Earth tubes/ru

Подземная труба — это труба, закопанная в землю, которая нагревает или охлаждает воздух, циркулирующий внутри неё. Подземные трубы могут представлять собой замкнутый контур, в котором воздух забирается изнутри здания, циркулирует по подземному контуру, а затем возвращается в здание, или открытый контур, в котором воздух забирается снаружи и поступает внутрь здания, или противоточный открытый контур, в котором воздух поступает внутрь, а воздух из помещения выводится через отдельные подземные трубы. Воздух может перемещаться пассивно с помощью конвекции или активно с помощью вентиляторов (воздуходувок). Нагрев или охлаждение воздуха зависит от температуры наружного воздуха относительно температуры внутри помещения и, что важно, от температуры грунта на глубине залегания трубы. В данной статье основное внимание уделяется открытым системам.

Земляные теплообменники (EAHX / EAHE), ^{[ 1 ]} Теплообменники с грунтовым соединением, ^{[ 1 ]} Земляные каналы, ^{[ 1 ]} Земляные трубчатые теплообменники (ETHE), ^{[ 2 ]} Грунтово-воздушный теплообменник (GAHE), ^{[ 3 ]}

Температура воздуха на поверхности Земли постоянно меняется из-за погоды, суточного цикла и сезонных изменений. Например, в солнечный день температура воздуха выше, чем в облачный. Ночью температура воздуха также понижается. Времена года формируются наклоном оси вращения Земли относительно Солнца. В умеренных и полярных регионах часть года некоторые места наклоняются к Солнцу. Дни становятся длиннее, и на единицу площади поверхности поступает больше тепловой энергии. В северном полушарии это май, июнь и июль, а в южном — ноябрь, декабрь и январь. Через 6 месяцев то же место будет наклонено от Солнца, и дни станут короче. В экваториальных регионах существенных изменений продолжительности светового дня в течение года не наблюдается. Макро- и микрогеографические особенности также могут сильно влиять на температуру воздуха в данном месте.

Температура Земли реагирует на эти изменения температуры поверхности, поскольку тепло постепенно передается через почву. Однако Земле требуется время, чтобы нагреться и остыть, поэтому температура Земли отстает от любых изменений температуры воздуха на поверхности (то есть Земля действует как тепловая масса ). ^{[ 4 ]} Чем глубже вы залегаете в земле, тем больше глубины должны преодолевать изменения температуры почвы, и постоянные изменения температуры воздуха на поверхности начинают сглаживаться и сливаться. ^{[ 5 ]} Что наиболее важно, это означает, что температура почвы в теплый сезон будет ниже температуры воздуха на поверхности, и наоборот, температура почвы в холодный сезон будет выше температуры воздуха на поверхности. ^{[ 6 ]}

На определенной глубине даже разница температур между зимой и летом усредняется. Это иногда называют «глубокой постоянной температурой Земли» ^{[ 5 ]} или «коэффициентом амплитудной коррекции» ^{[ 7 ]} . Ниже этой глубины температура Земли начинает постепенно повышаться, поскольку также происходит подъем тепла из недр Земли ^{[ 6 ]} . Точные измерения этой глубокой постоянной температуры Земли варьируются (возможно, в зависимости от географического положения). Например, в Монтане, США, на глубине 6 метров температура остается стабильной круглый год на уровне 7 градусов Цельсия ^{[ 5 ]} . В Великобритании на глубине примерно 15 метров она составляет от 8 до 11 °C ^{[ 6 ]} . Глубина также может варьироваться в зависимости от уровня влажности почвы (4,25 м, 5,5 м и 6,7 м для сухой, средней и влажной почвы соответственно) ^{[ 7 ] .}

При пассивном перемещении воздуха через земляной канал (за счет конвекции) или при активном перемещении с помощью вентиляторов/воздуходувок любая разница температур между воздухом и землей, окружающей канал, начнет выравниваться. Действительно, если воздух проходит через достаточно длинный канал, температура воздуха в канале будет стремиться к температуре окружающей почвы.

В теплое время года температура наружного воздуха выше температуры почвы под поверхностью. Наружный воздух, поступающий в земляную (охлаждающую) трубу, в определенной степени охлаждается. Затем этот нагретый воздух поступает внутрь конструкции, обеспечивая приток прохладного свежего воздуха.

В холодное время года температура почвы под поверхностью выше температуры воздуха на поверхности, поэтому происходит обратное: воздух в земляном туннеле нагревается, прежде чем попасть внутрь, обеспечивая вентиляцию и уменьшая потребность в других методах отопления.

В отношении материалов и конструкции нет стандартизации. ^{[ 3 ]} Возможно, именно поэтому одни работают, а другие нет, и поэтому мнения о земляных трубах значительно различаются.

