Геотермальні вентиляційні системи

  Компанія ЗАО "Вентс" представила на ринок поки унікальну для ринку кліматичного устаткування України геотермальну систему ГЕО Вентс. Система заснована на використанні тепла землі. Принцип системи простий - в землі прокладаються повітроводи, які взимку "отримують" тепло від землі, а влітку "отримують" від землі безкоштовний холод. Далі через систему вентиляції підготовлене повітря потрапляє безпосередньо до споживача, тобто в приміщення.

 Оскільки температура грунту сильно не міняється протягом року, а температура на вулиці зміняється, то рекуперація виникає за рахунок різниці температур. Влітку температура зовнішнього повітря достатньо висока, коли повітря проходить через повітроводи під землею воно віддає частину свого тепла грунту і потрапляє в будинок вже прохолодним. 

Справка:

Верхній шар грунту завжди піддається зміні температур під впливом сонячної радіації (сонця), вітру, дощу та іншим чинникам. На глибині 3 м і більше температура майже незмінна, оскільки на такій глибині вплив приведених нижче чинників зводиться до нуля. Температура грунту на глибині 1,5-3,2 м взимку складає від +5 до +7°С, а влітку від +10 до +12°С.. Експерименти показали, що в зимовий період грунтовий теплообмінник може нагрівати припливне повітря, що поступає в приміщення, на температуру більш 0°С, а в літній період - охолодити до +18-20° С.


Вентс пропонує два варіанти геотермальних систем

  • ГЕО Вентс, де грунтовим теплообмінником служить повітровод з неіржавіючої сталі з гарними аеродинамічними характеристиками.
  • ГЕО Вентс ДУО, де грунтовим теплообмінником є повітровод "труба в трубі". У цьому варіанті у внутрішній частині такого повітровода переміщається витяжне повітря, а в зовнішній трубі повітря, яке забирається з вулиці, тобто припливне.

Розглянемо кожен з них.

Геотермальна система ГЕО ВЕНТС

Система складається з:

  • припливно-витяжної установки ВУТ, яка має свій рекуператор. Установка догріває повітря до необхідної температури і подає повітря в приміщення, використовуючи при цьому тепло від повітря, що видаляється (у холодний період року).
  • грунтового теплообмінника
  • повітроводи
  • повітрерозопдільчи пристрої - гратки, анемостати, діфузори та ін.

Переваги системи ГЕО ВЕНТС:

  • Попередній підігрів зовнішнього повітря в зимовий період, охолоджування і осушення зовнішнього повітря в літ- ній період, що знижує експлуатаційні витрати;
  • Вентиляційна установка з рекуператором ВУТ, забезпечує передачу тепла від витяжного повітря припливному, в комплексі із застосуванням у вентиляційних установках високоефективних енергозбережних ЄС моторів виробництва компанії ЕВМ, дозволяє значно збільшити енергоефективність системи;
  • Висока інерційність системи. При різких коливаннях температури зовнішнього повітря температура на глибині понад 1,5 м залишається постійною, як і температура припливного повітря на вході в систему повітрообміну.

 

Приклад розміщення системи в будівлях з підвальним поверхом

Розміщення геотермальної вентиляційної системи в будинку з підвальним поверхом припускає монтаж основних елементів системи: пристрою збору і відведення конденсату, обвідного клапана, перехідників і припливно-витяжної установки з рекуперацією тепла в підвальному приміщенні.

Принципова система монтажу системи ГЕО ВЕНТС в будівлях з підвальним етажем

Повітровод грунтового теплообмінника заходить в будівлю через отвір в стіні нижче за рівень грунту.
Припливно-витяжна установка ВУТ розташована в підвалі. 

 

Приклад розміщення системи в будівлях без підвального поверху

При розміщенні елементів геотермальної вентиляційної системи в будинку без підвального поверху необхідно забезпечити наявність інспекційного колодязя, в якому розміщується спеціальний пристрій для збору і відведення конденсату ГТО, що утворюється в трубі. Припливно-витяжна установка і елементи системи розташовуються у відведеному для неї місці в приміщенні.

 

Принципова система монтажу системи ГЕО ВЕНТС в будівлях без підвального поверху

Повітровод грунтового теплообмінника заходить в будівлю через отвір у фундаментній плиті.

Рекомендується доповнити систему ревізійним колодязем на вулиці. Для відводь конденсату необхідно забезпечити ухил труби не менше 2°. Припливно-витяжну установку ВУТ можна розташувати на горищі будівлі. 


