Sur Terre - À propos de la vie sur Terre en harmonie avec la nature. Champs thermiques à la frontière bâtiment-sol

Le plus grand défi est d'éviter la microflore pathogène. Et cela est difficile à faire dans un environnement saturé d'humidité et suffisamment chaud. Même dans les meilleures caves, il y a toujours de la moisissure. Par conséquent, nous avons besoin d'un système de nettoyage des tuyaux régulièrement utilisé contre toutes les choses désagréables qui s'accumulent sur les murs. Et ce n'est pas si facile de le faire avec un dépôt de 3 mètres. Tout d'abord vient à l'esprit méthode mécanique - brosse. Quant au nettoyage des cheminées. En utilisant une sorte de chimie liquide. Ou du gaz. Si vous pompez du phosgen dans un tuyau, par exemple, tout mourra et pendant quelques mois, cela peut suffire. Mais tout gaz entre dans le produit chimique. réactions avec l'humidité dans le tuyau et, par conséquent, s'y installe, ce qui en fait de l'air pendant une longue période. Une longue aération mènera à la récupération des agents pathogènes. Cela nécessite une approche compétente avec une connaissance des produits de nettoyage modernes.

En général, je signe sous chaque mot! (Je ne sais vraiment pas de quoi être heureux ici).

Dans ce système, je vois plusieurs questions à résoudre:

1. Cet échangeur de chaleur est-il assez long pour son utilisation efficace (un effet sera, mais on ne sait pas lequel)
2. Condensation. En hiver, ce ne sera pas le cas, car de l'air froid sera pompé à travers le tuyau. Le condensat tombera de l'extérieur du tuyau - dans le sol (il fait plus chaud). Mais en été ... Le problème est de savoir comment pomper le condensat sous 3 m de profondeur - j'ai déjà pensé à faire un puits en verre scellé pour collecter le condensat sur le côté de la prise de condensat. Installez-y une pompe qui pompera périodiquement le condensat ...
3. On suppose que les tuyaux d'égout (plastique) sont scellés. Si tel est le cas, l'eau souterraine ne doit pas pénétrer et ne doit pas affecter l'humidité de l'air. Par conséquent, je suppose qu'il n'y aura pas d'humidité (comme au sous-sol). Au moins en hiver. Je pense que le sous-sol est humide à cause d'une mauvaise ventilation. La moisissure n'aime pas le soleil et les courants d'air (il y aura des courants d'air dans le tuyau). Maintenant, la question est - COMBIEN de tuyaux d'égout scellés sont dans le sol? Combien d'années dureront-ils? Le fait est que ce projet accompagne - une tranchée est creusée pour le système d'égouts (il sera à une profondeur de 1-1,2 m), puis une isolation (polystyrène expansé) et une batterie de terre boueuse). Cela signifie que ce système n'est pas réparable s'il est dépressurisé - je ne vais pas le faire cuire - je vais juste le remplir de terre et c'est tout.
4. Nettoyage des tuyaux. J'ai pensé faire un bon visionnage au point bas. maintenant il y a moins d '«intuzizisme» à ce sujet - les eaux souterraines - il se peut qu'elles soient inondées et qu'il y ait un sens ZERO. Il n'y a pas tant d'options sans puits:
et. les révisions sont faites des deux côtés (pour chaque tuyau de 110 mm), qui vont à la surface, un câble en acier inoxydable est tiré à travers le tuyau. Pour le nettoyage, nous y attachons un kvach. Moins - un tas de tuyaux pénètre dans la surface, ce qui affectera la température et les conditions hydrodynamiques de la batterie.
b. inondez périodiquement les tuyaux avec de l'eau et de l'eau de Javel, par exemple (ou un autre désinfectant), en pompant de l'eau hors du puits de condensation à l'autre extrémité des tuyaux. Puis sécher les tuyaux à l'air (peut-être en mode réactivé - de la maison vers l'extérieur, même si je n'aime pas vraiment cette idée).
5. Il n'y aura pas de moule (ébauche). mais les autres micro-organismes qui vivent dans une boisson sont très uniformes. Il y a de l'espoir pour un régime hivernal - l'air froid et sec désinfecte bien. Option de protection - un filtre à l'entrée de la batterie. Ou ultraviolet (cher)
6. Quelle est l'intensité de la circulation de l'air sur une telle structure?
Filtre (mailles fines) à l'entrée
-\u003e pivoter de 90 degrés vers le bas
-\u003e 4m tuyau 200mm vers le bas
-\u003e débit divisé en 4 tuyaux de 110 mm
-\u003e 10 mètres horizontalement
-\u003e pivoter de 90 degrés vers le bas
-\u003e 1 mètre de profondeur
-\u003e rotation de 90 degrés
-\u003e 10 mètres horizontalement
-\u003e collecte de flux dans un tuyau de 200 mm
-\u003e 2 mètres de haut
-\u003e virage à 90 degrés (en maison)
-\u003e papier filtre ou poche en tissu
-\u003e ventilateur

