On Earth - Sobre a vida na Terra em harmonia com a Natureza. Campos térmicos na fronteira Edifício-Terreno

O maior desafio é evitar a microflora patogênica. E isso é difícil de fazer em um ambiente saturado de umidade e quente o suficiente. Mesmo nas melhores caves, sempre há bolor. Portanto, precisamos de um sistema de limpeza de canos usado regularmente de qualquer coisa desagradável que se acumule nas paredes. E não é tão fácil fazer isso com um depósito de 3 metros. Em primeiro lugar vem à mente método mecânico - escova. Quanto à limpeza de chaminés. Usando algum tipo de química líquida. Ou gás. Se você bombear o phosgen pelo tubo, por exemplo, tudo morrerá e por alguns meses isso pode ser o suficiente. Mas qualquer gás entra no produto químico. reage com a umidade no tubo e, consequentemente, se acomoda nele, o que o deixa arejado por um longo tempo. A aeração prolongada levará à recuperação de patógenos. Aqui você precisa de uma abordagem competente com conhecimento de produtos de limpeza modernos.

Em geral, eu assino abaixo de cada palavra! (Eu realmente não sei por que ficar feliz aqui).

Neste sistema, vejo várias questões a serem resolvidas:

1. Este trocador de calor é longo o suficiente para seu uso eficaz (algum efeito será, mas não está claro qual)
2. Condensação. No inverno, não estará lá, pois o ar frio será bombeado pelo tubo. O condensado cairá de fora do tubo - no solo (é mais quente). Mas no verão ... O problema é COMO bombear condensado abaixo de 3m de profundidade - Já pensei em fazer um poço hermético para coletar condensado na lateral da entrada de condensado. Instale uma bomba nele, que irá bombear periodicamente o condensado ...
3. Presume-se que as tubulações de esgoto (plástico) estão vedadas. Nesse caso, a água subterrânea ao redor não deve penetrar e não deve afetar a umidade do ar. Portanto, suponho que não haverá umidade (como no porão). Pelo menos no inverno. Acho que o porão está úmido devido à ventilação insuficiente. O molde não gosta do sol e das correntes de ar (haverá correntes de ar no tubo). E agora a questão é - QUANTOS canos de esgoto selados existem no solo? Quantos anos eles vão durar? O fato é que este projeto é acompanhante - é cavada uma vala para a rede de esgoto (será a uma profundidade de 1-1,2 m), depois o isolamento (poliestireno expandido) e uma bateria de terra lamacenta). Isso significa que este sistema não é reparável se estiver despressurizado - não vou assá-lo - vou apenas enchê-lo com terra e pronto.
4. Limpeza da tubulação. Pensei em fazer uma visualização bem no ponto inferior. agora há menos "intuzizizm" neste assunto - lençóis freáticos - pode acontecer que seja inundado e haverá ZERO. Não há tantas opções sem um poço:
e. revisões são feitas em ambos os lados (para cada tubo de 110mm), que vão para a superfície, um cabo inoxidável é puxado através do tubo. Para limpeza, anexamos um kvach a ele. Menos - um monte de tubos entra na superfície, o que afetará a temperatura e o regime hidrodinâmico da bateria.
b. inundar periodicamente as tubulações com água e alvejante, por exemplo (ou outro desinfetante), bombeando a água do poço de condensação na outra extremidade das tubulações. Em seguida, secar os canos com ar (talvez em um modo revivido - de casa para fora, embora eu realmente não goste dessa ideia).
5. Não haverá molde (esboço). mas outros microrganismos que vivem em pili são muito uniformes. Há esperança para um regime de inverno - o ar frio e seco desinfeta bem. Opção para proteger - um filtro na entrada da bateria. Ou ultravioleta (caro)
6. Quão intenso é conduzir o ar sobre tal estrutura?
Filtro (malha fina) na entrada
-\u003e girar 90 graus para baixo
-\u003e 4m 200mm tubo para baixo
-\u003e dividir o fluxo em 4 tubos de 110 mm
-\u003e 10 metros horizontalmente
-\u003e girar 90 graus para baixo
-\u003e 1 metro para baixo
-\u003e rotação de 90 graus
-\u003e 10 metros horizontalmente
-\u003e coleta de fluxo em um tubo de 200 mm
-\u003e 2 metros de altura
-\u003e curva de 90 graus (para dentro da casa)
-\u003e papel de filtro ou bolso de pano
-\u003e fã

