Що таке пасивні кондиціонери, принцип роботи, будівельний портал

З настанням спекотного літа неминуче виникає проблема кондиціонування повітря. Хоч і не у всіх регіонах, але все ж в дуже багатьох жаркий сперте повітря - цілком реальна проблема, яка може доставляти неприємності вдома або в офісі. Щоб розв'язати цю проблему, можна купити звичайний кондиціонер, який ще називають спліт-системою. Але вони досить дорого коштують самі по собі, і до того ж споживають багато електроенергії, що позначається на витратах. Не завжди використання звичайних кондиціонерів доцільно і виправдано, іноді значно вигідніше встановити в будинку кондиціонер пасивного охолодження. У даній статті ми розкриємо, що собою представляють пасивні кондиціонери і який принцип їх роботи.

З чого складається пасивний кондиціонер

Кондиціонування повітря може здійснюватися різними способами. І ми звикли, що кондиціонер являє собою таку довгасту штуку, яку вішають під стелею. З неї дме холодне повітря, а зовні стіни будинку розташована коробка з вентилятором, з якої капає конденсат. Так ось пасивні кондиціонери влаштовані зовсім по-іншому.

Найпростіший і відносно дешевий варіант облаштування пасивного кондиціонера складається з таких елементів:

Геотермальний контур (свердловина в землі).
Фанкойл.
Циркуляційний насос.
Теплоносій в контурі.

Така система здатна знижувати температуру в приміщенні на 4 - 6 ° С і має потужність від 1 до 2 кВт. Показник в 2 і більше кВт зазвичай заявляють виробники систем, але насправді багато що залежить від регіону, структури грунту і загальної температури в регіоні, як повітря, так і грунту. Але на 1 кВт потужності можна розраховувати сміливо.

Якщо потужності такої системи недостатньо, в неї додається тепловий насос. Коштує такий агрегат дорого і окупається довго. Але якщо спочатку створити систему опалення та кондиціонування на основі теплового насоса з геотермальних контуром, то виходить цілком вигідно. Використовувати ж тепловий насос тільки для охолодження повітря влітку не вигідно. Зверніть увагу, що не вигідно не тому, що витрати на електроенергію та інші витрати високі, а тому що початкова вартість теплового насоса дуже велика.

Отже, давайте розглянемо елементи пасивного кондиціонера докладніше.

Геотермальний контур і свердловина

Геотермальний контур являє собою вертикальну свердловину в землі. Чим глибше свердловина, тим більше теплової енергії можна з неї витягти. Наприклад, свердловина глибиною 40 м може дати 2 кВт енергії, практично як спліт-система.

Всередину свердловини опускається колектор з U-образних пластикових труб. Можна використовувати і інші труби, але пластикові вважаються найоптимальнішими. Коштують вони дешево, а експлуатаційні якості досить гарні, щоб колектор прослужив 50 років.

Труба заповнена рідиною, яка циркулює в системі. Її ще називають холодоагентом. У звичайних теплових насосах використовується спеціальний незамерзаючий холодоагент, але в пасивному кондиціонері можна використовувати звичайну воду. Так менше витрати на експлуатацію та заповнення випадкових втрат.

Важливо! Зверніть увагу, що якщо буде використовуватися тепловий насос, то в якості теплоносія повинна циркулювати спеціальна рідина - холодоагент.

Зазвичай саме дорожнеча бурильних робіт зупиняє власників заміського житла перед установкою пасивного кондиціонера. Але через те, що до свердловини в ґрунті пред'являються вимоги, набагато менш жорсткі, ніж до свердловини на воду, наприклад. Тому для буріння навіть такої глибокої свердловини на 40 м можна використовувати малі бурові верстати, як БУР-50. Особливо, якщо грунт 3 - 4 ступеня буримости, до яких відносяться глина, пісок і вапняк.

Витрати на буріння свердловини глибиною 40 м не перевищують 500 у.о. Вартість комплекту пластикових труб і сполучних елементів - близько 100 у.о.

Свердловина в землі - не єдиний варіант колектора для пасивного кондиціонера. Також можна опускати колектор в воду, температура якої достатня для того, щоб циркулює холодоагент охолов хоча б на 3 - 5 ° С. Наприклад, можна опускати колектор в свердловину з холодною водою або в гірську річку.

Наступним елементом системи, що забезпечує пасивне охолодження, є фанкойли. Дані агрегати ще називають «полукондіціонери».
Фанкойл складається з теплообмінника, вентилятора, фільтра і блоку управління.

Усередині теплообмінника циркулює холодоагент / теплоносій. Вентилятор нагнітає повітря до теплообмінника, де він охолоджується, і видуває холодне повітря назад. Фільтр очищає повітря. А блок управління потрібен для того, щоб регулювати температуру повітря в приміщенні.

Якщо вдатися трохи в подробиці, то вентилятор розподіляє повітря рівномірно по всій площі теплообмінника, щоб він рівномірно охолов або нагрівся (якщо фанкойл використовується для опалення).

Двигун вентилятора буває двох типів:

тангенціальний - використовується для фанкойлів малої потужності в малих приміщеннях;
відцентровий - використовується в фанкойлах середньої і високої потужності. Зазвичай такі встановлюються на підприємствах або в інших великих приміщеннях.

Отже, вентилятор нагнітає повітря і подає його через теплообмінник. Сам теплообмінник і труби, які підходять до нього, найчастіше мідні. По трубах всередину теплообмінника надходить холодоагент або теплоносій. Це може бути вода, холодна або гаряча, або розчин етиленгліколю.

Фанкойли можуть контролювати температуру повітря в приміщенні двома способами: або регулюючи обсяг повітря, що подається, або обсяг води в теплообміннику. Витрата води можна регулювати за допомогою спеціального клапана, який змінює діаметр поперечного перерізу труби. Таким чином, змінюється потік води, що надходить в теплообмінник.

