Грунтовый теплообменник для вентиляции в частном доме

При устройстве вентиляции в частном доме все более популярным становится осуществлять воздухозабор свежего воздуха через грунтовый теплообменник.

Воздух в систему приточной вентиляции поступает с улицы через грунтовый теплообменник — трубу проложенную по участку в земле ниже глубины промерзания грунта.

На глубине 1,5 — 2 м. температура грунта остается постоянной круглый год — 8-10 °С.

Зимой, проходя по трубе теплообменника, приточный воздух нагревается до температуры, близкой к 0 °С.

Это снижает расход энергии на нагрев приточного воздуха, примерно на 25%, а в сильные морозы предотвращает выпадение инея на рекуператоре блока вентиляции, что перекрывает приток воздуха.

Слева: зимой грунтовый теплообменник подогревает приточный воздух;
Справа: летом — охлаждает;
В межсезонье грунтовый теплообменник бездействует.

Летом воздух в трубе наоборот — охлаждается. Охлажденный воздух подается в помещения, снижая или вовсе исключая потребность в кондиционировании. Летом температура воздуха на выходе из теплообменника снижается максимум на 10-12 о С. при температуре наружного воздуха около 35 о С.

Для работы в этом режиме блок вентиляции с рекуператором должен иметь байпас, чтобы пропускать воздух помимо рекуператора.

Чем больше разница температур наружного воздуха и грунта, тем больше теплообмен. Грунтовый теплообменник работает не эффективно, если температура наружного воздуха находится в пределах +5 … +25 °С. Поэтому в межсезонье грунтовый теплообменник не используют. Забор воздуха происходит непосредственно с улицы, через воздухозаборник в стене дома.

Использование грунтового теплообменника наиболее выгодно для вентиляции достаточно герметичного воздухонепроницаемого дома, когда весь воздух поступает в дом только через трубу теплообменника.

Грунтовый теплообменник выгодно применять с любым блоком принудительной вентиляции, как с рекуператором, так и без него.

В системе естественной вентиляции дома можно организовать приток воздуха через грунтовый теплообменник. Для этого, в трубу теплообменника на входе в дом достаточно установить канальный электровентилятор мощностью 100 — 200 Вт. и выполнить разводку труб приточной вентиляции диаметром 100 мм. в комнаты дома.

Удаление воздуха из дома будет осуществляться через вытяжные каналы естественной вентиляции. Приточная система с грунтовым теплообменником будет выполнять роль приточных клапанов.

Вентилятор лучше разместить в техническом помещении, чтобы снизить уровень шума от его работы.

Для устройства грунтового теплообменника на участке в траншею укладывают трубу диаметром около 200 — 250 мм. Оптимальная скорость движения воздуха в трубе около 3 м/сек. Увеличивать диаметр труб не выгодно — эффективность теплопередачи растет слабо, а стоимость труб возрастает значительно.

Трубу грунтового теплообменника размещают вокруг дома на глубине не менее глубины промерзания. Для дома с заглубленным ленточным фундаментом трубу теплообменника выгодно разместить вблизи фундамента.

Для прокладки обычно используют канализационные трубы из ПВХ. Для обеспечения лучшей передачи тепла, следует выбирать трубы с меньшей толщиной стенки. Специально для устройства грунтовых теплообменников выпускают трубы из полипропилена, которые более теплопроводны, чем из ПВХ. Кроме того, такие трубы изнутри имеют покрытие, которое препятствует развитию микроорганизмов.

Оптимальная длина трубы грунтового теплообменника 35 — 50 м. Для дома с мелкозаглубленным фундаментом трубу теплообменника размещают на расстояние не менее 1 м от фундамента.

Длина трубы 35 — 50 метров. Чем длиннее труба, тем эффективнее теплообмен, но выше аэродинамическое сопротивление. Трасса трубы не обязательно прямолинейная — допускаются повороты.

Параллельная укладка труб уменьшает аэродинамическое сопротивление грунтового теплообменника

Трубы в траншее укладывают с уклоном 2% в ту или иную сторону. Этот уклон необходим для стока конденсата, который может появляться в трубе летом при охлаждении теплого воздуха улицы.

На нижней отметке трубы теплообменника устраивают сток конденсата в канализацию или в дренажный колодец, или просто в грунт — в песчаную подушку при низком уровне грунтовых вод.

Конец трубы теплообменника, на который устанавливается воздухозаборник, на участке выводят выше уровня снегового покрова. Не рекомендуется делать забор воздуха непосредственно у земли, ниже 1,5 метра от поверхности участка. Радиоактивный почвенный газ радон тяжелее воздуха и его наибольшая концентрация наблюдается как раз у поверхности земли.