Temos tubos de 25m, 6 voltas a 90 graus (as voltas podem ser mais suaves - 2x45), 2 filtros. Eu gostaria de 300-400m3 / h. Taxa de fluxo ~ 4m / s

Em vez de um prefácio.
Pessoas espertas e benevolentes me indicaram que este caso deve ser avaliado apenas em um cenário não estacionário, devido à enorme inércia térmica da terra e levar em consideração o regime anual de mudanças de temperatura. O exemplo executado é resolvido para um campo térmico estacionário, portanto, tem resultados obviamente incorretos, portanto deve ser considerado apenas como uma espécie de modelo idealizado com um grande número de simplificações mostrando a distribuição da temperatura no modo estacionário. Então, como se costuma dizer, quaisquer coincidências são pura coincidência ...

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Como de costume, não vou dar muitos detalhes sobre as condutividades térmicas aceitas e espessuras de materiais, vou me limitar a descrever apenas alguns, assumimos que outros elementos são o mais próximo possível de estruturas reais - as características termofísicas são atribuídas corretamente e as espessuras dos materiais são adequadas para casos reais de prática de construção. O objetivo do artigo é ter uma ideia geral da distribuição da temperatura no limite Edifício-Terreno sob várias condições.

Um pouco sobre o que precisa ser dito. Os esquemas calculados neste exemplo contêm 3 limites de temperatura, o primeiro é o ar interno das instalações do edifício aquecido +20 ° C, o segundo é o ar externo -10 ° C (-28 ° C), e o terceiro é a temperatura no solo a uma certa profundidade, na qual flutua em torno de um certo valor constante. Neste exemplo, o valor desta profundidade é de 8m e a temperatura é de +10 o C. Aqui alguém pode argumentar comigo sobre os parâmetros adotados do 3º limite, mas a disputa sobre os valores exatos não é a tarefa deste artigo, assim como os resultados obtidos não o são. afirmam ser particularmente precisos e capazes de ser vinculados a um caso específico de projeto. Repito, a tarefa é obter uma ideia básica e fundamental da distribuição da temperatura e verificar algumas ideias bem estabelecidas sobre este assunto.

Agora, direto ao ponto. Portanto, as teses a serem verificadas.
1. O solo sob o edifício aquecido tem uma temperatura positiva.
2. Profundidade normativa de congelamento do solo (esta é mais uma questão do que uma declaração). A cobertura de neve do solo é levada em consideração ao citar dados de congelamento em relatórios geológicos, porque geralmente a área ao redor da casa está limpa de neve, caminhos, calçadas, áreas cegas, estacionamento, etc. são limpos?

O congelamento do solo é um processo no tempo, portanto, para o cálculo, tomamos a temperatura externa igual a temperatura média o mês mais frio é -10 o C. Levaremos o solo com o lambda \u003d 1 reduzido para toda a profundidade.

Figura 1. Esquema de cálculo.

Figura 2. Isolinas de temperaturas. Esquema sem cobertura de neve.

Em geral, a temperatura do solo sob o edifício é positiva. Os altos estão mais próximos do centro do edifício, os mínimos estão nas paredes externas. O contorno horizontal de temperatura zero diz respeito apenas à projeção da sala aquecida no plano horizontal.
O congelamento do solo longe da construção (ou seja, atingindo temperaturas negativas) ocorre a uma profundidade de ~ 2,4 metros, que é mais do que o valor padrão para a região convencionalmente selecionada (1,4-1,6 m).

Agora adicione 400 mm de neve de densidade média com 0,3 lambda.

