Земляна труба - це труба, закопана в землю, яка нагріває або охолоджує повітря, що рухається всередині неї. Заземлюючі труби можуть бути замкнутим контуром, де вони забирають повітря зсередини конструкції, циркулюють його в підземному контурі перед тим, як повернути його в конструкцію, або відкритим контуром, який забирає повітря ззовні та вводить його в структуру, або відкритим контуром протитоку, коли повітря подається всередину, а повітря з приміщення виводиться в окремі заземлюючі труби. Повітря може переміщатися пасивно за допомогою конвекції або активно за допомогою вентиляторів (повітродувок). Нагрівання чи охолодження повітря залежить від температури зовнішнього повітря відносно температури в приміщенні, і, що важливо, від температури ґрунту на глибині закладення труби. Ця стаття присвячена в основному відкритим системам.
Содержание
Синоніми
Теплообмінники «земля-повітря» (EAHX / EAHE), [1] теплообмінники з землею, [1] канали «земля», [1] теплообмінники «земля-трубка» (ETHE), [2] теплообмінник «земля-повітря» (GAHE) , [3]
Основна теорія
Зміни температури повітря
Температура повітря на поверхні землі піддається постійним змінам через погоду, зміну дня і ночі та сезонний цикл. Наприклад, у сонячний день температура повітря вища, ніж у хмарну погоду. Температура повітря також знижується вночі. Пори року створюються нахилом осі обертання Землі, коли вона обертається навколо Сонця. У помірних і полярних регіонах частину року деякі місця будуть нахилені до сонця. Дні стають довшими, і на одиницю площі поверхні надходить більше теплової енергії. У північній півкулі це травень, червень і липень, а в південній – листопад, грудень і січень. Через 6 місяців те саме місце буде нахилено від сонця, і дні стануть коротшими. Екваторіальні регіони не відчувають істотних змін тривалості світлового дня протягом року.
Зміни температури ґрунту
Температура землі реагує на ці зміни температури поверхні, оскільки тепло поступово проходить через ґрунт. Однак Землі потрібен час, щоб нагрітися й охолонути, тому температура Землі відстає від будь-якої зміни температури поверхневого повітря (тобто Земля діє як теплова маса ). [4] Чим глибше ви занурюєтесь у землю, тим більшу глибину повинні проникати зміни температури ґрунту, і постійні зміни температури повітря на поверхні починають притуплятися та зливатися. [5] Найважливіше це означає, що температура ґрунту в теплу пору року буде нижчою, ніж температура повітря на поверхні, і, навпаки, температура ґрунту в холодну пору року буде вищою, ніж температура на поверхні. [6]
Постійна температура в глибині землі
На певній глибині навіть зміна температури між зимою та літом усереднюється. Це іноді називають «постійною температурою в глибині Землі» [5] або «коригуючим коефіцієнтом амплітуди». [7] Нижче цієї глибини температура землі починає поступово зростати, оскільки тепло також піднімається з глибини землі. [6] Точні вимірювання цієї глибинної постійної температури Землі відрізняються (можливо, залежно від географічного положення). Наприклад, у штаті Монтана, США, на глибині 6 метрів температура стабільна цілий рік і становить 7 градусів за Цельсієм. [5] У Великобританії це становить 8–11°C на глибині приблизно 15 метрів. [6]Глибина також може змінюватись залежно від рівня вологості ґрунту (4,25 м, 5,5 м і 6,7 м для сухого, середнього та вологого ґрунту відповідно). [7]
Теплообмін між повітрям і землею
Оскільки земля пасивно переміщується крізь трубу для заземлення (шляхом конвекції) або активно переміщується за допомогою вентиляторів/повітродувок, будь-яка різниця температур між повітрям і землею, що оточує трубу, почне вирівнюватися. Дійсно, якщо повітря проходить через досить довгу трубу, температура повітря в трубі буде прагнути до температури навколишнього ґрунту.
У теплу пору року зовнішнє повітря тепліше, ніж температура ґрунту під поверхнею. Зовнішнє повітря, яке надходить у заземлюючу (охолоджувальну) трубку, буде певною мірою охолоджуватися. Потім це нагріте повітря потрапляє всередину конструкції, забезпечуючи прохолодним свіжим повітрям.
У холодну пору року температура ґрунту під поверхнею вище, ніж температура повітря на поверхні, тому відбувається протилежне: повітря в земляній трубі нагрівається перед тим, як потрапити всередину, забезпечуючи вентиляцію та зменшуючи потребу в іншому обігріві. заходів.
Компоненти та міркування
Відсутня стандартизація щодо матеріалів виготовлення. [3] Можливо, саме тому одні працюють, а інші ні, і чому думки про земні труби значно різняться.
прийом
Відкриті системи мають зовнішній повітрозабірник за визначенням. Його також називають колектором [2] , він може мати форму вертикальної повітрозабірної вежі. [3] Для водозабірних веж потрібен дощовик. [3] Рекомендується фільтр або сітка для запобігання проникненню комах і тварин у трубку. [3] Доцільно розташувати його подалі від запахів і забруднюючих речовин. [3] Впускний отвір повинен забезпечувати видалення конденсату. [5]
Якщо земляна труба призначена для охолодження, колектор повинен бути розташований у затіненому місці біля озера чи річки. [2] Якщо земляна труба призначена для опалення, колектор краще розмістити на сонячному місці подалі від будь-якої великої водойми. [2] Впускний отвір протиточної системи повинен бути розташований таким чином, щоб він не всмоктував відпрацьований, застарілий від випуску. [5] Вхідний отвір може бути орієнтований на переважаючий вітер, щоб сприяти пасивному надходженню повітря. [8]
Матеріал труби
Полівінілхлоридні (ПВХ) труби є звичайними, оскільки вони дешеві [5] і не руйнуються під час закопування (принаймні, протягом тривалого часу). Використовувався бетон, і хоча він є стійким до сил, що діють на нього під час заглиблення, і він не іржавіє або легко руйнується, бетон вбирає вологу. Також використовувалася сталь, яка може бути оцинкована для запобігання іржі.
