Earth tubes/el

Ένας γήινος σωλήνας είναι ένας σωλήνας που είναι θαμμένος στο έδαφος και θερμαίνει ή ψύχει τον αέρα που κινείται στο εσωτερικό του. Οι γήινοι σωλήνες μπορεί να είναι ένα κλειστό κύκλωμα όπου λαμβάνουν αέρα από το εσωτερικό μιας κατασκευής, τον κυκλοφορούν σε έναν υπόγειο βρόχο πριν τον επιστρέψουν στη δομή, ή ένα ανοιχτό κύκλωμα που λαμβάνει αέρα από έξω και τον φέρνει στη δομή, ή ένα ανοιχτό κύκλωμα αντίθετης ροής όταν εισέρχεται αέρας και εξάγεται εσωτερικός αέρας σε ξεχωριστούς γήινους σωλήνες. Ο αέρας μπορεί να κινείται παθητικά με συναγωγή ή ενεργά με ανεμιστήρες (φυσητήρες αέρα). Το αν ο αέρας θερμαίνεται ή ψύχεται εξαρτάται από τη θερμοκρασία του εξωτερικού αέρα σε σχέση με την εσωτερική θερμοκρασία και, κυρίως, από τη θερμοκρασία του εδάφους στο βάθος που είναι θαμμένος ο σωλήνας. Αυτό το άρθρο εστιάζει κυρίως σε ανοιχτά συστήματα.

Συνώνυμα

Εναλλάκτες θερμότητας γης-αέρα (EAHX / EAHE), ^{[ 1 ]} Εναλλάκτες θερμότητας με σύνδεση εδάφους, ^{[ 1 ]} Γήινα κανάλια, ^{[ 1 ]} Εναλλάκτες θερμότητας με γήινους σωλήνες (ETHE), ^{[ 2 ]} Εναλλάκτης θερμότητας εδάφους-αέρα (GAHE), ^{[ 3 ]}

Βασική θεωρία

Αλλαγές στη θερμοκρασία του αέρα

Η θερμοκρασία του αέρα στην επιφάνεια της γης υπόκειται σε συνεχείς αλλαγές λόγω του καιρού, του κύκλου ημέρας/νύχτας και του εποχιακού κύκλου. Για παράδειγμα, όταν είναι μια ηλιόλουστη μέρα, η θερμοκρασία του αέρα είναι θερμότερη από ό,τι όταν είναι συννεφιασμένη. Η θερμοκρασία του αέρα μειώνεται επίσης τη νύχτα. Οι εποχές δημιουργούνται από την κλίση του άξονα περιστροφής της Γης καθώς περιστρέφεται γύρω από τον Ήλιο. Σε εύκρατες και πολικές περιοχές, για ένα μέρος του έτους ορισμένες τοποθεσίες θα έχουν κλίση προς τον ήλιο. Οι ημέρες είναι μεγαλύτερες και λαμβάνεται περισσότερη θερμαντική ενέργεια ανά μονάδα επιφάνειας. Στο βόρειο ημισφαίριο αυτό είναι ο Μάιος, ο Ιούνιος και ο Ιούλιος και για το νότιο ημισφαίριο αυτό είναι ο Νοέμβριος, ο Δεκέμβριος και ο Ιανουάριος. 6 μήνες αργότερα, η ίδια τοποθεσία θα έχει κλίση μακριά από τον ήλιο και οι ημέρες θα είναι μικρότερες. Οι ισημερινές περιοχές δεν βιώνουν σημαντικές αλλαγές στις ώρες της ημέρας όλο το χρόνο. Τα μακρογεωγραφικά και μικρογεωγραφικά χαρακτηριστικά μπορούν επίσης να επηρεάσουν έντονα τη θερμοκρασία του αέρα σε ένα δεδομένο μέρος.