Nous avons des tuyaux de 25 m, 6 tours à 90 degrés (les tours peuvent être plus lisses - 2x45), 2 filtres. Je voudrais 300-400m3 / h. Débit ~ 4m / s

Au lieu d'une préface.
Des gens intelligents et bienveillants m'ont fait remarquer que ce cas ne devrait être évalué que dans un cadre non stationnaire, en raison de l'énorme inertie thermique de la terre et prendre en compte le régime annuel des changements de température. L'exemple effectué est résolu pour un champ thermique stationnaire, par conséquent, il a des résultats manifestement incorrects, il ne doit donc être considéré que comme une sorte de modèle idéalisé avec un grand nombre de simplifications montrant la distribution de la température en mode stationnaire. Donc, comme on dit, toute coïncidence est une pure coïncidence ...

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Comme d'habitude, je ne donnerai pas beaucoup de détails sur les conductivités thermiques acceptées et les épaisseurs de matériaux, je me limiterai à n'en décrire que quelques-uns, nous supposons que d'autres éléments sont aussi proches que possible de structures réelles - les caractéristiques thermophysiques sont correctement attribuées, et les épaisseurs des matériaux sont adéquates pour des cas réels de pratique de la construction. Le but de l'article est de se faire une idée du cadre de la distribution de la température à la limite Bâtiment-Sol dans diverses conditions.

Un peu de ce qui doit être dit. Les schémas calculés dans cet exemple contiennent 3 limites de température, le premier est l'air intérieur des locaux du bâtiment chauffé +20 ° C, le deuxième est l'air extérieur -10 ° C (-28 ° C) et le troisième est la température du sol. à une certaine profondeur, à laquelle il fluctue autour d'une certaine valeur constante. Dans cet exemple, la valeur de cette profondeur est de 8 m et la température de +10 o C. Ici, quelqu'un peut discuter avec moi des paramètres adoptés de la 3ème limite, mais le différend sur les valeurs exactes n'est pas la tâche de cet article, tout comme les résultats obtenus ne le sont pas prétendent être particulièrement précis et pouvoir être liés à un cas de projet spécifique. Je le répète, la tâche consiste à se faire une idée fondamentale du cadre de la distribution de la température et à vérifier certaines idées bien établies sur cette question.

Maintenant directement au point. Donc les thèses à vérifier.
1. Le sol sous le bâtiment chauffé a une température positive.
2. Profondeur normative de gel du sol (c'est plus une question qu'une affirmation). La couverture neigeuse du sol est-elle prise en compte lors de la citation des données de gel dans les rapports géologiques, car, en règle générale, la zone autour de la maison est déneigée, les chemins, les trottoirs, les zones aveugles, le stationnement, etc. sont nettoyés?

La congélation du sol est un processus dans le temps, par conséquent, pour le calcul, nous prenons la température extérieure égale à température moyenne le mois le plus froid est -10 o C. Nous prendrons le sol avec le lambda réduit \u003d 1 sur toute la profondeur.

Fig. 1. Schéma de calcul.

Fig. 2. Isolines de températures. Schéma sans couverture de neige.

En général, la température du sol sous le bâtiment est positive. Les hauts sont plus proches du centre du bâtiment, les minimums sont aux murs extérieurs. Le contour horizontal des températures nulles concerne uniquement la projection de la pièce chauffée sur le plan horizontal.
Le gel du sol loin du bâtiment (c'est-à-dire atteignant des températures négatives) se produit à une profondeur d'environ 2,4 mètres, ce qui est plus que la valeur standard pour la région sélectionnée de manière conventionnelle (1,4-1,6 m).

