Использование систем вертикальных теплообменников как один из способов повышения энергоэффективности зданий

TECHNICAL SCIENCES

Using a vertical heat exchanger systems as a way to improve the energy efficiency of buildings Kolechkina A.

Колечкина Анастасия Юрьевна / Kolechkina Anastasiya - магистр, кафедра строительного производства и геотехники, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь

Аннотация: в статье рассмотрен способ извлечения геотермальной низкопотенциальной энергии при помощи вертикальных грунтовых теплообменников. Дана классификация таких теплообменников. Приведены конструктивные особенности и последовательность установки таких систем.

Abstract: the article describes a method for extracting geothermal energy using low-grade vertical ground heat exchangers. The classification of such heat exchangers is given. Constructive features and sequence of installation of such systems are reduced.

Ключевые слова: вертикальные теплообменники, энергоэффективное отопление, тепловой насос, низкопотенциальная геотермальная энергия.

Keywords: vertical heat exchangers, energy efficient heating, heat pump, low-potential geothermal energy.

Проблемы удорожания электроэнергии и ограниченного количества ресурсов привели к тенденции строительства энегоэффективных зданий. Повысить энергоэффективность зданий возможно при использовании низкопотенциальной геотермальной энергии. Извлекают такую энергию при помощи системы теплообменников вертикального типа.

Температура в верхнем слое грунта меняется в зависимости от сезонных колебаний температур. Но, на глубине 15 метров и ниже, в грунте устанавливается практически постоянная температура (в районе 10°С). Поэтому и целесообразно использовать теплообменники, которые могут находиться в данной границе постоянных температур [1].

Такие теплообменники классифицируются на:

- вертикальные грунтовые теплообменники;

- энергетические сваи;

- энергоэффективный фундамент (ЭЭФ) по схеме «стена в грунте».

Теплообменники вертикального типа монтируют в грунтовое основание в вертикальной плоскости. При применении теплового насоса (далее - ТН), полученная энергия передается в отопительную систему или систему горячего водоснабжения. Удобство таких теплообменников заключается в том, что они могут быть использованы как зимой (для отопления), так и летом (для охлаждения). Количество необходимой мощности отведения зависит от климата и условий грунтового основания, технологии извлечения тепла и сезонного колебания потребляемой тепловой нагрузки.

Как правило, ВТ состоит из одной или пары параллельно идущих спаянных пластиковых труб. В каждой трубе находится теплоноситель - смесь воды и антифриза. Теплоноситель забирает теплоту из грунта, переносит ее к испарителю ТН и охлажденным снова подается в ВТ. Извлеченная теплота нагревает теплоноситель в ТН до нужной температуры. Как правило, температура подачи составляет около 35°С. Температура самой системы должна быть наименьшей, чтобы получить условия для высокого сезонного КПД. В длину ВТ обычно достигают до 400 м, в зависимости от условий их установки.

Существует три различные базовые конструкции коллекторов ВТ: одиночный У-образный, сдвоенный У-образный и коаксиальный коллектор [2].

Еще одним видом ВТ являются энергоэффективные сваи. Область применения, классификация и особенности монтажа энергоэффективных свай были рассмотрены ранее [3].

Следующей разновидностью ВТ можно назвать энергоэффективный фундамент (ЭЭФ) по схеме «стена в грунте». При устройстве стен на месте проведения работ перед закладкой коллекторных труб их прикрепляют к арматурному каркасу. Чтобы не повредить трубы при опускании конструкции в скважину, коллекторы крепят к внутренней части арматурного каркаса. В длину стены бывают 10-30 метров [4]. Выделим основные преимущества ВТ:

- такая система занимает небольшое пространство возле здания;

- могут применяться при различных грунтовых условиях;

- могут использоваться в активном и в пассивном (естественном) режиме отопления и охлаждения.

Литература

1. Васильев Г. П. Руководство по применению тепловых насосов с использованием вторичных энергетических ресурсов и нетрадиционных возобновляемых источников энергии. М, 2001.

2. Бобров И. А., Захаров А. В. Применение тепловой энергии грунтового основания для отопления и кондиционирования зданий // Вестник Пермского государственного технологического университета. Строительство и архитектура. № 1. Пермь, 2011.

3. Колечкина А. Ю. Повышение энергоэффективности зданий за счет использования систем энергоэффективных свай // Наука и образование. № 6 (7). Москва, 2016.

4. Крамина Т. А. Нетрадиционные методы получения геотермальной энергии. // Известия казанского государственного архитектурно-строительного университета. № 2. Казань, 2015.