Воздухозаборник, устанавливаемый на трубу, оснащают защитной металлической сеткой и фильтром. Конструкция воздухозаборника должна препятствовать проникновению в трубу осадков, птиц, грызунов, листьев, насекомых.

Читайте также:  Кухня с выступом вентиляции 6 метров

Другой конец трубы заводят в подвал дома, если он есть, или пропускают под фундаментом и выводят в техническое помещение на первом этаже, где установлен блок приточной вениляции.

На участке воздухозаборник приточной вентиляции в частном доме размещают на расстоянии не ближе 10 м. от источников запахов и других мест загрязнения воздуха.

Существует вариант устройства грунтового теплообменника без применения труб. Вместо труб в траншею на горизонтальном участке насыпают слой щебня или гравия крупной фракции толщиной не менее 800 мм.

Гравийный теплообменник рекомендуется размещать на участке рядом с домом, что уменьшит длину и аэродинамическое сопротивление труб, соединяющих его с домом. Кроме того, гравийный теплообменник максимально удаляют от очистных устройств местной канализации. Уровень грунтовых вод должен быть ниже дна теплообменника.

Для устройства гравийного теплообменника роют котлован размером, позволяющим разместить в нем гравийную засыпку объемом 9 — 13 м 3 . Рекомендуемая толщина слоя засыпки гравия в котловане 0,9 — 2 м.

Дно и стенки котлована покрывают геотекстилем для предотвращения заиливания грунтом. Котлован заполняют гравием или щебнем фракции 20 мм. Перед укладкой материал засыпки тщательно промывают для удаления песка и других загрязнений. Засыпку накрывают сверху полотном геотекстиля, что предотвращает смешивание гравия с лежащим выше грунтом.

Ввод в дом и воздухозаборник выполняют как обычно, из труб диаметром 200 — 250 мм. Горизонтальные участки труб укладывают с уклоном 1-2% в сторону засыпки для стока воды. На концах подводящих труб в слое засыпки рекомендуется сделать гребенку из труб диаметром 150 мм для более равномерного распределения воздуха в слое как по вертикали, так и по горизонтали. Трубы гребенки располагают с шагом 600 — 800 мм.

  • Гравийному теплообменнику не нужны устройства для отвода конденсата.
  • Меньше стоимость сооружения.
  • Имеет более высокое аэродинамическое сопротивление.
  • Увлажняет поступающий в дом воздух.
  • Не защищен от попадания в нагнетаемый в дом воздух почвенных газов.

Гравийный теплообменник бывает выгодно соорудить на небольшой глубине в 0,5-0,6 м., в слое, где грунт зимой промерзает. Грунт над теплообменником в этом случае защищают от промерзания, утепляя его слоем теплоизоляции. Для утепления используют плиты из экструдированного пенополистирола (XPS) марки 35. Толщину и ширину слоя утеплителя определяют расчетом.

Гравийный теплообменник не следует применять в районах интенсивного выделения из недр земли радиоактивного почвенного газа радона.

Наиболее эффективная работа грунтового теплообменника обеспечивается при его эксплуатации с перерывами на восстановление. Если воздух через теплообменник пропускать непрерывно, то температура почвы будет постепенно уравниваться с температурой воздуха, а эффективность теплообменника падать. Через каждые 10 — 20 часов работы грунтовый теплообменник необходимо отключать для восстановления на такой же период времени. Для этого лучше всего использовать время, когда все уходят из дома. На это время забор воздуха переключают на байпас помимо теплообменника.

Переключение клапанов — заслонок, меняющих режим работы теплообменника в зависимости от температуры наружного воздуха и перерывов на восстановление, должно выполняться автоматикой. При ручном управлении хозяева обычно забывают это делать.

Для того, чтобы грунтовый теплообменник работал непрерывно, без перерывов на восстановление, рекомендуется делать два теплообменника — прокладывать две трубы. Пока один теплообменник отключен для восстановления, работает другой, и наоборот.

При переключении забора воздуха через грунтовый теплообменник, аэродинамическое сопротивление притока на входе в блок принудительной вентиляции заметно увеличивается. Вентилятор притока в блоке вентиляции на это часто не рассчитан и не может обеспечить необходимый приток воздуха в помещения. Необходимо выбирать блок принудительной вентиляции, рассчитанный на работу с грунтовым теплообменником. Или придется устанавливать дополнительный вентилятор на выходе воздуха из трубы грунтового теплообменника.

Какую вентиляцию выбрали Вы? Голосуйте!
Узнайте, что выбрали другие.

