Введение
Подземный теплообменник, который может улавливать или рассеивать тепло в земляные трубки или из них. Земляный теплообменник - это подземный теплообменник, который может улавливать тепло из земли и/или рассеивать тепло в землю. Они используют почти постоянную подземную температуру Земли для нагрева или охлаждения воздуха или других жидкостей для жилых, сельскохозяйственных или промышленных целей. Если воздух в здании продувается через теплообменник для тепловой вентиляции, они называются земляными трубами (или канадским колодцем, провансальским колодцем, солнечным дымоходком, также называемым земляными трубами охлаждения, земляными трубами обогрева, земляными воздушными теплообменниками (EAHE или EAHX), воздушно-почваными теплообменниками, земными каналами, земными каналами, земными воздушными туннельными системами, земляными трубными теплообменниками, гипокаустами, подземными теплообменниками, тепловыми лабиринтами, подземными воздушными трубами и другими). Земляные трубки часто являются жизнеспособной и экономичной альтернативой или дополнением к обычным центральным системам отопления или кондиционирования воздуха, поскольку нет компрессоров, химикатов или горелки, и для перемещения воздуха требуются только вентиляторы. Они используются для частичного или полного охлаждения и/или нагрева вентиляционного воздуха помещения. Их использование может помочь зданиям соответствовать стандартам пассивного дома или сертификации LEED. Термообменники земного воздуха использовались в сельскохозяйственных объектах (животных зданиях) и садоводческих объектах (парниковых домах) в Соединенных Штатах Америки в течение последних нескольких десятилетий и использовались в сочетании с солнечными дымоходами в жарких засушливых районах в течение тысяч лет, вероятно, начиная с Персидской империи. Внедрение этих систем в Индии, а также в более прохладных климатах Австрии, Дании и Германии для предварительного нагрева воздуха для систем вентиляции в домах стало довольно распространенным с середины 1990-х годов, и медленно принимается в Северной Америке. Наземный теплообменник может также использовать воду или антифриз в качестве теплоносителя, часто в сочетании с геотермальным тепловым насосом. См. например, теплообменники с отверстиями внизу. Остальная часть статьи посвящена в основном теплообменникам земляного воздуха или земляным трубам.
earth tubes
A ground coupled heat exchanger is an underground heat exchanger that can capture heat from and/or dissipate heat to the ground. They use the Earth's near constant subterranean temperature to warm or cool air or other fluids for residential, agricultural or industrial uses. If building air is blown through the heat exchanger for heat recovery ventilation, they are called earth tubes (or Canadian well, Provençal well, Solar chimney, also termed earth cooling tubes, earth warming tubes, earth air heat exchangers (EAHE or EAHX), air to soil heat exchanger, earth channels, earth canals, earth air tunnel systems, ground tube heat exchanger, hypocausts, subsoil heat exchangers, thermal labyrinths, underground air pipes, and others). Earth tubes are often a viable and economical alternative or supplement to conventional central heating or air conditioning systems since there are no compressors, chemicals or burners and only blowers are required to move the air. These are used for either partial or full cooling and/or heating of facility ventilation air. Their use can help buildings meet Passive House standards or LEED certification. Earth air heat exchangers have been used in agricultural facilities (animal buildings) and horticultural facilities (greenhouses) in the United States of America over the past several decades and have been used in conjunction with solar chimneys in hot arid areas for thousands of years, probably beginning in the Persian Empire. Implementation of these systems in India as well as in the cooler climates of Austria, Denmark and Germany to preheat the air for home ventilation systems has become fairly common since the mid 1990s, and is slowly being adopted in North America. Ground coupled heat exchanger may also use water or antifreeze as a heat transfer fluid, often in conjunction with a geothermal heat pump. See, for example downhole heat exchangers. The rest of this article deals primarily with earth air heat exchangers or earth tubes.
Пассивные конструкции
Пассивный теплообмен с приземлением является распространенной традиционной техникой. Он управляет циркуляцией с использованием различий давления, вызванных ветром, дождем и конвекцией, вызванной плавучестью (из селективно разработанных областей солнечного нагрева и испарительного, радиационного или проводящего охлаждения).
Общие наземные массивы
Общая наземная сеть включает в себя подключенные наземные теплообменники для использования более чем одним домом. Они могут обеспечить низкоуглеродное отопление там, где индивидуальные теплообменники, связанные с землей, не являются жизнеспособными, например, в террасовых домах с небольшим внешним пространством. Они также могут обеспечить возможность уменьшить выбросы углерода в отоплении для групп домов, расположенных вдали от густых городских центров, где традиционное централизованное отопление вряд ли будет экономически выгодно.