Fig. 3. Isolinas de temperaturas. Layout com cobertura de neve de 400 mm.

Isolinas de temperaturas positivas deslocam temperaturas negativas externas, apenas temperaturas positivas sob o edifício.
Congelamento do solo sob cobertura de neve ~ 1,2 metros (-0,4m de neve \u003d 0,8m de congelamento do solo). O "cobertor" de neve reduz significativamente a profundidade de congelamento (quase 3 vezes).
Aparentemente, a presença de cobertura de neve, sua altura e grau de compactação não são valores constantes, pois a profundidade média de congelamento está na faixa dos resultados obtidos em 2 esquemas, (2,4 + 0,8) * 0,5 \u003d 1,6 metros, que corresponde ao valor padrão.

Agora vamos ver o que acontece se as geadas severas atingirem (-28 o C) e permanecerem por tempo suficiente para o campo térmico se estabilizar, enquanto não houver cobertura de neve ao redor do edifício.

Fig. 4. Esquema em -28 sobre Sem cobertura de neve.

As temperaturas negativas sobem sob o edifício, as temperaturas positivas pressionam o chão da sala aquecida. Na área das fundações, os solos congelam. À distância do edifício, os solos congelam ~ 4,7 metros.

Veja as postagens anteriores do blog.

A temperatura no interior da terra é na maioria das vezes um indicador bastante subjetivo, uma vez que a temperatura exata só pode ser chamada em locais acessíveis, por exemplo, no poço Kola (profundidade 12 km). Mas este lugar pertence à parte externa da crosta terrestre.

Temperaturas em diferentes profundidades da Terra

Como os cientistas descobriram, a temperatura aumenta 3 graus a cada 100 metros de profundidade na Terra. Este valor é constante para todos os continentes e partes. o Globo... Esse aumento de temperatura ocorre na parte superior da crosta terrestre, aproximadamente durante os primeiros 20 quilômetros, então o aumento da temperatura diminui.

O maior aumento foi registrado nos Estados Unidos, onde as temperaturas aumentaram 150 graus por 1000 metros no interior. O crescimento mais lento foi registrado em África do Sul, o termômetro aumentou apenas 6 graus Celsius.

A uma profundidade de cerca de 35-40 quilômetros, a temperatura oscila em torno de 1400 graus. A fronteira entre o manto e o núcleo externo a uma profundidade de 25 a 3.000 km é aquecida de 2.000 a 3.000 graus. O núcleo interno é aquecido a 4000 graus. A temperatura no centro da Terra, de acordo com as últimas informações obtidas como resultado de experimentos complexos, é de cerca de 6.000 graus. O Sol pode se orgulhar da mesma temperatura em sua superfície.

Temperaturas mínimas e máximas das profundidades da Terra

Ao calcular a temperatura mínima e máxima no interior da Terra, os dados da faixa de temperatura constante não são levados em consideração. Nesse cinturão, a temperatura é constante ao longo do ano. O cinturão está localizado a uma profundidade de 5 metros (trópicos) e até 30 metros (latitudes elevadas).

A temperatura máxima foi medida e registrada a uma profundidade de cerca de 6.000 metros e foi de 274 graus Celsius. A temperatura mínima no interior da Terra é registrada principalmente nas regiões setentrionais do nosso planeta, onde mesmo a uma profundidade de mais de 100 metros o termômetro mostra temperaturas negativas.

De onde vem o calor e como ele se distribui nas entranhas do planeta

O calor dentro da terra vem de várias fontes:

1) Decadência de elementos radioativos;

2) A diferenciação gravitacional da matéria aquecida no núcleo da Terra;

3) Atrito de maré (o impacto da Lua na Terra, acompanhado por uma desaceleração desta última).

Essas são algumas opções para a ocorrência de calor nas entranhas da terra, mas a questão do lista completa e a correção do que já está disponível ainda está em aberto.

O fluxo de calor que emana das entranhas de nosso planeta varia dependendo das zonas estruturais. Portanto, a distribuição do calor em um local onde o oceano, montanhas ou planícies estão localizados tem indicadores completamente diferentes.

