Грунтовый воздушный теплообменник, реализуемый под Выборгом-2

Я вот чего не понимаю - в интернете я встречал данные, что при расчетах длины трубы закопанной в грунт для горизонтального теплообменника ТН считают приход тепла примерно 20-30 Вт на погонный метр длины.

Но тогда получается, что для трубы диаметром 32 мм тепловой поток на 1 кв. м. её поверхности будет около 200-300 вт.
Но грунт плохо проводит тепло, практически он теплоизолятор, да и труба закопана чуть ниже глубины промерзания грунта.
Тогда откуда берется столько тепла?
И могу ли я рассчитывать на такой приток тепла (300 вт) на 1 кв. м. поверхности емкости с водой закопанной на 2 м?

 

Пенопласт теплее грунта в 50 раз. Для чего пенопласт кладут? Что бы грунт не промерзал на малой глубине. При этом не нужно тратить деньги для закопку трубы на большую глубину. Если денег и ума некуда девать, можно выкопать широкую глубокую канаву, уложить трубу, на нее утеплитель. И чего добъемся? Повышения теплосьема за счет большей температуры? Нет. Температура будет равна окружаешему грунту на глубине, соответствуюшей теплоизоляции. Т. е. если на глубине в грунте 2 м температура зимой +5,такая же будет на глубине, к примеру, 10 см, но под слоем утеплителя, соответствушему толшине грунта 2 м. Для пенопласта это примерно 4 см. Грунт будет меньше остывать? При большой глубине -нет,при малой глубине-да.Поэтому и пенопласт прикапывают слегка для экономии денег на копке канавы.

Считают на ПОГ. М трубы по всему диаметру, а не нижней ее части

 

Хорошо, можно даже полностью исключить, то есть взять для декабря-марта, когда в Москве устанавливается снежный покров, инсоляцию 0 Вт/м2
Тогда среднегодовая будет не 120 Вт/м2 а на 20-25% меньше, на величину вклада инсоляции этих зимних месяцев в общий годовой баланс на плоскую поверхность.
Даже 90 Вт/м2 и 0,06 вт/м2 настолько различаются друг от друга, что это допущение укладывается в величину погрешности измерений + наших примерных вычислений

Если снег прекрасный утеплитель, с чем я абсолютно с Вами согласен, то зачем нужен дополнительный теплоизолятор на трубах сверху?

Вот если бы снега не было, тогда теплоизолятор на зиму может и нужен, если трубы задумали расположить в приповерхностном слое грунта, так как суточные теплопотери от верхнего слоя слоя земли в атмосферу зимой превышают суточную долю солнечной инсоляции.
Поэтому верхний слой земли и промерзает.
Но промерзает к концу зимы только на глубину промерзания для данного региона определяемую СНиП-ами для "... оголенной от снега открытой площадке...".
Для некоторых ответственных строительных конструкций применяют повышающие коэффициенты.
Под снегом грунт промерзает намного меньше.
По всем рекомендациям трубы для горизонтальных коллекторов следует закапывать ниже глубины промерзания. Если они будут под снегом, то можно закапывать не по СНиПам, это не фундаменты, а на реальную глубину промерзания.
Я думаю выше реальной глубины промерзания (а для МО под снегом не более 0,5-0,7 м) никто трубы закапывать всё равно не собирается, поэтому теплоизоляция сверху явно лишняя?

Вернувшись к первоначальному предмету дискуссии:

можно сказать, что всё тепло в верхних 20 метрах, если нет поблизости гейзеров и вулканов исключительно от Солнца:

 

При такой малой глубине потратить лишнюю тысячу р на теплоизоляцию совсем не лишне.

 

Так ведь считают на погонный метр длины.
Зачем переходите на м2 поверхности?

 

Да причем тут средняя-то? Про зиму речь идет...
Действительно, если есть гарантия, что над всей трубой никогда (на протяжении 50 лет) не будет дорог, дорожек, сараев и прочего, а также, что всегда будет лежать снег и за эти 50 лет климат не изменится, то, да возможно, утеплитель и не нужен. А таких гарантий быть не может... Впрочем, как и гарантий срока жизни утеплителя без ухудшения качества на срок 40-50 лет...

 

И снимать-ставить её 2 раза в год?
Тогда можно конечно.
Да и насчёт тысячи...
Сколько стоит м2 влагостойкой теплоизоляции?
А ведь закрывать трубу придётся сверху на площади в каждую сторону от трубы, соответствующей глубине промерзания грунта в этом регионе.

 

Ну так грунт хороший теплоаккумулятор и судя по графикам изменения температуры глубже 2-3 метров неплохо усредняет годовой баланс вклада/потерь солнечного тепла.
Ведь за год на один м2 поверхности земли в МО падает от Солнца более 800 кВтчас тепла, большая часть конечно летом и накапливается грунтом, водой и т. п.

 

Меня как раз интересует площадь, а не погонный метраж, так как бак с водой закопанный в землю трудно посчитать через погонный метр.
И я так и не понял, откуда и как получают такое большое значение теплового потока?