Важливо! Можливість регулювати обсяг води, що поступає - принципова відмінність водяних систем від фреонових.

Витрата повітря можна контролювати за допомогою зміни оборотів вентилятора. Так він буде прокачувати повітря в меншому або більшому обсязі.

Фанкойли встановлюються в усіх приміщеннях, де потрібно кондиціонування повітря: в холах, спальнях, коридорах, кухні та інших приміщеннях. Вартість фанкойлів починається з 200 у.о. Виглядають вони зовні так само, як звичайні кондиціонери потужністю 2 кВт, з пультом дистанційного керування і регулюванням швидкості охолодження.

Циркуляційний насос

Циркуляційний насос потрібен в системі для того, щоб змушувати циркулювати рідина по контуру системи. Вода проходить по геотермальному контуру, охолоджується там і надходить навпростець в теплообмінник фанкойла.

Споживання електроенергії циркуляційним насосом зовсім невелика, а вартість самого насоса близько 100 у.о. Роботи з монтажу всієї системи пасивного охолодження обійдуться приблизно в 100 у.о. Разом пасивний кондиціонер буде коштувати 600 у.е. приблизно стільки ж, скільки звичайна спліт-система.

Крім представлених елементів пасивного кондиціонера в систему може бути включений тепловий насос. Якщо потужності базових елементів недостатньо, холодоагент додатково охолоджується в компресорі і тільки потім надходить в теплообмінник фанкойла.

Принцип роботи пасивного кондиціонера

Давайте докладніше розглянемо принцип роботи пасивного кондиціонера і як відбувається робота вентиляції і кондиціонування повітря в приміщеннях.

Отже, припустимо, що в системі циркулює звичайна вода.

Проходячи крізь грунтовий теплообмінник, який трохи вище ми назвали геотермальним контуром, вода остигає до певної температури, яка свідомо нижче температури навколишнього середовища на поверхні землі. Наприклад, за вікном +30 ° С. Вода проходить через контур і підходить до теплообмінника в фанкойлами з температурою +19,5 ° С.

Охолоджуючи повітря, що проходить крізь теплообмінник фанкойла, вода нагрівається і виходить з теплообмінника з температурою +21,2 ° С. Здавалося б, різниця зовсім невелика. Але давайте копнемо глибше.

Охолодження на годину буде 715 Вт. А витрати електроенергії набагато менше: фанкойл споживає всього 70 Вт, а циркуляційний насос 120 Вт. До речі, насосів може бути кілька, тоді їх споживання необхідно підсумувати.

Після того, як вода віддала свій холод повітрю, вона повертається в ґрунтовий колектор, де знову охолоджується, і так цикл повторюється.

Важливо! Чим вище температура за бортом, тим вище ефективність пасивного кондиціонера. Коли температура низька, наприклад, +20 ° С, ефективність пасивного охолодження практично нульова, так як маленька різниця температур між водою і повітрям.

Якщо ж в системі буде циркулювати не вода, а розчин етиленгліколю, а в роботу системи буде додано тепловий насос з компресором, ефективність кондиціонера буде набагато вище, але і витрати теж.

Основною проблемою пасивних кондиціонерів з ґрунтовим колектором є гідравлічний опір, через який доводиться збільшувати потужність циркуляційних насосів.

Найпростіше рішення даної проблеми - використання як можна менше вузького теплоносія. Якщо це вода, то дистильована, розбавлена пом'якшувачами, що зменшують в'язкість.

Крім цього можна зробити ряд інших заходів:

Зменшити крутизну поворотів труб в системі. Для цього поворотні елементи необхідно замінити на косі з тупим кутом.
Також слід скоротити число муфт, які зменшують діаметр перетину трубопроводу. Краще використовувати муфти без зміни діаметра.
Мінімізувати кількість запірної арматури - вентилів.
Можна використовувати фанкойли, в яких труби теплообмінника більшого діаметра.

У таблиці нижче можна подивитися найпроблемніші ділянки трубопроводу. Зверніть увагу, чим менше коефіцієнт, зазначений в останньому стовпці, тим менше гідравлічний опір в системі.

Таблиця 1. Коефіцієнт опору елементів трубопроводу.

Виключивши з системи елементи з найбільшим опором, можна значно збільшити ефективність пасивного кондиціонера з ґрунтовим колектором.

Наступний важливий момент в роботі пасивного кондиціонера - вентиляція. Для нормальної роботи фанкойлів повинен бути приплив свіжого повітря. І тут необхідно відзначити, що фанкойли можна використовувати при відкритому вікні на відміну від кондиціонерів по типу спліт-системи.

Крім припливу повітря через вікно, можна реалізувати подачу повітря за допомогою центрального кондиціонера, який встановлюється на даху або горищі будівлі.

Інші варіанти пасивного охолодження

Пасивне охолодження не завжди реалізується за допомогою фанкойлів. Наприклад, в приміщеннях, де небажано зайвий рух повітряних мас або шум від вентиляторів фанкойла, можна використовувати так звані холодні стіни, стелі або холодні підлоги.

Система холодних підлог практично така ж, як і система «тепла підлога». Під покриттям підлоги проходять труби, по яких циркулює охолоджена рідина. Таким чином, рідина охолоджує поверхню підлоги.

Не меншою ефективністю володіють холодні стіни і стелі. Від охолодженого стелі повітря опускається вниз по законам фізики, створюючи оптимальну температуру в приміщенні.

Назвати підлогу, стелю і стіни холодними можна лише умовно. Зазвичай температура цих поверхонь не буває нижче +15 - +16 ° С, щоб не утворювався конденсат.