 Система ГЕО ВЕНТС ДУО

До складу системи ГЕО ВЕНТС ДУО входять:

  • Грунтовий теплообмінник «труба в трубі» для попереднього підігріву/охолоджування зовнішнього повітря. По внутрішній трубі переміщається витяжне повітря, що видаляється з приміщення, по зовнішній трубі - припливне повітря з вулиці;
  • Припливно-витяжна установка ВУТ з рекуператором, призначеним для передачі теплоти від повітря що видаляється з приміщення до підігрітого повітря, що поступає з грунтового теплообмінника;
  • Повітроводи, використовувані для транспортування повітря в приміщенні;
  • Гратки і дифузори для розподілу повітря по приміщенню.

Переваги системи ГЕО ВЕНТС ДУО:

  • Попередній підігрів припливного повітря в зимовий період, охолоджування і осушення припливного повітря в літній період, що знижує експлуатаційні витрати;
  • Вентиляційна установка з рекуператором ВУТ, забезпечує передачу тепла від витяжного повітря припливному, в комплексі із застосуванням у вентиляційних установках високоефективних енергозбережних ЄС моторів виробництва компанії ЕВМ, дозволяє значно збільшити енергоефективність системи;
  • Висока інерційність системи. При різких коливаннях температури зовнішнього повітря температура на глибині понад 1,5 м залишається постійною, як і температура припливного повітря на вході в систему повітрообміну.

Приклад розміщення системи ГЕО ДУО в будівлях з підвальним поверхом

Розміщення геотермальної вентиляційної системи в будинку з підвальним поверхом припускає монтаж основних елементів системи: пристрою збору і відведення конденсату, обвідного клапана, перехідників і припливно-витяжної установки з рекуперацією тепла в підвальному приміщенні.

 

Приклад розміщення системи ГЕО ДУО в будівлях без підвального поверху

При розміщенні елементів геотермальної вентиляційної системи в будинку без підвального поверху необхідно забезпечити наявність інспекційного колодязя, в якому розміщується спеціальний пристрій для збору і відведення конденсату ГТО, що утворюється в трубі. Припливно-витяжна установка і елементи системи розташовуються у відведеному для неї місці в приміщенні.

 


Розрахунок ефективності вентиляції із застосуванням ГТО і рекуперацій тепла

Для отримання комфортного свіжого повітря, його необхідно нагрівати в зимовий період і в міжсезоння, а в літній період охолоджувати. Нижче приведений приклад розрахунку витрат теплової енергії на підігрів припливного повітря без застосування систем утилізації тепла, а також при застосуванні геотермальних систем для помірного клімату. Витрата повітря прийнята 300 м3/час.

Разом сумарно за весь рік на нагрів або охолоджування свіжого повітря необхідно буде витратити: 

 

ЗИМА

У зимовий період середньодобова температура впродовж 80 днів складає -5°С. Для доведення її до комфортної, необхідно нагрівати до +20°С. Таким чином:

  • За відсутності системи утилізації тепла на нагрів 300 м³/год на Δt=25°С необхідно витратити:
    Р(Wt) = L(m³/h) x 0.34 x ?t(ºС) = 300 м³/год х 0,34 х 25/1000 = 2,550 кВт.
  • При використанні геотермальної системи відбувається підігрів зовнішнього повітря до +5°С, при цьому повітрю передається:
    Р(Wt) = L(m³/h) x 0.34 x ?t(ºС) = 300 м³/год  х 0,34 х 10/1000 = 1,02 кВт.
  • При подальшому використанні припливно-витяжної установки з рекуперацією тепла ВУТ, повітря підігрівається до +12°С:
    Р(Wt) = L(m³/h) x 0.34 x ?t(ºС) = 300 м³/год х 0,34 х 7/1000 = 0,714 кВт.

Якщо прийняти 50% часу роботи системи вентиляції з повною продуктивністю, з урахуванням того, що припливно-витяжний агрегат працює на разних проїзводітельностях в різний період часу, то за період 80 днів:

  • За відсутності системи утилізації тепла буде витрачено:
    80 дн x 24 год x 0.5 x 2,55кВт = 2 448 кВт*год.
  • При використанні геотермальної системи (ефективність системи зростає із зменшенням витрати повітря) необхідна теплова потужність зменшиться на:
    80 дн x 24 годин x 0.6 x 1,02кВт = 1175 кВт*год.
  • При подальшому використанні припливно-витяжної установки з рекуперацією тепла ВУТ необхідна теплова потужність зменшиться на:
    80 дн x 24 год x 0.5 x 0,714кВт = 685 кВт*год.
 