Открытые системы по определению имеют внешний воздухозаборник. Также называемый коллектором ^{[ 2 ]} , он может иметь форму вертикальной воздухозаборной башни ^{[ 3 ]} . Воздухозаборные башни требуют защитного кожуха от дождя ^{[ 3 ]} . Рекомендуется использовать фильтр или сетку для предотвращения попадания насекомых и животных в трубу [3]. ^{Разумно размещать его вдали от источников запахов и загрязнений [ 3} ]. ^{Воздухозаборник должен обеспечивать удаление} конденсата ^{[ 5 ] .}

Если земляной коллектор предназначен для охлаждения, то его следует размещать в затененном месте рядом с озером или рекой. ^{[ 2 ]} Если земляной коллектор предназначен для отопления, то лучше разместить его на открытом солнце, вдали от крупных водоемов. ^{[ 2 ]} В системе противоточного отопления входное отверстие следует располагать таким образом, чтобы оно не засасывало отработанный, застоявшийся воздух из выходного отверстия. ^{[ 5 ]} Входное отверстие можно ориентировать по направлению преобладающего ветра, чтобы стимулировать пассивное поступление воздуха. ^{[ 8 ]}

Трубы из поливинилхлорида (ПВХ) широко распространены, поскольку они дешевы ^{[ 5 ]} и не разрушаются при захоронении (по крайней мере, в течение длительного времени). Использовался бетон, который, хотя и устойчив к нагрузкам, возникающим при захоронении, и не подвержен коррозии или разрушению, впитывает влагу. Также использовалась сталь, которую можно оцинковать для предотвращения ржавчины.

Значение R-фактора материала трубы является важным фактором, то есть чем ниже значение, тем лучше, поскольку желательна хорошая теплопроводность. Толщина стенки трубы также влияет на теплопроводность: более тонкая труба лучше проводит тепло между окружающим грунтом, чем более толстая, хотя более тонкие трубы снижают прочность. Более слабые трубы могут быть повреждены после засыпки траншеи из-за оседания грунта. Укладка плотно утрамбованного гравия под трубу может помочь укрепить ее. ^{[ 5 ]}

Внутренняя поверхность трубки может быть покрыта антимикробным материалом. ^{[ 3 ]} Она должна быть гладкой, а не гофрированной, чтобы обеспечить меньшее сопротивление потоку воздуха.

В большинстве систем используются трубки диаметром от 10 см (4 дюйма) до 45 см (8 дюймов). ^{[ 5 ]}

Слишком короткий – и воздух не будет достаточно адаптирован к температуре окружающей земли. ^{[ 3 ]} Слишком длинный – и давление воздуха упадет. ^{[ 3 ]}

Финансовые затраты варьируются. Один исследователь пришел к выводу, что типичная система стоит от 2000 до 3000 канадских долларов (в 2001 году). ^{[ 1 ]} Значительными затратами могут быть земляные работы. ^{[ 1 ]} Могут быть и постоянные затраты, если система имеет активные элементы управления, ^{[ 1 ]} или такие компоненты, как вентиляторы.

Один из исследователей пришел к выводу, что в среднем требуется много времени, чтобы экономия энергии окупила первоначальные затраты (например, 9 лет или 10-20 лет). ^{[ 1 ]}

Проблемы с заземляющими трубами, как правило, трудно устранить после их установки. ^{[ 1 ]} Многие системы, в которых возникли проблемы, были выведены из эксплуатации и герметизированы. ^{[ 1 ]}

В системах с земляными трубами может встречаться влага и плесень. Хотя некоторые утверждают, что это происходит из-за плохо спроектированных, установленных, эксплуатируемых и обслуживаемых систем; ^{[ 1 ]} другие приходят к выводу, что риск ухудшения качества воздуха в помещении значителен, и данная технология не может быть оправдана, учитывая ограниченную экономию энергии. ^{[ 9 ]}

Дождевая вода может скапливаться внутри земляных трубок ^{[ 9 ]} , если они спроектированы неправильно. Однако влага из воздуха также может оседать на внутренней поверхности трубки в виде конденсата по мере движения воздуха. Это наиболее вероятно, когда воздух горячий и влажный, а земля холодная ^{[ 1 ]} . Поэтому земляные охлаждающие трубки могут быть полезны для осушения воздуха, особенно в теплом и влажном климате ^{[ 10 ]} . Влага может привести к росту микроорганизмов, особенно плесени, внутри трубки ^{[ 10 ]} . Эта плесень выделяет споры, которые переносятся по воздуху в дом. Это может привести к затхлому запаху и даже вызвать проблемы со здоровьем ^{[ 10 ]} . В помещении пассивного дома с земляными трубками в Бельгии были обнаружены споры Penicillium, Aspergillus fumigatus, Aspergillus versicolor и Aspergillus niger ^{[ 9 ]} . Жильцам пришлось выехать из-за хронических проблем со здоровьем, которые затем разрешились ^{[ 9 ] .}