕНТС в зданиях без подвального этажа

Воздуховод грунтового теплообменника заходит в здание через отверстие в фундаментной плите.

Рекомендуется дополнить систему ревизионным колодцем на улице. Для отводи конденсата необходимо обеспечить уклон трубы на менее 2о. Приточно-вытяжную установку ВУТ можно расположить на чердаке здания.

Система ГЕО ВЕНТС ДУО

В состав системы ГЕО ВЕНТС ДУО входят:

• Грунтовый теплообменник «труба в трубе» для предварительного подогрева/охлаждения наружного воздуха. По внутренней трубе перемещается вытяжной воздух, удаляемый из помещения, по наружной трубе – приточный воздух с улицы;
• Приточно-вытяжная установка ВУТ с рекуператором, предназначенным для передачи теплоты от воздуха удаляемого из помещения к подогретому воздуху, поступающему из грунтового теплообменника;
• Воздуховоды, используемые для транспортировки воздуха в помещении;
• Решетки и диффузоры для распределения воздуха по помещению.

Преимущества системы ГЕО ВЕНТС ДУО:

• Предварительный подогрев приточного воздуха в зимний период, охлаждение и осушение приточного воздуха в летний период, что снижает эксплуатационные затраты;
• Вентиляционная установка с рекуператором ВУТ, обеспечивает передачу тепла от вытяжного воздуха приточному, в комплексе с применением в вентиляционных установках высокоэффективных энергосберегающих ЕС моторов производства компании ЕВМ, позволяет значительно увеличить энергоэффективность системы;
• Высокая инерционность системы. При резких колебаниях температуры наружного воздуха температура на глубине свыше 1,5 м остается постоянной, как и температура приточного воздуха на входе в систему воздухообмена.

Пример размещения системы в зданиях с подвальным этажом

Размещение геотермальной вентиляционной системы в доме с подвальным этажом предполагает монтаж основных элементов системы: устройства сбора и отвода конденсата, обводного клапана, переходников и приточно-вытяжной установки с рекуперацией тепла в подвальном помещении.

Пример размещения системы в зданиях без подвального этажа

При размещении элементов геотермальной вентиляционной системы в доме без подвального этажа необходимо обеспечить наличие инспекционного колодца, в котором размещается специальное устройство для сбора и отвода конденсата образующегося в трубе ГТО. Приточно-вытяжная установка и элементы системы располагаются в отведенном для нее месте в помещении.

Расчет эффективности вентиляции с применением ГТО и рекуперации тепла

Для получения комфортного свежего воздуха, его необходимо нагревать в зимний период и в межсезонье, а в летний период охлаждать. Ниже приведен пример расчета затрат тепловой энергии на подогрев приточного воздуха без применения систем утилизации тепла, а также при применении геотермальных систем для умеренного Европейского климата. Расход воздуха принят 300 м 3 /час.

Итого суммарно за весь год на нагрев или охлаждение свежего воздуха необходимо будет затратить:

ЗИМА

В зимний период среднесуточная температура на протяжении 80 дней составляет -5°С. Для доведения ее до комфортной, необходимо нагревать до +20°С. Таким образом:

• При отсутствии системы утилизации тепла на нагрев 300 м³/час на Δt=25°С необходимо затратить:
  Р(Wt) = L(m³/h) x 0.34 x ?t(ºС) = 300 м³/час х 0,34 х 25/1000 = 2,550 кВт.
• При использовании геотермальной системы происходит подогрев наружного воздуха до +5°С, при этом воздуху передается:
  Р(Wt) = L(m³/h) x 0.34 x ?t(ºС) = 300 м³/час х 0,34 х 10/1000 = 1,02 кВт.
• При последующем использовании приточно-вытяжной установки с рекуперацией тепла ВУТ, воздух подогревается до +12°С:
  Р(Wt) = L(m³/h) x 0.34 x ?t(ºС) = 300 м³/час х 0,34 х 7/1000 = 0,714 кВт.

Если принять 50% времени работы системы вентиляции с полной производительностью, с учетом того, что приточно-вытяжной агрегат работает на разных производительностях в разный период времени, то за период 80 дней:

• При отсутствии системы утилизации тепла будет затрачено:
  80 дн x 24ч x 0.5 x 2,55кВт = 2 448 кВт*ч.
• При использовании геотермальной системы (эффективность системы возрастает с уменьшением расхода воздуха) необходимая тепловая мощность уменьшится на:
  80 дн x 24ч x 0.6 x 1,02кВт = 1175 кВт*ч.
• При последующем использовании приточно-вытяжной установки с рекуперацией тепла ВУТ необходимая тепловая мощность уменьшится на:
  80 дн x 24ч x 0.5 x 0,714кВт = 685 кВт*ч.