 

ВЕСНА/ОСІНЬ

У міжсезонні впродовж 180 днів середньодобова температура складає +5°С. Для доведення її до комфортної, необхідно нагрівати до +20°С. Таким чином:

  • За відсутності системи утилізації тепла на нагрів 300 м3/год на Дt=15°С необхідно витратити:
    Р(Wt) = L(m³/h) x 0.34 x ?t(ºС) = 300 м³/год х 0,34 х 15/1000 = 1,53 кВт.
  • При використанні геотермальної системи відбувається підігрів зовнішнього повітря до +10°С, при цьому повітрю передається:
    Р(Wt) = L(m³/h) x 0.34 x ?t(ºС) = 300 м³/год х 0,34 х 5/1000 = 0,51 кВт.
  • При подальшому використанні припливно-витяжної установки з рекуперацією тепла ВУТ, повітря підігрівається до +15°С:
    Р(Wt) = L(m³/h) x 0.34 x ?t(ºС) = 300 м³/год с х 0,34 х 5/1000 = 0,51 кВт.

Якщо прийняти 50% часу роботи системи вентиляції з повною продуктивністю, з урахуванням того, що припливно-витяжний агрегат працює з разною витратою повітря в різний період часу, то за період 180 днів:

  • За відсутності системи утилізації тепла буде витрачено:
    180 дн x 24 год x 0.5 x 1,53кВт = 3305 кВт*год.
  • При використанні геотермальної системи (ефективність системи зростає із зменшенням витрати повітря) необхідна теплова потужність зменшиться на:
    180 дн x 24 год x 0.6 x 0,51квт = 1322 квт*год. 
  • При подальшому використанні припливно-витяжної установки з рекуперацією тепла ВУТ необхідна теплова потужність зменшиться на:
    180 дн x 24 год x 0.5 x 0,51кВт = 1102 кВт*год
 
 

ЛІТО

У літній період впродовж 60 днів середньодобова температура біля +20°С, але в цей час вдень ця температура впродовж зразкового 8 годин складає +26°С. Для охолоджування повітря до температури +20°С використовуються кондиціонери. Їх холодильна потужність повинна забезпечити охолоджування Δt=6°С.

  • За відсутності системи утилізації тепла на охолоджування 300 м³/год на Δt=6°С необхідно витратити:
    Р(Wt) = L(m³/h) x 0.34 x ?t(ºС) = 300 м³/год х 0,34 х 6/1000 = 0,612 кВт;
  • При використанні геотермальної системи повітря заздалегідь охолодиться до +22°С, при цьому повітрю передається в режимі сухого охолоджування:
    Р(Wt) = L(m³/h) x 0.34 x ?t(ºС) = 300 м³/год х 0,34 х 4/1000 = 0,408 кВт.

Якщо прийняти 70% часу роботи холодильної установки на повну потужність протягом 8 годин на добу, то отримаємо:

  • Прі відсутності системи утилізації тепла буде витрачено:
    60 дн x 8 годин x 0.7 x 0,612кВт = 206 кВт*год.
  • При використанні геотермальної системи (ефективність системи зростає із зменшенням витрати повітря) необхідна холодильна потужність зменшиться на:
    60 дн x 8 годин x 0.7 x 0,408кВт = 137 кВт*год.
Сумарні витрати за весь рік на нагрів або охолоджування свіжого повітря: Витрати теплової енергії за рік, кВт*год Економія теплової енергії за рік, кВт*год
За відсутності системи утилізації тепла 5959 -
При використанні геотермальної системи 3325 2634
При використанні геотермальної системи і установки з рекуперацією тепла ВУТ 1538 4421

Застосування геотермального теплообмінника системи дозволяє підвищити теплову ефективність припливно-витяжної установки системи Гео Вентс Дуо на ?=2634/(4421-2634)*100% = 147%

Система ГЕО ВЕНТС ДУО використовує нізкопотенциальноє тепло землі, тобто є тепловим насосом і для характеристики ефективності системи застосовується коефіцієнт SPF – Чинник сезонної потужності (EN14511), який визначається як відношення кількості отриманої теплової енергії до кількості спожитої електричної з урахуванням сезонних змін температури повітря/грунту.

Для отримання від грунту 2634 кВт·год теплової потужності в рік вентиляційною установкою витрачається 635 квт·год електроенергії.
SPF = 2634/635 = 4,14.

Докладний опис системи (PDF 6.54 Mb)