Αλλαγές στη θερμοκρασία του εδάφους

Η θερμοκρασία της γης ανταποκρίνεται σε αυτές τις αλλαγές στην επιφανειακή θερμοκρασία, καθώς η θερμότητα διοχετεύεται σταδιακά μέσω του εδάφους. Ωστόσο, η γη χρειάζεται χρόνο για να ζεσταθεί και να ψυχθεί, και έτσι η θερμοκρασία της γης υστερεί σε σχέση με οποιαδήποτε αλλαγή θερμοκρασίας του επιφανειακού αέρα (δηλαδή, η γη λειτουργεί ως θερμική μάζα ). ^{[ 4 ]} Όσο πιο βαθιά πηγαίνετε στη γη, τόσο μεγαλύτερο βάθος πρέπει να διαπεράσουν οι αλλαγές θερμοκρασίας του εδάφους, και οι συνεχείς αλλαγές στη θερμοκρασία του επιφανειακού αέρα αρχίζουν να αμβλύνονται και να συγχωνεύονται. ^{[ 5 ]} Το πιο σημαντικό είναι ότι αυτό σημαίνει ότι η θερμοκρασία του εδάφους κατά τη ζεστή εποχή θα είναι πιο δροσερή από τη θερμοκρασία του επιφανειακού αέρα, και αντίστροφα η θερμοκρασία του εδάφους κατά την κρύα εποχή θα είναι πιο ζεστή από τη θερμοκρασία της επιφάνειας. ^{[ 6 ]}

Σταθερή θερμοκρασία βαθιάς γης

Σε ένα ορισμένο βάθος, ακόμη και η μεταβολή της θερμοκρασίας μεταξύ χειμώνα και καλοκαιριού είναι κατά μέσο όρο ίση με το μέσο όρο. Αυτό μερικές φορές ονομάζεται «σταθερή θερμοκρασία βαθιάς γης», ^{[ 5 ]} ή «συντελεστής διόρθωσης πλάτους». ^{[ 7 ]} Κάτω από αυτό το βάθος, η θερμοκρασία της γης αρχίζει να αυξάνεται σταδιακά, καθώς υπάρχει επίσης θερμότητα που ανεβαίνει από το εσωτερικό της γης. ^{[ 6 ]} Οι ακριβείς μετρήσεις αυτής της σταθερής θερμοκρασίας βαθιάς γης ποικίλλουν (πιθανώς ανάλογα με τη γεωγραφική θέση). Για παράδειγμα, στη Μοντάνα των ΗΠΑ, 6 μέτρα κάτω, η θερμοκρασία είναι σταθερή όλο το χρόνο στους 7 βαθμούς Κελσίου. ^{[ 5 ]} Στο Ηνωμένο Βασίλειο, αυτή είναι μεταξύ 8 - 11°C σε περίπου 15 μέτρα κάτω. ^{[ 6 ]} Το βάθος μπορεί επίσης να ποικίλλει ανάλογα με το επίπεδο υγρασίας του εδάφους (4,25m, 5,5m και 6,7m για ξηρό, μέτριο και υγρό έδαφος αντίστοιχα). ^{[ 7 ]}

Ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ αέρα και γης

Καθώς ο αέρας κινείται παθητικά μέσω του γήινου σωλήνα (μέσω συναγωγής) ή κινείται ενεργά μέσω ανεμιστήρων / φυσητήρων αέρα, οποιαδήποτε διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του αέρα και της γης που περιβάλλει τον σωλήνα θα αρχίσει να εξισορροπείται. Πράγματι, εάν ο αέρας ταξιδεύει μέσω ενός αρκετά μεγάλου σωλήνα, η θερμοκρασία του αέρα του σωλήνα θα τείνει προς τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος εδάφους.

Κατά τη ζεστή εποχή, ο εξωτερικός αέρας είναι θερμότερος από τη θερμοκρασία του εδάφους κάτω από την επιφάνεια. Ο εξωτερικός αέρας που εισέρχεται σε έναν χωμάτινο (ψυκτικό) σωλήνα θα ψυχθεί σε κάποιο βαθμό. Αυτός ο θερμός αέρας εισέρχεται στη συνέχεια στο εσωτερικό της κατασκευής, παρέχοντας δροσερό, φρέσκο ​​αέρα.

Κατά την κρύα εποχή, η θερμοκρασία του εδάφους κάτω από την επιφάνεια είναι θερμότερη από τη θερμοκρασία του επιφανειακού αέρα και έτσι συμβαίνει το αντίθετο: ο αέρας στον χωμάτινο σωλήνα θερμαίνεται πριν εισέλθει στο εσωτερικό, παρέχοντας αερισμό και μειώνοντας την ανάγκη για άλλα μέτρα θέρμανσης.

Στοιχεία και σκέψεις

Δεν υπάρχει τυποποίηση όσον αφορά τα υλικά ή το σχεδιασμό. ^{[ 3 ]} Αυτός είναι ίσως ο λόγος για τον οποίο ορισμένα λειτουργούν και άλλα όχι, και γιατί οι απόψεις σχετικά με τους σωλήνες γείωσης ποικίλλουν σημαντικά.