Обогревание, а тем более охлаждение приточного вентиляционного воздуха обходится хозяевам довольно дорого. Однако можно существенно снизить затраты, пользуясь бесплатной энергией грунта.

В своих домах все чаще в последнее время вместо естественной вентиляции устраивают принудительную приточно-вытяжную. Этому есть объяснение: вентиляторы обеспечивают протекание через помещение постоянного объема воздуха, который не зависит от наружной температуры и направления ветра. Появляется возможность контролировать состояние воздуха в помещениях. Приточно-вытяжная вентиляция, скорее всего, была бы еще более популярна, если бы не необходимость подогрева свежего поступающего воздуха в холодное время года.

Читайте также:  Устройство вентиляции в кухне частного дома

Есть два варианта экономить на обогреве. Первый — снизить приток свежего воздуха, что неизбежно приведет к ухудшению микроклимата в доме. Второй — снижение количества тепловых затрат, необходимых для подогрева поступающего наружного воздуха.

Одно время считали, что проблема экономии тепла решена при помощи рекуператоров. Так называются теплообменники в системах принудительной вентиляции, в которых холодный приточный воздух нагревается от теплого вытяжного. Но, в дальнейшем, с повышением требований к энергосбережению домов оказалось, что рекуперации мало. Сейчас все более популярным становится принцип предварительного подогрева воздуха перед подачей в систему вентиляции с помощью грунтового теплообменника.

Если подаваемый в дом воздух летом теплее, а зимой холоднее почвы, то при контакте с ней он, соответственно, охлаждается или нагревается. Таким образом, за энергию, которая при этом используется для обогрева (охлаждения), не нужно будет платить.

Приточно-вытяжная вентиляция с рекуператором не только обеспечивает интенсивный обмен воздуха в помещениях, но и удерживает в доме часть тепла, полученного с помощью обогревающего устройства. Грунтовой теплообменник может стать хорошим дополнением к этой системе. Благодаря ему свежий воздух, прежде чем попасть в рекуператор, уже предварительно подогревается за счет бесплатного тепла, полученного из грунта. Это не только дает экономию энергии, но и в большинстве случаев предотвращает замерзание конденсата в рекуператоре, установленном на улице (что часто случается, если в него подается слишком холодный воздух).

В нашем климате величина подогрева или охлаждения воздуха в грунтовом теплообменнике может составлять от нескольких градусов до полутора десятков градусов Цельсия. Чем больше разница температуры между внешним воздухом и почвой, тем больше будет теплообмен. Поэтому наибольшую пользу грунтовой теплообменник принесет в период сильного мороза (возможен подогрев воздуха от –20°C до 0°C) или во время жары (охлаждение с 30°C до 20°C).

В межсезонье, когда температура атмосферного воздуха близка к температуре почвы, воздух, после прохождения через грунтовой теплообменник, почти не изменяет своей температуры. Более того, в данном случае от работы грунтового теплообменника можно получить эффект, противоположный ожидаемому (например, воздух с температурой 10°C, то есть довольно холодный, может быть, еще немного охлажден). Из‑за этого использование грунтового теплообменника весной и осенью не имеет смысла. Поэтому систему вентиляции нужно изготавливать таким образом, чтобы при желании свежий воздух можно было подавать напрямую, минуя грунтовой теплообменник.

На сегодняшний день применяются два типа грунтовых теплообменников:

  • канальный (трубный), воздух в нем пропускается сквозь закопанный под землей канал (трубу);
  • бесканальный — здесь воздух проходит непосредственно через подготовленный подземный слой, с которым и происходит теплообмен.

В обоих случаях канал для подвода воздуха, прошедшего грунтовой теплообменник, присоединяется к каналу системы вентиляции, по которому снаружи подается свежий воздух (входное отверстие этого канала расположено, как правило, в стене дома).

При этом необходимо установить в вентиляционную систему механизм, с помощью которого можно выбрать источник свежего воздуха — грунтовой теплообменник или отверстие в стене.

Канальный (трубный) теплообменник чаще всего изготавливают из тонкостенных канализационных труб из ПВХ. Такие трубы достаточно жесткие, устойчивые к механическим нагрузкам и коррозии. Кроме того, в последнее время специально для почвенных теплообменников стали производить трубы из полипропилена, имеющие лучшую теплопроводность, чем ПВХ. На внутренние стенки таких труб наносят слой, предотвращающий развитие микроорганизмов.

Диаметр трубы (труб) для односемейного дома должен составлять 200-250 мм.

Глубина. Трубы укладываются на глубине не менее 1,5 м, обязательно с уклоном, обеспечивающим естественное стекание воды, которая образуется в теплообменнике в результате конденсации водяного пара из воздуха.