ВЕСНА/ОСЕНЬ

В межсезонье на протяжении 180 дней среднесуточная температура составляет +5°С. Для доведения ее до комфортной, необходимо нагревать до +20°С. Таким образом:

• При отсутствии системы утилизации тепла на нагрев 300 м3/час на Δt=15°С необходимо затратить:
  Р(Wt) = L(m³/h) x 0.34 x ?t(ºС) = 300 м³/час х 0,34 х 15/1000 = 1,53 кВт.
• При использовании геотермальной системы происходит подогрев наружного воздуха до +10°С, при этом воздуху передается:
  Р(Wt) = L(m³/h) x 0.34 x ?t(ºС) = 300 м³/час х 0,34 х 5/1000 = 0,51 кВт.
• При последующем использовании приточно-вытяжной установки с рекуперацией тепла ВУТ, воздух подогревается до +15°С:
  Р(Wt) = L(m³/h) x 0.34 x ?t(ºС) = 300 м³/час х 0,34 х 5/1000 = 0,51 кВт.

Если принять 50% времени работы системы вентиляции с полной производительностью, с учетом того, что приточно-вытяжной агрегат работает на разных производительностях в разный период времени, то за период 180 дней:

• При отсутствии системы утилизации тепла будет затрачено:
  180 дн x 24ч x 0.5 x 1,53кВт = 3305 кВт*ч.
• При использовании геотермальной системы (эффективность системы возрастает с уменьшением расхода воздуха) необходимая тепловая мощность уменьшится на:
  180 дн x 24ч x 0.6 x 0,51кВт = 1322 кВт*ч.
• При последующем использовании приточно-вытяжной установки с рекуперацией тепла ВУТ необходимая тепловая мощность уменьшится на:
  180 дн x 24ч x 0.5 x 0,51кВт = 1102 кВт*ч.

ЛЕТО

В летний период на протяжении 60 дней среднесуточная температура около +20°С, но в это время днем эта температура на протяжении примерно 8 часов составляет +26°С. Для охлаждения воздуха до температуры +20°С используются кондиционеры. Их холодильная мощность должна обеспечить охлаждение на Δt=6°С.

• При отсутствии системы утилизации тепла на охлаждение 300 м³/час на Δt=6°С необходимо затратить:
  Р(Wt) = L(m³/h) x 0.34 x ?t(ºС) = 300 м³/час х 0,34 х 6/1000 = 0,612 кВт;
• При использовании геотермальной системы воздух предварительно охладится до +22°С, при этом воздуху передается в режиме сухого охлаждения:
  Р(Wt) = L(m³/h) x 0.34 x ?t(ºС) = 300 м³/час х 0,34 х 4/1000 = 0,408 кВт.

Если принять 70% времени работы холодильной установки на полную мощность в течение 8 часов в сутки, то получим:

• При отсутствии системы утилизации тепла будет затрачено:
  60 дн x 8ч x 0.7 x 0,612кВт = 206 кВт*ч.
• При использовании геотермальной системы (эффективность системы возрастает с уменьшением расхода воздуха) необходимая холодильная мощность уменьшится на:
  60 дн x 8ч x 0.7 x 0,408кВт = 137 кВт*ч.

Суммарные затраты за весь год на нагрев или охлаждение свежего воздуха:	Затраты тепловой энергии за год, кВт*ч	Экономия тепловой энергии за год, кВт*ч
При отсутствии системы утилизации тепла	5959	—
При использовании геотермальной системы	3325	2634
При использовании геотермальной системы и установки с рекуперацией тепла ВУТ	1538	4421

Применение геотермального теплообменника системы позволяет повысить тепловую эффективность приточно-вытяжной установки системы Гео Вентс Дуо на ?=2634/(4421-2634)*100% = 147%

Система ГЕО ВЕНТС ДУО использует низкопотенциальное тепло земли, то есть является тепловым насосом и для характеристики эффективности системы применяется коэффициент SPF – Фактор сезонной мощности (EN14511), 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.