Грунтовые теплообменники (ГТ) прокладывают на глубине до 2-3 метров под землей. Это системы пустотелых труб для подогрева зимнего или охлаждения летнего воздуха, подающегося в дом. Температура грунта на указанной глубине зимой составляет от +5 до +7ºС, а летом от +10 до +12 ºС. Таким образом, в зависимости от сезона, воздух, который прогоняется вентилятором через трубы, эффективно отбирает тепловую энергию грунта или же накапливает ее в нем. При рациональном размещении труб можно отобрать из грунта значительное количество тепловой энергии при сравнительно небольших затратах электроэнергии. Количество полученной тепловой энергии зависит от материала и размеров трубы, а также характеристик грунта. ГТ для жилья могут использовать как в комбинации с тепловыми помпами, так и системами тепловентиляции с рекуперацией воздуха. ГТ коттеджа может обеспечить 2-3 кВт/час тепловой энергии, которую можно использовать как для нагрева, так и для охлаждения дома. ГТ следует использовать в комбинации с неглубоким морозостойким фундаментом, который дает возможность накапливать тепловую энергию грунта.
Известным ограничением при использовании систем тепловентиляции является накопление бактерий и вирусов в воздуховодах помещений. Немецкая фирма «Рехау» развязала эту проблему путем использования пластиковых труб, на внутренней поверхности которых напылено серебро, которое противодействует бактериальному загрязнению
Специалистами «Рехау» были сформулированы такие требования к прокладке и монтажу труб:
- глубина залегания не менее 1,5 м;
- трубы укладывать на нетронутый грунт (не на песок);
- минимальное расстояние между трубами – не менее 1 м;
- наклон труб должен составлять 2%;
- перед закапыванием обязательным является контроль состояния труб на герметичность, отсутствие трещин и т.п.
Сегодня сфера использования ГТ распространяется не только на жилые и промышленные объекты, а и на парники и оранжереи. Обычно парники интенсивно используют в весенне-осенний период. Ночью сбалансированный температурный режим парника достигается использованием тепла грунта. Днем тепло парника может быть использовано для подогрева этого грунта. Таким образом, днем грунт аккумулирует тепло воздуха с его дальнейшим использованием ночью. ГТ с вентилятором можно использовать для парниковых хозяйств в разных климатических зонах Украины. Окупаемость такого проекта зависит от стоимости труб и глубины их залегания (стоимости земляных работ).
Продуктивность ГТ зависит от влажности грунта, размеров и конструкции труб, массы воздушного потока и т.п. Экспериментальные исследования эффективности использования ГТ для парников осуществлялись в разных странах, в частности, в США и Индии. Полученные результаты свидетельствуют о резком повышении урожайности за счет устранения неблагоприятных дневных и ночных погодных факторов. В частности, индийские исследователи доказали возможность обеспечения гарантированного земледелия в засушливых районах.
Для более холодных климатических зон Украины целесообразно было бы использовать горизонтальное и вертикальное утепление парника. Вследствие такого способа утепления вокруг парника образуется тепловой колпак за счет излучения тепла Земли, когда тепло в грунте накапливается под парником. Благодаря этому достигается уменьшение глубины промерзания грунта около парника.
Как и для тепловых помп, эффективность ГТ с вентилятором оценивается отношением исходной тепловой энергии Q=1,2*m*c*(T1-T2) к затраченной электрической Qel, где m – масса воздуха, с – удельная теплоемкость воздуха, T1-T2 – разность температур грунта и парника.
Согласно данным, значение эффективности Q/ Qel зависит от погодных и грунтовых условий и может изменяться в пределах от 2 до 4.
По нашему мнению, использование ГТ для парниковых хозяйств может быть очень эффективным для разных регионов Украины с целью уменьшения затрат газа или электроэнергии, цены на которые постоянно растут.
Постройка и использование таких энергосберегающих парников для различных климатических зон на территории Украины является выгодной и окупаемой инвестицией.
Подогрев парникового воздуха