Безопасность
Если при проектировании системы не учитывать влажность и связанную с этим колонизацию плесени, то пассажиры могут столкнуться с рисками для здоровья. На некоторых участках влажность в земляных трубах может контролироваться просто пассивным дренажем, если водоносный слой достаточно глубокий, а почва имеет относительно высокую проницаемость. В ситуациях, когда пассивный дренаж не осуществим или необходимо увеличить для дальнейшего снижения влажности, активные (обезвлаживающие) или пассивные (сушительные) системы могут обрабатывать воздушный поток. Официальные исследования показывают, что теплообменники земного воздуха снижают загрязнение воздуха вентиляции зданий. Rabindra (2004) заявляет: "Туннель [теплообменник земного воздуха] не поддерживает рост бактерий и грибков; скорее, он уменьшает количество бактерий и грибков, тем самым делая воздух более безопасным для вдыхания людьми. Таким образом, очевидно, что использование EAT [Earth Air Tunnel] не только помогает экономить энергию, но и помогает уменьшить загрязнение воздуха за счет уменьшения бактерий и грибков. Аналогичным образом, Flueckiger (1999) в исследовании двенадцати теплообменников земного воздуха, различных по конструкции, материалу труб, размеру и возрасту, заявил: "Это исследование было проведено из-за опасений потенциального роста микробов в погребенных трубах систем воздушного соединения с землей. Результаты, однако, показывают, что не происходит вредного роста и что концентрации жизнеспособных спор и бактерий в воздухе, за редким исключением, даже снижаются после прохождения через трубопроводную систему. Используются ли земляные трубки с антимикробным материалом или без него, крайне важно, чтобы подземные трубки охлаждения имели отличный конденсационный отвод и были установлены на уровне 2 - 3 градусов, чтобы обеспечить постоянное удаление конденсированной воды из труб. При установке в доме без подвала на плоском участке внешняя конденсационная башня может быть установлена на глубине ниже, чем то место, где труба входит в дом, и в точке, близкой к входу в стену. Для установки конденсационной башни требуется дополнительное использование конденсатного насоса для удаления воды из башни. Для установки в домах с подвалом трубы прокладываются так, чтобы конденсационный отвод, расположенный внутри дома, находился в самой низкой точке. В любой установке труба должна постоянно наклоняться в сторону конденсационной башни или конденсационного дренажа. Внутренняя поверхность трубки, включая все соединения, должна быть гладкой, чтобы облегчить поток и удаление конденсата. Не следует использовать гофрированные или ребристые трубы и грубые внутренние соединения. Соединения, соединяющие трубы, должны быть достаточно прочными, чтобы предотвратить проникновение воды или газа. В некоторых географических районах важно, чтобы соединения предотвращали проникновение газа радон. Нельзя использовать пористые материалы, такие как бетонные трубки без покрытия. В идеале, в установках следует использовать земляные трубки с антимикробными внутренними слоями для ингибирования потенциального роста плесени и бактерий внутри труб.
Эффективность
Внедрение теплообменников земного воздуха для частичного или полного охлаждения и/или нагрева вентиляционного воздуха помещения имело неоднозначный успех. К сожалению, литература наполнена излишними обобщениями применимости этих систем - как в пользу, так и против. Ключевым аспектом теплообменников земляного воздуха является пассивный характер работы и учет широкой изменчивости условий в природных системах. Термообменники земного воздуха могут быть очень экономически эффективными как в первоначальных затратах, так и в долгосрочных затратах на эксплуатацию и обслуживание. Однако это сильно варьируется в зависимости от географической широты, высоты, окружающей температуры Земли, климатической температуры и экстремальных уровней относительной влажности, солнечного излучения, уровня воды, типа почвы (теплопроводности), содержания влаги в почве и эффективности внешней конструкции оболочки / изоляции здания. Как правило, сухой и низкоплотной почве с небольшим или никаким затенением земли будет наименьшая польза, в то время как плотная влажная почва с значительной тенью должна хорошо работать. Медленная система капельного полива может улучшить тепловую производительность. Влажная почва, контактирующая с охлаждающей трубкой, проводит тепло более эффективно, чем сухая почва. Земляные охлаждающие трубки гораздо менее эффективны в жарком влажном климате (например, во Флориде), где температура окружающей среды Земли приближается к комфортной температуре человека. Чем выше температура окружающей среды Земли, тем менее эффективна она для охлаждения и обезвоживания. Однако земля может использоваться для частичного охлаждения и обезвоживания запасного свежего воздуха для пассивных солнечных термальных буферных зон, таких как прачечная, или солярий / теплица, особенно те, у которых есть горячая ванна, купальня или крытый бассейн, где летом исчерпывается теплый влажный воздух, и требуется подача более прохладного сухого запасного воздуха. Не все регионы и места подходят для теплообменников земного воздуха. Условия, которые могут препятствовать или исключать надлежащее осуществление, включают мелководье, высокий уровень воды и недостаточное пространство, среди прочего. В некоторых районах теплообменники земного воздуха могут обеспечивать только охлаждение или отопление. В этих районах необходимо особенно учитывать возможность тепловой перезарядки земли. В системах двойной функции (как отопления, так и охлаждения) теплый сезон обеспечивает наземную тепловую зарядку для холодного сезона, а холодный сезон обеспечивает наземную тепловую зарядку для теплого сезона, хотя необходимо учитывать перегрузку теплового резервуара даже при системах двойной функции.
Влияние на окружающую среду
В условиях сокращения запасов ископаемого топлива, роста расходов на электроэнергию, загрязнения воздуха и глобального потепления, правильно спроектированные трубки охлаждения земли предлагают устойчивую альтернативу для уменьшения или устранения необходимости в обычных компрессорных системах кондиционирования воздуха в нетропическом климате. Они также могут помочь сбалансировать электросеть для поддержки колебаний поставок из других возобновляемых источников энергии. Они также обеспечивают дополнительную пользу от контролируемого, фильтрованного, умеренного входа свежего воздуха, что особенно ценно в плотной, хорошо выдержанной, эффективной обшиве здания.
Вода на землю
Альтернативным вариантом является теплообменник "вода" на землю. Это, как правило, похоже на трубопроводы геотермального теплового насоса, встроенные горизонтально в почву (или может быть вертикальным зондом) на аналогичную глубину земного воздушного теплообменника. Для этого используется длина трубы диаметром 35 мм, примерно вдвое больше, например, около 80 м по сравнению с EAHX диаметром 40 м. Перед входом воздуха вентилятора теплообмена устанавливается катушка теплообменника. Как правило, в качестве теплообменной жидкости используется соленая жидкость (сильно соленая вода). Многие европейские установки теперь используют эту установку из-за простоты установки. Не требуется падения или дренажа, а также безопасность из-за снижения риска от плесени.