Оптимальный диаметр труб теплообменника для односемейного дома — 200-250 мм (он обеспечивает скорость протекания воздуха порядка 3 м/с).

При большем диаметре уменьшается скорость протекания воздуха, и его контакт с почвой длится дольше. Казалось бы, благодаря этому теплообмен становится более эффективным. На самом деле это не так: в теплообменнике с большим диаметром большинство частиц воздуха не вступает в непосредственный контакт с их стенками, а значит, не обменивается с ними теплом. Идеальным решением были бы многочисленные, отдаленные друг от друга тонкие каналы, по которым бы медленно проходил воздух (именно так построен теплообменник рекуператора). Но такой теплообменник получился бы неоправданно дорогим.

Читайте также:  При размещении магазина бытовой химии в жилом доме вентиляция должна быть

Длина трубы. Какой длины должны быть трубы? Теоретически — чем длиннее, тем лучше, поскольку захватывается большее количество тепла. Однако вместе с длиной растет сопротивление протеканию. Оптимальная длина составляет 35–50 м. В более длинных трубах теплообмен увеличивается уже незначительно.

Чтобы воздух можно было хорошо нагреть (либо охладить), длина труб теплообменника должна быть достаточно большой. В зависимости от формы участка и расположения дома этого можно добиться разными способами — укладывая одну трубу вокруг дома либо несколько параллельных труб возле него.

Форма трубы. Труба теплообменника не должна иметь много изгибов, поскольку каждое колено — это дополнительное сопротивление протеканию воздуха. По этой же причине необходимо избегать колен с углом изгиба менее 90°.

Если участок возле дома не настолько большой, чтобы разместить на нем достаточно длинный, более или менее прямой отрезок трубы, можно уложить параллельно несколько труб. В этом случае время контакта воздуха с почвой будет короче, но поверхность обмена теплом будет большей.

Где укладывать? По мере возможности труба укладывается недалеко от дома, поскольку температура почвы там обычно немного выше. Расстояние труб от дома, а также между соседними рядами труб должна быть не меньше 1 м.

Входное отверстие (через которое в трубу подается воздух) нужно прикрыть козырьком, чтобы защитить теплообменник от атмосферных осадков. Кроме того, входное отверстие должно находиться на высоте, которая делает невозможным засыпание снегом. А для защиты от попадания загрязнений в теплообменник следует на входе установить воздушный фильтр.

Такой теплообменник — это просто котлован глубиной 80 см и длиной 3-4 м, наполненный слоем гравия, изолированный сверху пенобетонными плитами. Благодаря такой конструкции температура внутри слоя гравия будет такой же, как и в почве на глубине 5 м (хотя слой гравия может находиться даже выше уровня участка). Из слоя гравия выводится патрубок для входа воздуха. Его входное отверстие устраивается так же, как и в случае с канальным теплообменником. С противоположной стороны котлована с гравием находится другое отверстие, из которого воздух засасывается в вентиляционную систему внутри дома.

В бесканальном теплообменнике воздух контактирует непосредственно с почвой, проходя сквозь слой гравия

Гравийный теплообменник дает возможность лучше увлажнять воздух. Это важное качество, поскольку в домах с приточно-вытяжной вентиляцией воздух, подогретый за счет рекуперации, как правило, слишком сухой. Для решения проблемы в гравийном теплообменнике устанавливаются трубки, подсоединенные к водопроводу, которые служат для периодического увлажнения слоя гравия (это позволяет отказаться от монтажа специальных электрических увлажнителей). Воздух, проходя через слой гравия, увлажняется и одновременно фильтруется, в том числе и от биологического загрязнения.

Стоимость изготовления грунтового теплообменника невысока, а его эффективность хорошо заметна в холодное время года. Но с охлаждением воздуха в летнее время дело обстоит не так хорошо. Охлаждение чувствуется, однако оно не сравнимо с тем, что обеспечивает настоящий кондиционер. Некоторым утешением может быть то, что эксплуатация кондиционера стоит очень дорого, а почвенный теплообменник работает почти даром — нужно заплатить только за электроэнергию для работы небольшого вентилятора.

Наиболее эффективная работа грунтового теплообменника обеспечивается при его эксплуатации с перерывами на восстановление. Если бы тепло поступало без перерыва, то температура почвы постепенно уравнялась бы с температурой воздуха и эффективность теплообменника упала бы до нуля.

Каждый перерыв должен продолжаться в течение нескольких часов. Для этого лучше всего использовать время, когда все уходят из дома.

Повороты затрудняют прохождение воздуха по трубе, поэтому их должно быть как можно меньше