 

Что значит зачем?
Для того, чтобы понять какие цифры перевраны...
Пог. м. 110мм трубы имеет площадь поверхности 0,35 кв. метра.
При 0,06Вт/кв.м будет 0,02Вт/пог.метр. А вовсе не 20-30 Вт/пог.м...
Что-то не стыкуется и очень сильно, в 1000 раз...
Кто врет?

 

Способность грунта отдавать накопленное тепло определяется свойствами самого грунта, то есть теплопроводностью и теплоёмкостью. Один погонный метр траншеи не сможет давать больше определённого количества тепла, которое примерно равно 10-30 Вт в зависимости от влажности, состава грунта и т. п. с какой бы развитой площадью теплообмена вы туда трубу не засунули.
Будет снижаться только тепловой напор на стенке теплообменника, так как эти 10-30 Вт будут распределяться на большую площадь теплообмена.
Если попытаться снять больше, скажем подавая более холодный теплоноситель и увеличив расход его, то будет бысто падать температура грунта, так как низкая теплопроводность грунта не будет успевать восполнять потери теплоты.
Именно поэтому достаточно для теплообмена с грунтом теплопроводности ПНД и вполне хватает площади поверхности одной-двух труб диаметром 32 мм для погонного метра рассольного грунтового коллектора. Если теплоносителем будет выступать воздух, скажем для воздушного грунтового теплообменника, то слабым звеном выступает уже воздух со своей низкой теплоёмкостью и теплопроводностью и соответственно теплоотдаче стенке трубы, поэтому диаметр трубы нужно брать больше.
Общее количество тепла, снимаемого с погонного метра трубы, останется тем-же 10-30 Вт.

 

Это понятно.
Но как посчитать тепло приходящее через площадь поверхности?

 

Dekabrino, а что насчет 0,06Вт/кв.м?

 

Очень просто, берёте эти 10-30 Вт с погонного метра траншеи,
ещё раз повторю - с траншеи, а не с погонных метров труб втиснутых в метр траншеи.
Расстояние между траншеями тоже должно исключать взаимное их влияние друг на друга.
Пусть будет в нашей траншее возможный теплосъем скажем 20 Вт, без значительного снижения температуры грунта.
Делим его на площадь поверхности своих труб.
Пусть общая площадь теплообмена скажем 10-ти параллельных 32 ПНД, уложенных параллельно в погонный метр траншеи составляет 1 м2.
Тогда плотность теплового потока составит 20 Вт/м2,
при теплопроводности ПНД 0,4 Вт/(мК) и толщине стенки 3 мм потери напора на стенке будут составлять 0,15 градуса.
Если возмём одну трубу ПНД 32, то её теплообменная площадь только 0,1 м2 и при
тех же самых 20 Вт с погонного метра траншеи плотность теплового потока через стенку трубы будет уже 20/0,1= 200 Вт/м2
Соответственно потери напора будут тоже в 10 раз выше, уже 1,5 градуса при той же снимаемой мощности с грунта.
Вот и вся разница между 1м2 площади теплообмена и 0,1 м2 для траншеи с возможным теплосъемом 20 Вт с погонного метра.
И зачем там тогда в траншее больше одной 32 ПНД трубы?
Если больше 20 Вт грунт просто снимать с себя не позволяет?

Больше мощности в течении длительного периода снимать просто нельзя без снижения температуры грунта вокруг трубы, без увеличения при этом общего теплового напора между грунтом и теплоносителем и необходимостью при этом подавать ещё более холодный теплоноситель в трубу.
Что в свою очередь снижает эффективность всей системы в целом.
Если грунт позволяет снимать большую мощность при достаточной обводненности например, то при увеличении, например до 100 Вт с погонного метра траншеи на стенке нашей 32 ПНД трубе уже будет теряться 7,5 К температурного напора, что никак нельзя оставить без внимания.
Это уже очень много, с учетом потерь напора при теплообмене от внутренней стенки к жидкости и потерь температурного напора в других возможных теплообменниках эффективность низкопотенциальной системы будет никудышная.
Для 100 Вт теплосъема уже потребуется как минимум 4х40 ПНД, тогда потери напора на 3 мм стенке опять вернутся к первоначальным 1,5 К.
Если хочется ещё меньших потерь напора, можно взять стальную трубу 32 мм в одну нитку, тогда потери напора на её 3мм стенке при 100 Вт теплосъёма с погонного метра будет всего 0,075 К, так как теплопроводность стали в 100 раз лучше теплопроводности ПНД.
Но это как говорится дело вкуса и затрат.

 

Что бы получить съем 2 квт, надо уложить 100 м трубы, прогнать и подогреть 200 куб. м. воздуха с минус 30 до +1,и подать в рекуператор. Соответственно, надо из ВР выбросить 200 куб из дома и подогреть входящий до 22 градусов. По факту вряд ли кто то будет такой воздухообмен устраивать каждый час .