Использование систем вертикальных теплообменников как один из способов повышения энергоэффективности зданий Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

TECHNICAL SCIENCES

Using a vertical heat exchanger systems as a way to improve the energy efficiency of buildings Kolechkina A. (Russian Federation) Использование систем вертикальных теплообменников как один из способов повышения энергоэффективности зданий Колечкина А. Ю. (Российская Федерация)

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.