Геотермальные вентиляционные системы

Системы «Гео Вентс» и «Гео Вентс Дуо», созданы для обеспечения комфортных условий в помещении при минимальном энергопотреблении с использованием тепла грунта поверхностных слоев Земли.

Грунт поверхностных слоев Земли – природный тепловой аккумулятор. Главный источник тепловой энергии, поступающей в верхние слои Земли – солнечная радиация. Поверхностные слои почвы также подвержены влиянию сезонных колебаний температур наружного воздуха. Эти составляющие, а также свойства самого грунта влияют на температуру почвы. На глубине около 3м и более (ниже уровня промерзания) температура почвы в течение года практически не изменяется и приблизительно равна среднегодовой температуре наружного воздуха. Температура грунта на глубине 1,5–3,2 м зимой составляет от +5 до +7°С, а летом от +10 до +12°С. Данные по температурным режимам грунтов в различных регионах можно найти в специализированной литературе. 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.

Грунтовой теплообменник можно использовать для охлаждения воздуха летом и нагрева зимой. Извлечь и эффективно использовать геотермальную энергию земли можно с помощью систем «Гео Вентс» и «Гео Вентс Дуо» .

Самый простой способ использования тепла земли – Грунтовой теплообменник (ГТО ) системы «Гео Вентс» 

Под землей, ниже точки промерзания грунта, укладывается система воздуховодов, которые выполняют функцию теплообменника между землей и воздухом, проходящим по этим воздуховодам. Т.к. температура грунта на глубине 1,5- 3,2 м зимой составляет от +5 до +7 °С, а летом от +10 до +12 °С, то воздух, который проходит по воздуховоду, нагревается в зимний период или охлаждается в летний период почвой через стенку воздуховода.

При рациональном размещении воздуховодов можно отобрать из грунта значительное количество тепловой энергии при сравнительно небольших затратах электроэнергии.

Более совершенная система – Грунтовой теплообменник системы  «Гео Вентс Дуо»

Система представляет собой теплообменник «труба в трубе». По внутренней трубе перемещается вытяжной воздух, удаляемый из помещения, по наружной трубе - приточный воздух с улицы. Спирально-навивные воздуховоды из нержавеющей стали обладают высокой теплопроводностью и позволяют осуществить первую высокоэффективную стадию рекуперации.

При этом воздух, подаваемый в помещение, нагревается/охлаждается (при необходимости) за счет геотермальной энергии почвы и теплообмена с вытяжным воздухом через стенку внутренней трубы. Такая конструкция ГТО позволяет сократить длину воздуховодов, размещенных в земле, улучшить тепловые характеристики ГТО.

Диаметр и длина воздуховода определяются в зависимости от расхода воздуха и уровня капитальных и эксплуатационных затрат.

Эксплуатационные затраты таких систем равны затратам на работу приточно-вытяжных вентиляторов и затратам по периодической замене фильтров.

Геотермальная вентиляция – лучшее решение для получения бесплатной энергии

Применение ГТО систем«Гео Вентс» или «Гео Вентс Дуо» позволяет:

Комфорт в летний период

В теплое время года грунтовой теплообменник обеспечивает охлаждение приточного воздуха. Наружный воздух поступает через воздухозаборное устройство в грунтовой теплообменник, где охлаждается за счет грунта. Затем охлажденный воздух подается по воздуховодам в приточно-вытяжную установку ВУТ, 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

В межсезонье, когда разница между температурой наружного и внутреннего воздуха невелика, подачу свежего воздуха можно осуществлять через приточную решетку, расположенную на стене дома в надземной его части. В тот период, когда разница существенна, подачу свежего воздуха можно осуществлять через ГТО, обеспечивая подогрев/охлаждение приточного воздуха.

Экономия в зимний период

В холодное время года наружный воздух поступает через воздухозаборное устройство в ГТО, где прогревается и затем поступает в приточно-вытяжную установку ВУТ для дальнейшего нагрева в рекуператоре. Предварительный нагрев воздуха в ГТО снижает вероятность обледенения рекуператора приточно-вытяжной установки, увеличивая эффективное время использования рекуперации и минимизирует затраты на дополнительный нагрев воздуха в водяном/электрическом нагревателе.

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 м³/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.

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 ℇ=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· электроэнергии. SPF = 2634/635 = 4,14.

 

В состав системы «Гео Вентс»  входят:

· грунтовой теплообменник для предварительного подогрева/охлаждения наружного воздуха;

· 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»:

· предварительный подогрев наружного воздуха в зимний период, охлаждение и осушение наружного 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.

Принципиальная система монтажа системы «Гео Вентс» в зданиях с подвальным этажом

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.