Ajoutez maintenant 400 mm de neige de densité moyenne avec 0,3 lambda.

Fig. 3. Isolines de températures. Disposition avec couverture de neige de 400 mm.

Les isolignes de températures positives déplacent les températures négatives à l'extérieur, seulement les températures positives sous le bâtiment.
Gel du sol sous la couverture neigeuse ~ 1,2 mètre (-0,4 m de neige \u003d 0,8 m de gel du sol). La "couverture" de neige réduit considérablement la profondeur de gel (presque 3 fois).
Apparemment, la présence de la couverture neigeuse, sa hauteur et son degré de compactage ne sont pas des valeurs constantes, donc la profondeur de congélation moyenne est dans la gamme des résultats obtenus de 2 schémas, (2,4 + 0,8) * 0,5 \u003d 1,6 mètre, ce qui correspond à la valeur standard.

Voyons maintenant ce qui se passe si de fortes gelées frappent (-28 ° C) et restent suffisamment longtemps pour que le champ thermique se stabilise, alors qu'il n'y a pas de couverture de neige autour du bâtiment.

Fig. 4. Schéma à -28 sur Sans couverture de neige.

Des températures négatives rampent sous le bâtiment, des températures positives sont pressées contre le sol de la pièce chauffée. Dans la zone des fondations, les sols gèlent. À distance du bâtiment, les sols gèlent ~ 4,7 mètres.

Voir les articles de blog précédents.

La température à l'intérieur de la terre est le plus souvent un indicateur assez subjectif, car la température exacte ne peut être appelée que dans des endroits accessibles, par exemple dans le puits de Kola (profondeur 12 km). Mais cet endroit appartient à la partie extérieure de la croûte terrestre.

Températures à différentes profondeurs de la Terre

Comme l'ont constaté les scientifiques, la température augmente de 3 degrés tous les 100 mètres de profondeur dans la Terre. Ce chiffre est constant pour tous les continents et parties. le globe... Une telle augmentation de température se produit dans la partie supérieure de la croûte terrestre, environ pendant les 20 premiers kilomètres, puis l'augmentation de température ralentit.

La plus forte augmentation a été enregistrée aux États-Unis, où les températures ont augmenté de 150 degrés pour 1000 mètres à l'intérieur des terres. La croissance la plus lente a été enregistrée en Afrique du Sud, le thermomètre n'a augmenté que de 6 degrés Celsius.

À une profondeur d'environ 35 à 40 kilomètres, la température fluctue autour de 1400 degrés. La limite entre le manteau et le noyau externe à une profondeur de 25 à 3000 km est chauffée de 2000 à 3000 degrés. Le noyau interne est chauffé à 4000 degrés. La température au centre même de la Terre, selon les dernières informations obtenues à la suite d'expériences complexes, est d'environ 6 000 degrés. Le Soleil peut se vanter de la même température à sa surface.

Températures minimales et maximales des profondeurs de la Terre

Lors du calcul de la température minimale et maximale à l'intérieur de la Terre, les données de la ceinture de température constante ne sont pas prises en compte. Dans cette ceinture, la température est constante tout au long de l'année. La ceinture est située à une profondeur de 5 mètres (tropiques) et jusqu'à 30 mètres (hautes latitudes).

La température maximale a été mesurée et enregistrée à une profondeur d'environ 6 000 mètres et était de 274 degrés Celsius. La température minimale à l'intérieur de la terre est enregistrée principalement dans les régions du nord de notre planète, où même à une profondeur de plus de 100 mètres, le thermomètre affiche des températures négatives.

D'où vient la chaleur et comment est-elle distribuée dans les entrailles de la planète

La chaleur à l'intérieur de la terre provient de plusieurs sources:

1) Désintégration des éléments radioactifs;

2) La différenciation gravitationnelle de la matière chauffée dans le noyau terrestre;

3) Frottement des marées (impact de la Lune sur la Terre, accompagné d'un ralentissement de cette dernière).

Voici quelques options pour l'apparition de chaleur dans les entrailles de la terre, mais la question de liste complète et l'exactitude de ce qui est déjà disponible est toujours ouverte.

