Энергия ветра и воды, солнечные батареи и геотермальная энергия из недр земли постоянно привлекают внимание людей. И этот интерес все растет, отчасти благодаря росту цен на энергоносители. Геотермальная вентиляция применяется и для жилых, и для общественных зданий, оптимизируется и развивается с технической и практической стороны.
Наша Земля – огромный живой организм. Одно из свойств Земли – она гигантский теплоаккумулятор. Верхние слои почвы находятся под влиянием погоды и солнечной радиации, их температура, влажность, плотность и прочие свойства крайне изменчивы. Но под почвой, в глубине от поверхности всего несколько метров – от двух до трех – ситуация другая. Температура там постоянна и находится в пределах примерно + 8⁰С зимой и + 12⁰С летом, эта температура сравнима со среднегодовой атмосферной температурой.
Константа подземных температур послужила отправной точкой идее – устроить возле дома теплообменную систему на глубине 2-3 метра (ниже глубины промерзания), и, пропуская через этот теплообменник, охлаждать приточный воздух летом, а зимой – наоборот, подогревать его. Получается тепловой насос, но не классический концентратор тепла, поскольку ни фреона, ни другого подобного теплоносителя в нем нет. Теплоносителем работает сам воздух, который идет по трубам. Природное тепло грунта, имеющего практически стабильную температуру ниже уровня промерзания - совершенно бесплатный вечный ресурс. И все материальные затраты на устройство геотермальной вентиляции имеют целью этот бесплатный ресурс использовать, для обеспечения человеку комфорта при неплохой экономии крайне небесплатных энергоресурсов.
Летом наружный воздух, перед тем, как попадет в воздуховоды системы вентиляции, пройдет по трубам грунтового теплообменника, и при циркуляции будет охлаждаться. Насколько охладится теплый воздух - это будет зависеть от длины и сечения труб подземного теплообменника, от разницы температур «жаркого» летнего воздуха и почвы на глубине, и от связанной с этими факторами и мощностью канальных вентиляторов скорости воздушной циркуляции. Возможно, приточно-вытяжной системе при этом больше не нужны будут ни охладители, ни компрессорные установки. Экономия, таким образом, сложится из упрощения конструкции вентиляционной системы и из экономии по ее эксплуатации.
Зимняя вентиляция будет работать по-другому. На улице воздух минус 30⁰С, и это не предел, а нагреть его нужно до + 18⁰С. Причем по нормам воздухообмена необходимо, чтобы воздух в доме полностью заменялся на свежий три раза за один час. Тепло Земли в этом случае существенно сокращает затраты на воздушные обогреватели и электроэнергию для них. Калориферы, конечно, все равно потребуются, ведь воздух из грунтового теплообменника будет поступать не теплее, чем + 6⁰С - + 8⁰С. Но разница температур догрева для канальных вентиляторов в 12⁰С и разница в 45⁰С показывает – экономия реальна.
В межсезонье вентиляция по геотермальному принципу сглаживает среднесуточные температурные пики и помогает создать в доме комфортные условия в любую погоду. Весной и осенью имеются временные периоды, когда ни греть, ни охлаждать свежий уличный воздух не надо. Этот факт привел к следующему усложнению систем теплообмена – созданию второго параллельного контура воздуховодов для циркуляции приточного воздуха без захода в подземный теплообменник. Экономия, имеющаяся в результате этого решения – значительное снижение нагрузки на калориферы и канальные вентиляторы в осенний, весенний и «стабильные» климатические периоды.
Как вариант – иногда предусматривают способы, позволяющие отключить геотермальный теплообменник, чтобы чистый воздух с улицы напрямую шел в дом, естественным путем через оконные клапаны, открытые форточки или инфильтрационные клапаны, вмонтированные в наружные стены (КИВы).
На практике охладить уличный воздух летом удается в пределах 10⁰С - 12⁰С, то есть, если на улице + 30⁰С, в помещения будет приток воздуха с температурой +20⁰С. Зимой реально подогреть воздух от - 20⁰С до 0⁰С, а до комфортной температуры будет греть калорифер с терморегулятором, как обычно. Таковы параметры грунтового теплообмена, которые дает людям климат средней полосы России.
Сопутствующих проблем при проектировании и устройстве геотермальной вентиляции возникало достаточно, и не все они решены и по сей день. Самые простые из первых вопросов – а как чистить воздуховоды грунтового теплообменника, каким способом отводить конденсат? Ведь патогенные микроорганизмы только и ждут тепла, влаги и покоя, чтобы начать бурно размножаться. Нужен уклон подземных трубопроводов для стока конденсата, необходимы смотровые колодцы, вероятно сезонная очистка фильтров. Кроме того, вентиляторы на систему явно потребуются намного мощнее, чем были по схеме улица – дом… и еще множество вопросов. Технические задачки решались и решаются, и отзывы о работе тепловых насосов - бесканальных и трубных теплообменников - активно обсуждаются на форумах.
Следующая идея оптимизации теплообмена путем рекуперации ждать себя не заставила. Рекуперация – дополнительная система вентиляции - тоже работает по принципу теплообмена, нагревая морозный приточный воздух от нагретого утилизируемого. В конструкциях рекуператоров основные элементы – вентиляторы, оборудованные фильтрами, воздуховоды и нагревающие устройства. Расположена вся конструкция в доме.
Двухконтурные теплообменники не только охлаждают чистый наружный воздух, но и утилизируют воздух от вытяжки, при этом и происходит выгодный теплообмен – рекуперация. Результатом работы «воздушно-грунтовой» системы в данном случае будет не только экономия электроэнергии и ресурса рекуперационной установки, но и решение проблемы сохранения конструкции рекуператора, поскольку конденсат в трубопроводах не будет замерзать. Эта проблема имеет место, когда в рекуператор идет морозный воздух, и решается дополнительными техническими ухищрениями.
Как правило, грунтовый теплообменник монтируют в комплексе с рекуператором. Один из методов - «труба в трубе», при этом по внешней трубе поступает воздух с улицы, а по внутренней происходит вытяжка использованного воздуха. В этом случае материал воздуховодов, как правило, «пищевая» нержавеющая сталь спирально-навивной прокатки. Применение оцинкованных крепежей и фасонных частей в подземных воздуховодах было проблемно в части применения классической для воздуховодов точечной сварки - происходит выгорание цинка и последующая коррозия мест сварки. Одним из решений стало соединять листовую сталь в замок с применением заклепочных соединений.
Таким образом, дорогие престижные бренды всего мира с их профессиональными геотермальными системами имеют конкурентов – увлеченных и грамотных инженеров и частных строителей. Существуют отечественные проекты подземных теплообменников с расположением практически вертикально – для домов, построенных на крутых склонах. Вентиляция с геотермальным притоком по упрощенному типу – одна из схем, реализуемых с затратами, сопоставимыми «с жизнью».
Принимать решение об установке геотермальной системы следует вовремя – при проектировании дома и всех его систем. Переделать уже имеющуюся вентиляционную систему сложно и затратно, кроме того, нарушать благоустройство новым этапом земляных работ нецелесообразно. Грунтовые теплообменники монтируют одновременно с закладкой фундамента, разводку вентканалов делают параллельно с устройством коробки дома, а подключают систему после завершения отделочных работ.
Геотермальный теплообмен, как вид принудительной вентиляции, сегодня с успехом (достигаемым зачастую путем проб и ошибок), применяет все большее число индивидуальных строителей.
