Геотермальные вентиляционные системы

  Компания ЗАО "Вентс" представила на рынок пока уникальную для рынка климатического оборудования Украины геотермальную систему ГЕО Вентс. Система основана на использовании тепла земли. Принцип системы прост - в земле прокладываются заборные воздуховоды, которые зимой "получают" тепло от земли, а летом "получают" от земли бесплатный холод. Дальше через систему вентиляции подготовленный воздух попадает непосредственно к потребителю, т.е. в помещения.

 Так как температура грунта сильно не меняется на протяжении года, а температура на улице меняется, то рекуперация проихсодит за счет разницы температур. Летом температура наружного воздуха достаточно высока, когда он проходит через воздуховоды под землей он отдает часть своего тепла грунту и попадает в дом уже прохладным.

Справка:

Верхний слой почвы всегда подвергается изменению температур под влиянием солнечной радиации (солнца), ветра, дождя и т.д. На глубине 3 м и более температура почти неизменна, так как на такой глубине влияния приведенных ниже факторов сводится к нулю. Температура грунта на глубине 1,5–3,2 м зимой составляет от +5 до +7°С, а летом от +10 до +12°С.. 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.

 

Вентс предлагает два варианта геотермальных систем

  • ГЕО Вентс, где грунтовым теплообменником служит воздуховод из нержавеющей стали с выскими аэродинамическими и прочностными характеристиками.
  • ГЕО Вентс ДУО, где груновой теплообменник представляет собой воздуховод "труба в трубе". В этом варианте во внутренней части такого "матрешечного" воздуховода перемещается вытяжной воздух, а в наружной трубе воздух, который забирается с улицы, т.е. приточный.

Рассмотрим каждый из них

Геотермальная система ГЕО ВЕНТС

Система состоит из:

  • приточно-вытяжной установки ВУТ, которая имеет свой рекуператор. Установка догревает воздух до необходимой температуры и подает воздух в помещение, используя при этом тепло от удаляемого воздуха (в холодный период года).
  • грунтового теплообменника
  • воздуховоды
  • воздухораспределительные устройства - решетки, анемостаты, диффузоры

Преимущества системы ГЕО ВЕНТС:

  • Предварительный подогрев наружного воздуха в зимний период, охлаждение и осушение наружного воздуха в лет- ний 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 произ- водства 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 этажем

Воздуховод грунтового теплообменника заходит в здание через отверстие в стене ниже уровня грунта.
Приточно-вытяжная установка ВУТ расположена в подвале.

 

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.

 

Принципиальная система монтажа системы ГЕО ВЕНТС в зданиях без подвального этажа

Воздуховод грунтового теплообменника заходит в здание через отверстие в фундаментной плите.

Рекомендуется дополнить систему ревизионным колодцем на улице. Для отводи конденсата необходимо обеспечить уклон трубы на менее 2о. Приточно-вытяжную установку ВУТ можно расположить на чердаке здания.


 Система ГЕО ВЕНТС ДУО

В состав системы ГЕО ВЕНТС ДУО входят:

  • Грунтовый теплообменник «труба в трубе» для предварительного подогрева/охлаждения наружного воздуха. По внутренней трубе перемещается вытяжной воздух, удаляемый из помещения, по наружной трубе – приточный воздух с улицы;
  • 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 ДУО:

  • Предварительный подогрев приточного воздуха в зимний период, охлаждение и осушение приточного 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.

 

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.

 


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.

  • При отсутствии системы утилизации тепла на охлаждение 300 м³/час на Δt=6°С необходимо затратить:
    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 ?=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·ч электроэнергии.
SPF = 2634/635 = 4,14.

Подробное описание системы (PDF 6.54 Mb)