Le flux de chaleur émanant de l'intérieur de notre planète varie en fonction des zones structurelles. Par conséquent, la distribution de la chaleur dans un endroit où se trouvent l'océan, les montagnes ou les plaines a des indicateurs complètement différents.

Imaginez une maison toujours prise en charge température confortableet aucun système de chauffage et de refroidissement n'est visible. Ce système fonctionne efficacement, mais ne nécessite pas de maintenance complexe ou de connaissances particulières de la part des propriétaires.

L'air frais, vous pouvez entendre le chant des oiseaux et le vent jouer paresseusement avec les feuilles dans les arbres. La maison reçoit l'énergie du sol, comme les feuilles, qui reçoivent l'énergie des racines. Belle photo, non?

Les systèmes de chauffage et de refroidissement géothermiques font de cette image une réalité. Le système HVAC géothermique (chauffage, ventilation et climatisation) utilise la température du sol pour fournir du chauffage en hiver et du refroidissement en été.

Comment fonctionnent le chauffage et le refroidissement géothermiques

Température environnement change avec le changement des saisons, mais la température souterraine ne change pas tellement en raison des propriétés isolantes de la terre. À une profondeur de 1,5 à 2 mètres, la température reste relativement constante tout au long de l'année. Un système géothermique consiste généralement en un équipement de traitement interne, un système de canalisations souterraines appelé boucle souterraine et / ou une pompe pour faire circuler l'eau. Le système utilise une température du sol constante pour fournir une énergie «propre et gratuite».

(Ne confondez pas le concept de système géothermique NWC avec «l'énergie géothermique», un processus dans lequel l'électricité est produite directement à partir de la chaleur du sol. Dans ce dernier cas, différents types d'équipements et d'autres processus sont utilisés, dont le but est généralement de chauffer l'eau au point d'ébullition.)

Les tuyaux qui composent la boucle souterraine sont généralement en polyéthylène et peuvent être placés horizontalement ou verticalement sous terre, selon le terrain. Si un aquifère est disponible, les ingénieurs peuvent concevoir un système en «boucle ouverte» en forant un puits jusqu'aux eaux souterraines. L'eau est pompée, passée à travers un échangeur de chaleur, puis pompée dans le même aquifère par «réinjection».

En hiver, l'eau, passant par une boucle souterraine, absorbe la chaleur de la terre. L'équipement intérieur augmente encore la température et la répartit dans tout le bâtiment. C'est comme un climatiseur fonctionnant dans l'autre sens. En été, le système géothermique NWC tire l'eau à haute température du bâtiment et la transporte à travers une boucle / pompe souterraine vers un puits de réinjection, d'où l'eau pénètre dans le sol / aquifère plus frais.

Contrairement aux systèmes de chauffage et de refroidissement conventionnels, les systèmes géothermiques NVC n'utilisent pas de combustibles fossiles pour générer de la chaleur. Ils prennent simplement la chaleur du sol. En règle générale, l'électricité n'est utilisée que pour faire fonctionner le ventilateur, le compresseur et la pompe.

Il existe trois composants principaux dans un système de refroidissement et de chauffage géothermique: une pompe à chaleur, un fluide caloporteur liquide (système ouvert ou fermé) et un système d'alimentation en air (système de tuyauterie).

Pour les pompes à chaleur géothermiques, ainsi que pour tous les autres types de pompes à chaleur, le rapport entre leur efficacité et l'énergie dépensée pour cette action (efficacité) a été mesuré. La plupart des systèmes de pompe à chaleur géothermique ont des rendements entre 3,0 et 5,0. Cela signifie que le système convertit une unité d'énergie en 3 à 5 unités de chaleur.

Les systèmes géothermiques sont faciles à entretenir. Correctement installée, ce qui est très important, la boucle souterraine peut fonctionner correctement pendant plusieurs générations. Le ventilateur, le compresseur et la pompe sont logés dans un espace clos et protégés des conditions météorologiques changeantes, de sorte que leur durée de vie peut durer de nombreuses années, souvent des décennies. Les contrôles périodiques de routine, le remplacement du filtre en temps opportun et le nettoyage annuel du serpentin sont le seul entretien requis.