Imagine uma casa que sempre tem suporte temperatura confortávele nenhum sistema de aquecimento e refrigeração é visível. Este sistema funciona de forma eficiente, mas não requer manutenção complexa ou conhecimento especial dos proprietários.

Ar puro, você pode ouvir o chilrear dos pássaros e o vento brincando preguiçosamente com as folhas das árvores. A casa recebe energia do solo, como as folhas, que recebem energia das raízes. Bela foto, não é?

Os sistemas geotérmicos de aquecimento e resfriamento tornam essa imagem uma realidade. O sistema HVAC geotérmico (aquecimento, ventilação e ar condicionado) usa a temperatura do solo para fornecer aquecimento no inverno e resfriamento no verão.

Como funciona o aquecimento e resfriamento geotérmico

Temperatura meio Ambiente muda com a mudança das estações, mas a temperatura subterrânea não muda tanto devido às propriedades isolantes da terra. A uma profundidade de 1,5-2 metros, a temperatura permanece relativamente constante ao longo do ano. Um sistema geotérmico normalmente consiste em um equipamento de tratamento interno, um sistema de tubulação subterrâneo denominado loop subterrâneo e / ou uma bomba para circular a água. O sistema usa uma temperatura constante do solo para fornecer energia "limpa e gratuita".

(Não confunda o conceito de um sistema NVC geotérmico com "energia geotérmica", um processo no qual a eletricidade é gerada diretamente a partir do calor da terra. No último caso, diferentes tipos de equipamentos e outros processos são usados, cujo objetivo é geralmente aquecer água até seu ponto de ebulição.)

As tubulações que compõem a alça subterrânea são geralmente feitas de polietileno e podem ser colocadas horizontal ou verticalmente no subsolo, dependendo do terreno. Se um aquífero estiver disponível, os engenheiros podem projetar um sistema de “ciclo aberto” perfurando um poço até o lençol freático. A água é bombeada para fora, passada por um trocador de calor e, em seguida, bombeada para o mesmo aquífero por meio de "reinjeção".

No inverno, a água, passando por um circuito subterrâneo, absorve o calor da terra. O equipamento interno aumenta ainda mais a temperatura e a distribui por todo o edifício. É como um ar condicionado funcionando ao contrário. No verão, o sistema geotérmico NWC retira água de alta temperatura do edifício e a transporta através de um circuito / bomba subterrânea para um poço de reinjeção, de onde a água entra no solo / aquífero mais frio.

Ao contrário dos sistemas convencionais de aquecimento e resfriamento, os sistemas NVC geotérmicos não usam combustíveis fósseis para gerar calor. Eles simplesmente absorvem o calor do solo. Normalmente, a eletricidade é usada apenas para fazer funcionar o ventilador, o compressor e a bomba.

Existem três componentes principais em um sistema de resfriamento e aquecimento geotérmico: uma bomba de calor, um meio líquido de troca de calor (sistema aberto ou fechado) e um sistema de suprimento de ar (sistema de tubulação).

Para bombas de calor de fonte subterrânea, bem como para todos os outros tipos de bombas de calor, foi medido o rácio entre a sua eficiência e a energia despendida para esta ação (eficiência). A maioria dos sistemas de bomba de calor geotérmica têm eficiências entre 3,0 e 5,0. Isso significa que o sistema converte uma unidade de energia em 3-5 unidades de calor.

Os sistemas geotérmicos são fáceis de manter. Instalado corretamente, o que é muito importante, o loop subterrâneo pode funcionar adequadamente por várias gerações. O ventilador, o compressor e a bomba ficam alojados em um espaço fechado e protegidos das mudanças nas condições climáticas, de modo que sua vida útil pode durar muitos anos, geralmente décadas. Verificações periódicas de rotina, substituição oportuna do filtro e limpeza anual da bobina são as únicas manutenções necessárias.

