Геотермальный коллектор

Основным источником тепла для дома является геотермальный тепловой насос (ГТН). Под плитой дома будет грунтовый теплоаккумулятор (ГТА). Дополнительный источник тепла — пеллетный камин.

Расчетные теплопотери дома составляют около 6-7 кВт в пике. Этого удалось добиться хорошим утеплением стен, потолка и окон.

Мощность теплового насоса можно принять на уровне 10 кВт, для этого мощность геотермального коллектора должна быть около 8 кВт.

Сделаны 3 контура геотермального коллектора:

Многоэтажка на участке 4 этажа по 2 трубы в траншее длиной 135 м с трубами ПНД-32. Расстояние между траншеями — около 3 м. 8 труб собирается в коллекторном колодце, и дальше же ПНД-40 ведется в дом, в котельную — около 15 м.
100 м ПНД-32 под домом под фундаментом
Около 90 м трубы под дренажом (около 65 м вокруг дома под дренажом плюс вертикальный зонд 13 м глубиной). Была скважина глубиной 13м, которая осталась после неудачного бурения на воду, в которую я уложил петлю из ПНД-32. Летом эта петля будет использоваться для охлаждения теплообменником входного вентиляционного воздуха. Зимой эта же петля будет предварительно немного нагревать морозный воздух. Ожидается, что температура в петле будет круглый год от 0 до 10 С. На верхнем рисунке справа эта скважина показана внизу как-бы повернутой влево — на самом деле она идет на 12 м вниз.
Петля проложена в дренажной канаве по краю отмостки. Вкопана на 10см в дно канавы. Потом отсыпка песок, дренажная труба, геотекстиль, щебень, и песок до верха.
Фундамент плитный, под основание уложена улитка двойной спиралью из ПНД-32 длиной 100 м, через нее закачивать избыточное тепло от солнечных коллекторов летом в грунт. Зимой можно забирать его активной циркуляцией в тепловой насос или пассивным подогревом дома снизу — тем самым снизятся потери тепла вниз. Эту петля тоже выведена в котельную. Летом она будет в контуре солнечных коллекторов, в отопительный сезон хочу можно соединить ее параллельно с основным контуром.
Таким образом, в котельную приходят 4 контура.
- Общая труба ПНД-40 из контуров траншейного ГК многоэтажки
- Труба из спирального контура под домом
- Труба из контура, проходящего по периметру дома под дренажом и в скважине
- В бетоне фундамента толщиной 25 см заложены также 3 петли по 100 м PEX-A ∅20мм. Они соединены коллектором в котельной. Таким образом, фундамент будет использоваться как теплоаккумулятор, при разнице температур в 15 градусов ее емкость будет около 400 кВт*ч.
Необходимо предусмотреть возможность коммутации контуров, так как в различное время года контура могут использоваться в различных режимах. Например, летом тепло от солнечных коллекторов может прокачиваться только через контур ГТА под домом для закачки туда избыточного тепла. Контур по периметру дома может использоваться для охлаждения дома через фанкойлы или водяные стены (водяные стены также нужно иметь возможность коммутировать отдельно от перель теплого пола).

Процесс монтажа ГК

Процесс монтажа геотермального коллектора — моем фотоальбоме

Глубина траншей — около 3,5 м, расстояние между трубами — по горизонтали около 1,2м, по вертикали — 70 см. Верхняя труба находится от уровня земли примерно на уровне 1,2 м.

Расчет гидравлических потерь ГК

Общая длина многоэтажки получилась 135*8=1080м. Расчетный теплосъем с моего грунта (суглинок) ожидается на уровне 70-80 Вт/м. Таким образом,

Воздушный контур в траншеях

Рассматривалась идея «халявного» подогрева земли под траншеями ГК за счет теплого летнего воздуха. Для этого на дне траншей прокладываются трубы воздушного теплообменника (диаметром 100 или 150 мм). Через эти трубы летом прогоняется воздух с улицы. Учитывая разность температур воздуха летом (20-30°С) и грунта в нижней части траншей (около 5°С в самые жаркие месяцы — май-июль), то эффективность такой системы должна быть высокой. «Бесплатность» запасания тепла в грунте обеспечивается за счет того, что применяются вентиляторы с двигателем постоянного тока, которые питаются напрямую от солнечных батарей. Можно обойтись без аккумуляторов (или поставить их минимальной емкости только в качестве буфера для сглаживания колебаний напряжения при кратковременном затенении модулей). Как вариант, если система будет эффективна: вместо аккумулятора — ионистор. Вентилятор можно установить 1 мощный в колодце с коллектором, на трубе, которая поднимается вверх на поверхность земли после объединения труб, приходящих из траншей. Вентилятор в таком варианте работает на всасывание (нужно посмотреть характеристики различных вентиляторов для этой цели — пропеллерных, радиальных — какие лучше всасывают). В этом же колодце должен быть огранизован сбор и откачка конденсата. Если со всасыванием не получится, то можно ставить несколько малых вентиляторов на входе каждой трубы, которые будут работать на нагнетание.

Про воздушные геотермальные коллекторы подробнее…

В процессе работ от этой идеи отказался, так как посчитал, что дополнительный эффект от такой системы воздушного подогрева не стоит вложенных в нее средств. Она также требует обслуживания — периодической чистки и дезинфекции. Решено просто прокачивать через геотермальный коллектор подогретый солнечными коллекторами на фасаде дома теплоноситель.

Идея с воздушными геотермальными коллекторами будет использована в теплице.

Грунтовый теплоаккумулятор

Расчет ГТА приведен здесь. Конструктивно ГТА образуется вертикально ППС изоляцией толщиной 10 см, уложенной по периметру дома по внешнему краю дренажной траншей. Сверху теплоизолируется домом и частично теплоизоляцией отмостки.

В зимнее время тепло ГТА, накопленное летом, постепенно может подаваться в теплые полы для поддержания минимальной температуры в доме (около 10С). При этом тепло, накопленное за теплый сезон, довольно быстро может израсходоваться. При снижении температуры грунта до 5°С контур должен отключаться из эксплуатации, при щадящей эксплуатации ГТА он может «подзаряжаться» от нижележащего грунта, который имеет среднуюю температуру 4-7°С за счет естественного теплообмена.

Летом в ГТА сбрасываются излишки энергии от солнечных коллекторов.

Выбор насоса

При рекомендуемой дельте температуры для входа и выхода для снятия 9 кВт с контура необходимо прокачать 1,6 м³/ч, или 0,43 л/с. Скорость потока в ПНД 40 V=0.55 м/с

Потери давления в ПНД40 на 200 м — около 21,5 кПа.

10 кПа (9,8) = 1 м напора. Напор нужен 2,2м +30%=2,8 м

Насос должен обеспечивать 3 м и 1,6 м³/ч

Что еще под фундаментной плитой?

На рисунках выше не показана подача воздуха к пеллетному камину в центре дома. Для камина забор воздуха должен осуществляться извне. Для того, чтобы не охлаждать этим воздухом ГТА, трубу подачи воздуха для сжигания нужно теплоизолировать пенопластом.

Под плитой также расположены

Канализационные трубы
Водопроводные трубы
Контур электрического заземления
Вводы в дом электрического кабеля, воды из скважины, геотермального коллектора в траншеях и под дренажом
Забор воздуха для камина
?