Враховується R-значення матеріалу трубки, тобто чим менше значення, тим краще, оскільки бажана хороша теплопровідність. Товщина стінки труби також впливає на теплопровідність, при цьому тонша трубка краще проводить тепло між навколишньою землею, ніж товща, хоча тонші труби знижують міцність. Більш слабкі труби можуть бути пошкоджені після засипки траншеї, оскільки земля осідає. Розміщення твердого набитого гравію під трубою для підтримки її. [5]
Внутрішня поверхня труби
Внутрішня поверхня трубки може бути покрита антимікробним матеріалом. [3] Він має бути гладким, а не гофрованим, щоб зменшити опір потоку повітря.
Діаметр труби
Більшість систем зазвичай використовують труби діаметром від 10 см (4 дюйми) до 45 см (8 дюймів). [5]
Довжина труби
Занадто короткий, і повітря не буде достатньо адаптовано до температури землі, що оточує трубу. [3] Занадто довго, і тиск повітря впаде. [3]
Вартість
Фінансові витрати є змінними. Один дослідник дійшов висновку, що типова система коштує від 2000 до 3000 канадських доларів (у 2001 році). [1] Основними витратами можуть бути розкопки землі. [1] Якщо система має активні елементи керування [1] або такі компоненти, як вентилятори, можуть бути постійні витрати.
Прибуток на інвестиції
Один дослідник дійшов висновку, що середній час, потрібний для того, щоб економія енергії покрила початкові витрати, була тривалою (наприклад, 9 років, або 10-20 років). [1]
Проблеми та недоліки
Проблеми із заземлювальними трубами, як правило, важко виправити після їх встановлення. [1] Багато систем, які зіткнулися з проблемами, були виведені з експлуатації та заблоковані. [1]
Волога і ріст мікроорганізмів
У системах земляних труб можуть з’явитися вологість і цвіль. Хоча деякі стверджують, що це пов’язано з погано розробленими, встановленими, експлуатованими та обслуговуваними системами; [1] інші дійшли висновку, що ризик погіршення якості повітря в приміщенні є значним, і ця техніка не може бути виправданою, враховуючи обмежену економію енергії. [9]
Дощова вода може скупчуватися в земляних трубах [9] , якщо вони погано спроектовані. Однак волога в повітрі також може осідати на бічній стороні трубки у вигляді конденсату під час руху повітря. Це найбільш ймовірно, коли повітря гаряче та вологе, а земля прохолодна. [1] Тому труби для охолодження Землі можуть отримати користь від осушення, особливо в теплому та вологому кліматі. [10] Волога може призвести до розвитку мікроорганізмів, зокрема цвілі всередині трубки. [10] Ця цвіль виділяє спори, які переносяться повітрям у дім. Це може призвести до появи затхлого запаху і навіть до проблем зі здоров’ям. [10] Повітряні спори пеніцилію, aspergillus fumigatus, aspergillus versicolor і aspergillus niger були виявлені в приміщенні вPassivHaus із земляними трубами в Бельгії. [9] Мешканцям довелося виїхати через хронічні проблеми зі здоров’ям, які потім вирішилися. [9]
Список літератури
- ↑Перейти навпаки:1,00 1,01 1,02 1,03 1,04 1,05 1,06 1,07 1,08 1,09 1,10 Вентиляційні системи земляних труб - застосування в канадському кліматі. Дідьє Тевенар. Канадська іпотечна та житлова корпорація 2011
- ↑Перейти навпаки:2.0 2.1 2.2 2.3 Вниз на Землю - «Ексгумація» земних трубчастих теплообмінників. Роберт Бін, 2010 р. Спочатку опубліковано в HPAC Canada, розміщено на Healthheating.com
- ↑Перейти навпаки:3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 Що таке теплообмінник земля-повітря? Ziger / Snead Architects 2010
- ↑ Будинки, захищені землею: як побудувати доступний підземний будинок. Р Рой. New Society Publishers, 2006
- ↑Перейти навпаки:5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6 5,7 Пасивне річне накопичення тепла: Удосконалення конструкції земляних укриттів. Джон Хейт. 2013 рік
- ↑Перейти навпаки:6.0 6.1 6.2 Наземні теплові насоси: розробка GeoReports для визначення характеристик потенційних місць, питання 1.2 . Ян Гейл. Британська геологічна служба 2005.
- ↑Перейти навпаки:7.0 7.1 Механічне та електротехнічне обладнання будівель. Волтер Т. Грондзік, Елісон Г. Квок 2014
- ↑ Пасивна сонячна архітектура Pocket Reference. Д Торп. Earthscan від Routledge, 2018
- ↑Перейти навпаки:9,0 9,1 9,2 9,3 Бельгійський Passivhaus став непридатним для проживання через погане повітря в приміщенні . Мартін Холладей. Радник з екологічного будівництва 2012
- ↑Перейти навпаки:10.0 10.1 10.2 Сонячний будинок: пасивне опалення та охолодження. Деніел Д Чірас. Chelsea Green Publishing, 1 жовтня 2002 р. С. 177