εισαγωγής

Τα ανοιχτά συστήματα διαθέτουν εξ ορισμού μια εξωτερική εισαγωγή αέρα. Ονομάζεται επίσης συλλέκτης, ^{[ 2 ]} και μπορεί να έχει τη μορφή ενός κατακόρυφου πύργου εισαγωγής αέρα. ^{[ 3 ]} Οι πύργοι εισαγωγής απαιτούν κουκούλα βροχής. ^{[ 3 ]} Συνιστάται η χρήση φίλτρου ή σίτας για την αποτροπή εισόδου εντόμων και ζώων στον σωλήνα. ^{[ 3 ]} Είναι λογικό να τοποθετείται μακριά από οσμές και ρύπους. ^{[ 3 ]} Η εισαγωγή θα πρέπει να επιτρέπει την απομάκρυνση της συμπύκνωσης. ^{[ 5 ]}

Εάν ο χωμάτινος σωλήνας προορίζεται για ψύξη, τότε ο συλλέκτης θα πρέπει να βρίσκεται σε σκιερή περιοχή κοντά σε λίμνη ή ποτάμι. ^{[ 2 ]} Εάν ο χωμάτινος σωλήνας προορίζεται για θέρμανση, ο συλλέκτης θα ήταν καλύτερο να τοποθετηθεί σε πλήρη ηλιοφάνεια, μακριά από οποιοδήποτε μεγάλο υδάτινο σώμα. ^{[ 2 ]} Η εισαγωγή ενός συστήματος αντίθετης ροής θα πρέπει να τοποθετείται έτσι ώστε να μην αναρροφά τον εξερχόμενο, μπαγιάτικο αέρα από την εξαγωγή. ^{[ 5 ]} Η εισαγωγή μπορεί να προσανατολιστεί προς τον επικρατούντα άνεμο για να ενθαρρυνθεί η παθητική είσοδος αέρα. ^{[ 8 ]}

υλικού σωλήνα

Οι σωλήνες από πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC) είναι συνηθισμένοι επειδή είναι φθηνοί ^{[ 5 ]} και δεν φθείρονται όταν θάβονται (τουλάχιστον όχι για μεγάλο χρονικό διάστημα). Έχει χρησιμοποιηθεί σκυρόδεμα και, ενώ είναι ανθεκτικό στις δυνάμεις που ασκούνται σε αυτό λόγω της θαμμένης επιφάνειας και δεν σκουριάζει ούτε φθείρεται εύκολα, το σκυρόδεμα απορροφά την υγρασία. Έχει επίσης χρησιμοποιηθεί χάλυβας, ο οποίος μπορεί να είναι γαλβανισμένος για την πρόληψη της σκουριάς.

Η τιμή R του υλικού του σωλήνα είναι ένα ζήτημα που πρέπει να ληφθεί υπόψη, δηλαδή όσο χαμηλότερη είναι η τιμή τόσο το καλύτερο, καθώς είναι επιθυμητή καλή θερμική αγωγιμότητα. Το πάχος του τοιχώματος του σωλήνα επηρεάζει επίσης τη θερμική αγωγιμότητα, με τον λεπτότερο σωλήνα να μεταφέρει θερμότητα μεταξύ του περιβάλλοντος εδάφους καλύτερα από έναν παχύτερο, αν και οι λεπτότεροι σωλήνες μειώνουν την αντοχή. Οι ασθενέστεροι σωλήνες ενδέχεται να υποστούν ζημιά μετά την επίχωση της τάφρου, καθώς το έδαφος καθιζάνει. Η τοποθέτηση σκληρού χαλικιού κάτω από τον σωλήνα μπορεί να βοηθήσει στην υποστήριξή του. ^{[ 5 ]}

Εσωτερική επιφάνεια σωλήνα

Η εσωτερική επιφάνεια του σωλήνα μπορεί να επενδυθεί με αντιμικροβιακό υλικό. ^{[ 3 ]} Θα πρέπει να είναι λεία και όχι κυματοειδής για να εξασφαλίζεται μικρότερη αντίσταση στη ροή του αέρα.