Experiência no uso de sistemas NVK geotérmicos

Os sistemas NVC geotérmicos estão em uso há mais de 60 anos em todo o mundo. Eles trabalham com a natureza, não contra ela, e não emitem gases de efeito estufa (como observado anteriormente, eles usam menos eletricidade porque usam uma temperatura constante da terra).

Os sistemas NVC geotérmicos estão cada vez mais se tornando atributos de casas sustentáveis \u200b\u200bcomo parte do crescente movimento de construção verde. Projetos verdes representaram 20 por cento de todas as casas construídas nos EUA ano passado... Um artigo no Wall Street Journal diz que o orçamento para edifícios verdes crescerá de US $ 36 bilhões por ano para US $ 114 bilhões em 2016. Isso representará 30-40% do mercado imobiliário total.

Mas muitas das informações sobre aquecimento e resfriamento geotérmico são baseadas em dados desatualizados ou mitos infundados.

Revirando mitos sobre sistemas NVC geotérmicos

1. Os sistemas HVAC geotérmicos não são uma tecnologia renovável porque usam eletricidade.

Fato: os sistemas HVAC geotérmicos usam apenas uma unidade de eletricidade para gerar até cinco unidades de resfriamento ou aquecimento.

2. A energia solar e eólica são tecnologias renováveis \u200b\u200bmais favoráveis \u200b\u200bdo que os sistemas NVC geotérmicos.

Fato: os sistemas HVAC geotérmicos reciclam quatro vezes mais quilowatt-hora por um dólar do que a energia solar ou eólica pelo mesmo dólar. Essas tecnologias podem, é claro, desempenhar um papel importante para o meio ambiente, mas um sistema NVC geotérmico é freqüentemente a maneira mais eficiente e econômica de reduzir o impacto ambiental.

3. O sistema NVC geotérmico requer muito espaço para acomodar os tubos de polietileno de loop subterrâneo.

Fato: Dependendo do terreno, o loop subterrâneo pode ser posicionado verticalmente, o que significa que uma pequena área de superfície é necessária. Se houver um aquífero acessível, apenas alguns metros quadrados serão necessários na superfície. Observe que a água retorna ao mesmo aqüífero de onde foi retirada após passar pelo trocador de calor. Assim, a água não é água residual e não polui o aqüífero.

4. As bombas de calor de fonte subterrânea NVK são barulhentas.

Fato: Os sistemas são muito silenciosos e não há equipamentos externos para não incomodar os vizinhos.

5. Os sistemas geotérmicos serão eventualmente apagados.

Fato: os loops subterrâneos podem durar gerações. O equipamento de transferência de calor normalmente dura décadas, pois é protegido em ambientes internos. Quando chega a hora da substituição do equipamento necessário, o custo dessa substituição é muito menor do que um novo. sistema geotérmicoporque o circuito subterrâneo e o poço são as partes mais caras. Novas soluções técnicas eliminam o problema de retenção de calor no solo, de forma que o sistema pode trocar temperaturas de forma ilimitada. No passado, houve casos de sistemas mal calculados que realmente superaqueceram ou resfriaram o solo a tal ponto que não havia mais a diferença de temperatura necessária para o funcionamento do sistema.

6. Os sistemas HVAC geotérmicos funcionam apenas para aquecimento.

Fato: Eles funcionam com a mesma eficiência para resfriamento e podem ser projetados de forma que não haja necessidade de uma fonte de calor de reserva adicional. Embora alguns clientes decidam que é mais econômico ter um pequeno sistema de backup para os horários mais frios. Isso significa que seu loop subterrâneo será menor e, portanto, mais barato.

7. Os sistemas HVAC geotérmicos não podem aquecer simultaneamente água doméstica, água de piscina e uma casa.

Fato: os sistemas podem ser projetados para executar várias funções ao mesmo tempo.

8. Os sistemas NVH geotérmicos poluem o solo com refrigerantes.

Fato: a maioria dos sistemas usa apenas água nas dobradiças.