Expérience dans l'utilisation de systèmes NVK géothermiques

Les systèmes géothermiques NVC sont utilisés depuis plus de 60 ans dans le monde. Ils travaillent avec la nature, pas contre elle, et ils n'émettent pas de gaz à effet de serre (comme indiqué précédemment, ils utilisent moins d'électricité car ils utilisent une température de la terre constante).

Les systèmes HVAC géothermiques deviennent de plus en plus des attributs des maisons durables dans le cadre du mouvement croissant de construction écologique. Les projets verts représentaient 20% de toutes les maisons construites aux États-Unis l'année dernière... Un article du Wall Street Journal indique que le budget de la construction écologique passera de 36 milliards de dollars par an à 114 milliards de dollars d'ici 2016. Cela représentera 30 à 40% du marché immobilier total.

Mais la plupart des informations sur le chauffage et le refroidissement géothermiques sont basées sur des données obsolètes ou des mythes infondés.

Briser les mythes sur les systèmes NVC géothermiques

1. Les systèmes HVAC géothermiques ne sont pas une technologie renouvelable car ils utilisent l'électricité.

Réalité: Les systèmes CVC géothermiques n'utilisent qu'une seule unité d'électricité pour générer jusqu'à cinq unités de refroidissement ou de chauffage.

2. Les énergies solaire et éolienne sont des technologies renouvelables plus favorables que les systèmes géothermiques NVC.

Réalité: Les systèmes de CVC géothermiques recyclent quatre fois plus de kilowattheures pour un dollar que l'énergie solaire ou éolienne pour le même dollar. Ces technologies peuvent bien entendu jouer un rôle important pour l'environnement, mais un système de CNV géothermique est souvent le moyen le plus efficace et le plus rentable de réduire l'impact environnemental.

3. Le système géothermique NVC nécessite beaucoup d'espace pour accueillir les tuyaux en polyéthylène de la boucle souterraine.

Fait: Selon le terrain, la boucle souterraine peut être positionnée verticalement, ce qui signifie qu'une petite surface est nécessaire. S'il y a un aquifère accessible, alors seulement quelques pieds carrés sont nécessaires à la surface. Notez que l'eau retourne dans le même aquifère d'où elle a été prélevée après avoir traversé l'échangeur de chaleur. Ainsi, l'eau n'est pas une eau usée et ne pollue pas l'aquifère.

4. Les pompes à chaleur géothermiques NVK sont bruyantes.

Fait: Les systèmes sont très silencieux et il n'y a aucun équipement à l'extérieur pour ne pas déranger les voisins.

5. Les systèmes géothermiques seront finalement effacés.

Réalité: les boucles souterraines peuvent durer des générations. L'équipement de transfert de chaleur dure généralement des décennies car il est protégé à l'intérieur. Lorsque vient le temps du remplacement de l'équipement nécessaire, le coût d'un tel remplacement est bien inférieur à celui d'un neuf. système géothermiquecar la boucle souterraine et le forage sont les parties les plus chères. De nouvelles solutions techniques éliminent le problème de la rétention de chaleur dans le sol, de sorte que le système peut échanger des températures de manière illimitée. Dans le passé, il y a eu des cas de systèmes mal calculés qui ont effectivement surchauffé ou surrefroidi le sol à un point tel qu'il n'y avait plus la différence de température requise pour que le système fonctionne.

6. Les systèmes HVAC géothermiques fonctionnent uniquement pour le chauffage.

Réalité: Ils fonctionnent tout aussi efficacement pour le refroidissement et peuvent être conçus de manière à ce qu'il n'y ait pas besoin d'une source de chaleur d'appoint supplémentaire. Bien que certains clients décident qu'il est plus économique d'avoir un petit système de secours pour les périodes les plus froides. Cela signifie que leur boucle souterraine sera plus petite et donc moins chère.

7. Les systèmes HVAC géothermiques ne peuvent pas simultanément chauffer l'eau domestique, chauffer l'eau de piscine et chauffer une maison.

Réalité: Les systèmes peuvent être conçus pour exécuter de nombreuses fonctions en même temps.

8. Les systèmes géothermiques NVH polluent le sol avec des réfrigérants.

Réalité: la plupart des systèmes n'utilisent que de l'eau dans les charnières.