Διάμετρος σωλήνα

Τα περισσότερα συστήματα τείνουν να χρησιμοποιούν σωλήνες διαμέτρου μεταξύ 10 cm (4 ίντσες) και 45 cm (8 ίντσες). ^{[ 5 ]}

Μήκος σωλήνα

Πολύ μικρό και ο αέρας δεν θα προσαρμοστεί επαρκώς στη θερμοκρασία της γης που περιβάλλει τον σωλήνα. ^{[ 3 ]} Πολύ μεγάλο και η πίεση του αέρα θα μειωθεί. ^{[ 3 ]}

κόστους

Το οικονομικό κόστος είναι μεταβλητό. Ένας ερευνητής κατέληξε στο συμπέρασμα ότι ένα τυπικό σύστημα κοστίζει μεταξύ 2000 και 3000 καναδικών δολαρίων (το 2001). ^{[ 1 ]} Ένα σημαντικό κόστος μπορεί να είναι η εκσκαφή του εδάφους. ^{[ 1 ]} Μπορεί να υπάρχει ένα συνεχές κόστος εάν το σύστημα διαθέτει ενεργά χειριστήρια, ^{[ 1 ]} ή εξαρτήματα όπως ανεμιστήρες.

Απόδοση επένδυσης

Ένας ερευνητής κατέληξε στο συμπέρασμα ότι ο μέσος χρόνος που χρειάστηκε για να καλυφθεί το αρχικό κόστος από την εξοικονόμηση ενέργειας ήταν μεγάλος (π.χ. 9 χρόνια ή 10-20 χρόνια). ^{[ 1 ]}

Προβλήματα και μειονεκτήματα

Τα προβλήματα με τους σωλήνες γείωσης είναι γενικά δύσκολο να διορθωθούν μετά την εγκατάστασή τους. ^{[ 1 ]} Πολλά συστήματα που αντιμετώπισαν προβλήματα παροπλίστηκαν και σφραγίστηκαν. ^{[ 1 ]}

Υγρασία και ανάπτυξη μικροοργανισμών

Στα συστήματα με χωμάτινους σωλήνες ενδέχεται να συναντηθούν υγρασία και μούχλα. Ενώ ορισμένοι αναφέρουν ότι αυτό οφείλεται σε συστήματα με κακό σχεδιασμό, εγκατάσταση, λειτουργία και συντήρηση, ^{[ 1 ]} άλλοι καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι ο κίνδυνος υποβάθμισης της ποιότητας του εσωτερικού αέρα είναι σημαντικός και η τεχνική δεν μπορεί να δικαιολογηθεί δεδομένης της περιορισμένης εξοικονόμησης ενέργειας που παρέχεται. ^{[ 9 ]}

Το νερό της βροχής μπορεί να συσσωρευτεί μέσα στους χωμάτινους σωλήνες, ^{[ 9 ]} εάν δεν σχεδιαστεί σωστά. Ωστόσο, η υγρασία στον αέρα μπορεί επίσης να εναποτεθεί στο εσωτερικό του σωλήνα ως συμπύκνωση καθώς ο αέρας κινείται μέσα του. Αυτό πιθανότατα συμβαίνει όταν ο αέρας είναι ζεστός και υγρός και το έδαφος είναι δροσερό. ^{[ 1 ]} Οι χωμάτινοι σωλήνες ψύξης μπορούν επομένως να επωφεληθούν από την αφύγρανση, ιδιαίτερα σε ζεστά και υγρά κλίματα. ^{[ 10 ]} Η υγρασία μπορεί να οδηγήσει στην ανάπτυξη μικροοργανισμών, ιδιαίτερα μούχλας μέσα στον σωλήνα. ^{[ 10 ]} Αυτή η μούχλα απελευθερώνει σπόρια που μεταφέρονται στον αέρα στο σπίτι. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε μια μυρωδιά μούχλας, ακόμη και να προκαλέσει προβλήματα υγείας. ^{[ 10 ]} Αερομεταφερόμενα σπόρια penicilium, aspergillus fumigatus, aspergillus versicolor και aspergillus niger ανιχνεύθηκαν σε εσωτερικό χώρο σε ένα PassivHaus με χωμάτινους σωλήνες στο Βέλγιο. ^{[ 9 ]} Οι ένοικοι έπρεπε να μετακομίσουν λόγω χρόνιων προβλημάτων υγείας, τα οποία στη συνέχεια επιλύθηκαν. ^{[ 9 ]}

αναφορών