9. Os sistemas geotérmicos NWC usam muita água.

Fato: os sistemas geotérmicos não consomem realmente água. Se a água subterrânea é usada para trocar temperatura, toda a água é devolvida ao mesmo aquífero. No passado, havia de fato alguns sistemas que desperdiçavam água depois que ela passava por um trocador de calor, mas esses sistemas dificilmente são usados \u200b\u200bhoje. Do ponto de vista comercial, os sistemas NVC geotérmicos economizam milhões de litros de água que teriam evaporado nos sistemas tradicionais.

10. A tecnologia NVK geotérmica não é financeiramente viável sem incentivos fiscais estaduais e regionais.

Fato: Os incentivos nacionais e regionais normalmente variam de 30 a 60 por cento do custo total de um sistema geotérmico, o que muitas vezes pode trazer o preço inicial para perto do preço do equipamento convencional. Padrão sistemas de ar Os HVACs custam aproximadamente US $ 3.000 por tonelada de calor ou frio (as casas normalmente usam de uma a cinco toneladas). O preço dos sistemas NVK geotérmicos varia de aproximadamente US $ 5.000 por tonelada a 8.000-9.000. No entanto, novos métodos de instalação reduzem significativamente os custos, chegando ao preço dos sistemas convencionais.

Também pode reduzir o custo através de descontos em equipamentos de uso público ou comercial, ou mesmo para grandes encomendas de carácter doméstico (especialmente de grandes marcas como Bosch, Carrier e Trane). Loops abertos, usando uma bomba e poços de reinjeção, são mais baratos de instalar do que sistemas fechados.

Com base em materiais: energyblog.nationalgeographic.com

A camada superficial do solo terrestre é um acumulador natural de calor. A principal fonte de energia térmica que entra nas camadas superiores da Terra é radiação solar... A uma profundidade de cerca de 3 m ou mais (abaixo do nível de congelamento), a temperatura do solo praticamente não muda durante o ano e é aproximadamente igual à temperatura média anual do ar externo. A uma profundidade de 1,5-3,2 m no inverno, a temperatura varia de +5 a + 7 ° C, e no verão de +10 a + 12 ° C. Com esse calor, você pode evitar que a casa congele no inverno e que superaqueça acima de 18 ° C no verão. -20 ° C

A maioria de uma forma simples O uso do calor da terra é o uso de um trocador de calor do solo (PHE) Sob o solo, abaixo do nível de congelamento do solo, é instalado um sistema de dutos de ar, que desempenham a função de trocador de calor entre o solo e o ar que passa por esses dutos de ar. No inverno, o ar frio que entra e passa pelos canos é aquecido e, no verão, resfriado. Com uma colocação racional dos dutos de ar, uma quantidade significativa de energia térmica pode ser retirada do solo com pouco consumo de eletricidade.

Um trocador de calor pipe-in-pipe pode ser usado. Os dutos de ar internos de aço inoxidável atuam como recuperadores aqui.

Refrescando no verão

Trabalho fora de época

Poupança no inverno

Como os custos de aquecimento e resfriamento do ar são calculados

Na entressafra, dentro de 180 dias, a temperatura média diária é de + 5 ° C - precisa ser aquecida a + 20 ° C. Os custos planejados são 3.305 kWh, e os sistemas geotérmicos reduzirão os custos em 1.322 ou 1.102 kWh.

No verão, por 60 dias, a temperatura média diária é de cerca de + 20 ° C, mas por 8 horas fica dentro de + 26 ° C. O custo de resfriamento será de 206 kW * h, e o sistema geotérmico reduzirá os custos em 137 kW * h.

Ao longo do ano, a operação de tal sistema geotérmico é avaliada usando o coeficiente - SPF (fator de potência sazonal), que é definido como a razão entre a quantidade de energia térmica recebida e a quantidade de eletricidade consumida, levando em consideração as mudanças sazonais na temperatura do ar / solo.

Para obter 2.634 kWh de energia térmica do solo, a unidade de ventilação usa 635 kWh de eletricidade por ano. SPF \u003d 2634/635 \u003d 4,14.
Baseado em materiais.