9. Les systèmes géothermiques NVC utilisent beaucoup d'eau.

Réalité: les systèmes géothermiques ne consomment pas réellement d'eau. Si l'eau souterraine est utilisée pour échanger la température, alors toute l'eau est renvoyée dans le même aquifère. Dans le passé, il y avait en effet des systèmes qui gaspillaient de l'eau après son passage dans un échangeur de chaleur, mais de tels systèmes sont à peine utilisés aujourd'hui. D'un point de vue commercial, les systèmes géothermiques NVC économisent en fait des millions de litres d'eau qui se seraient évaporés dans les systèmes traditionnels.

10. La technologie NVK géothermique n'est pas viable financièrement sans incitations fiscales nationales et régionales.

Réalité: les incitations nationales et régionales vont généralement de 30 à 60 pour cent du coût total d'un système géothermique, ce qui peut souvent ramener le prix initial à près du prix de l'équipement conventionnel. la norme systèmes d'air Les CVC coûtent environ 3 000 $ par tonne de chaleur ou de froid (les maisons utilisent généralement une à cinq tonnes). Le prix des systèmes géothermiques NVK varie d'environ 5 000 dollars la tonne à 8 000 à 9 000 dollars. Cependant, les nouvelles méthodes d'installation réduisent considérablement les coûts, jusqu'au prix des systèmes conventionnels.

Vous pouvez également réduire les coûts grâce à des remises sur les équipements à usage public ou commercial, ou même pour les commandes importantes de nature domestique (en particulier de grandes marques telles que Bosch, Carrier et Trane). Les boucles ouvertes, utilisant une pompe et des puits de réinjection, sont moins chères à installer que les systèmes fermés.

Basé sur des matériaux: energyblog.nationalgeographic.com

La couche superficielle du sol terrestre est un accumulateur de chaleur naturel. La principale source d'énergie thermique entrant dans les couches supérieures de la Terre est radiation solaire... À une profondeur d'environ 3 m ou plus (sous le niveau de congélation), la température du sol ne change pratiquement pas au cours de l'année et est approximativement égale à la température annuelle moyenne de l'air extérieur. À une profondeur de 1,5 à 3,2 m en hiver, la température varie de +5 à + 7 ° C, et en été de +10 à + 12 ° C.Avec cette chaleur, vous pouvez empêcher la maison de geler en hiver, et l'empêcher de surchauffer au-dessus de 18 en été. -20 ° C

Le plus de manière simple L'utilisation de la chaleur terrestre est l'utilisation d'un échangeur de chaleur du sol (PHE). Sous le sol, en dessous du niveau de congélation du sol, un système de conduits d'air est posé, qui remplissent la fonction d'un échangeur de chaleur entre le sol et l'air qui passe à travers ces conduits d'air. En hiver, l'air froid entrant qui entre et passe à travers les tuyaux est chauffé et en été, il est refroidi. Avec un placement rationnel des conduits d'air, une quantité importante d'énergie thermique peut être extraite du sol avec une faible consommation d'électricité.

Un échangeur de chaleur pipe-in-pipe peut être utilisé. Les conduits d'air internes en acier inoxydable agissent ici comme des récupérateurs.

Refroidissement en été

Travail hors saison

Économies en hiver

Comment sont calculés les coûts de chauffage et de climatisation de l'air

En basse saison, dans les 180 jours, la température moyenne quotidienne est de + 5 ° C - elle doit être chauffée à + 20 ° C.Les coûts prévus sont de 3305 kWh, et les systèmes géothermiques réduiront les coûts de 1322 ou 1102 kWh.

En été, pendant 60 jours, la température moyenne journalière est d'environ + 20 ° C, mais pendant 8 heures, elle est de + 26 ° C.Le coût du refroidissement sera de 206 kW * h, et le système géothermique réduira les coûts de 137 kW * h.

Tout au long de l'année, le fonctionnement d'un tel système géothermique est évalué à l'aide du coefficient - SPF (facteur de puissance saisonnier), qui est défini comme le rapport entre la quantité d'énergie thermique reçue et la quantité d'électricité consommée, en tenant compte des variations saisonnières de la température air / sol.

Pour obtenir 2634 kWh de puissance thermique du sol, l'unité de ventilation utilise 635 kWh d'électricité par an. SPF \u003d 2634/635 \u003d 4,14.
Basé sur des matériaux.