Earth tubes/uk

Земляна труба — це труба, закопана в землю, яка нагріває або охолоджує повітря, що рухається всередині неї. Земляні труби можуть бути замкнутим контуром, де вони забирають повітря зсередини конструкції, циркулюють його в підземному контурі, перш ніж повернути його в конструкцію, або відкритим контуром, який забирає повітря ззовні та подає його в конструкцію, або протитечійним відкритим контуром, коли повітря подається, а повітря з приміщення виводиться в окремих земляних трубах. Повітря може переміщуватися пасивно за допомогою конвекції або активно за допомогою вентиляторів (повітродувок). Нагрівання чи охолодження повітря залежить від температури зовнішнього повітря відносно температури в приміщенні, а головне — від температури ґрунту на глибині, на якій закопана труба. Ця стаття зосереджена головним чином на відкритих системах.

Теплообмінники «земля-повітря» (EAHX / EAHE), ^{[ 1 ]} Теплообмінники, з'єднані з землею, ^{[ 1 ]} Земляні канали, ^{[ 1 ]} Трубчасті теплообмінники (ETHE), ^{[ 2 ]} Земляно-повітряний теплообмінник (GAHE), ^{[ 3 ]}

Температура повітря на поверхні Землі постійно змінюється через погоду, цикл дня/нічі та сезонний цикл. Наприклад, коли сонячний день, температура повітря тепліша, ніж коли хмарно. Температура повітря також знижується вночі. Пори року створюються нахилом осі обертання Землі під час її обертання навколо Сонця. У помірних і полярних регіонах протягом частини року деякі місця будуть нахилені до сонця. Дні довші, і на одиницю площі поверхні отримується більше теплової енергії. У північній півкулі це травень, червень і липень, а в південній півкулі - листопад, грудень і січень. Через 6 місяців те саме місце буде нахилено від сонця, і дні стануть коротшими. В екваторіальних регіонах не спостерігаються суттєвих змін у тривалості світлового дня протягом року. Макро- та мікрогеографічні особливості також можуть сильно впливати на температуру повітря в певному місці.

Температура землі реагує на ці зміни температури поверхні, оскільки тепло поступово проводиться через ґрунт. Однак землі потрібен час, щоб прогрітися та охолонути, тому температура землі відстає від будь-якої зміни температури поверхневого повітря (тобто земля діє як теплова маса ). ^{[ 4 ]} Чим глибше ви занурюєтесь у землю, тим на більшу глибину повинні проникнути зміни температури ґрунту, і постійні зміни температури поверхневого повітря починають притуплятися та зливатися разом. ^{[ 5 ]} Найголовніше, що це означає, що температура ґрунту в теплу пору року буде холоднішою за температуру поверхневого повітря, і навпаки, температура ґрунту в холодну пору року буде теплішою за температуру поверхні. ^{[ 6 ]}

На певній глибині навіть зміна температури між зимою та літом усереднюється. Це іноді називають «постійною температурою глибокої землі» ^{[ 5 ]} або «коефіцієнтом корекції амплітуди». ^{[ 7 ]} Нижче цієї глибини температура землі починає поступово зростати, оскільки також відбувається тепло, що піднімається з надр землі. ^{[ 6 ]} Точні вимірювання цієї постійної температури глибокої землі різняться (можливо, залежно від географічного розташування). Наприклад, у Монтані, США, на глибині 6 метрів температура стабільна цілий рік на рівні 7 градусів Цельсія. ^{[ 5 ]} У Великій Британії це становить від 8 до 11°C приблизно на глибині 15 метрів. ^{[ 6 ]} Глибина також може змінюватися залежно від рівня вологості ґрунту (4,25 м, 5,5 м та 6,7 м для сухого, середнього та вологого ґрунту відповідно). ^{[ 7 ]}

Оскільки повітря пасивно переміщується через земляну трубу (за рахунок конвекції) або активно переміщується вентиляторами/повітродувками, будь-яка різниця температур між повітрям і землею навколо труби почне вирівнюватися. Дійсно, якщо повітря проходить через достатньо довгу трубу, температура повітря в трубі буде прагнути до температури навколишнього ґрунту.

У теплу пору року зовнішнє повітря тепліше за температуру ґрунту під поверхнею. Зовнішнє повітря, яке потрапляє в земляну (охолоджувальну) трубу, буде певною мірою охолоджене. Це нагріте повітря потім потрапляє всередину конструкції, забезпечуючи прохолодне, свіже повітря.

У холодну пору року температура ґрунту під поверхнею тепліша за температуру повітря на поверхні, тому відбувається навпаки: повітря в земляній трубці нагрівається, перш ніж потрапити всередину, забезпечуючи вентиляцію та зменшуючи потребу в інших заходах опалення.

Немає стандартизації щодо матеріалів чи дизайну. ^{[ 3 ]} Можливо, саме тому одні працюють, а інші ні, і чому думки щодо заземлювальних трубок значно різняться.

Відкриті системи за визначенням мають зовнішній забір повітря. Також називається колектором ^{[ 2 ]} , він може мати форму вертикальної повітрозабірної вежі. ^{[ 3 ]} Повітрозабірні вежі потребують ковпака від дощу. ^{[ 3 ]} Рекомендується використовувати фільтр або екран для запобігання потраплянню комах і тварин у трубу. ^{[ 3 ]} Доцільно розташувати його подалі від запахів і забруднюючих речовин. ^{[ 3 ]} Забір повітря повинен забезпечувати видалення конденсату. ^{[ 5 ]}

Якщо земляна труба призначена для охолодження, то колектор слід розташовувати в затіненій зоні поблизу озера або річки. ^{[ 2 ]} Якщо земляна труба призначена для опалення, колектор краще розмістити на повному сонці подалі від будь-якої великої водойми. ^{[ 2 ]} Впускний отвір протитечної системи слід розташовувати таким чином, щоб він не всмоктував відпрацьоване, застояле повітря з випускного отвору. ^{[ 5 ]} Впускний отвір можна орієнтувати до переважаючого вітру для стимулювання пасивного надходження повітря. ^{[ 8 ]}

Труби з полівінілхлориду (ПВХ) поширені, оскільки вони дешеві ^{[ 5 ]} і не руйнуються при закопуванні (принаймні, не протягом тривалого часу). Використовувався бетон, і хоча він стійкий до сил, що діють на нього під час закопування, не іржавіє та не руйнується легко, бетон добре поглинає вологу. Також використовувалася сталь, яку можна оцинковувати для запобігання іржі.

Значення R матеріалу труби є важливим фактором, тобто чим нижче значення, тим краще, оскільки бажана хороша теплопровідність. Товщина стінки труби також впливає на теплопровідність, причому тонша труба проводить тепло між навколишньою землею краще, ніж товстіша, хоча тонші труби знижують міцність. Слабші труби можуть бути пошкоджені після засипання траншеї, оскільки земля осідає. Розміщення твердого гравію під трубою може допомогти їй підтримувати її. ^{[ 5 ]}

Внутрішня поверхня трубки може бути покрита антимікробним матеріалом. ^{[ 3 ]} Вона повинна бути гладкою, а не гофрованою, щоб зменшити опір потоку повітря.

У більшості систем, як правило, використовуються трубки діаметром від 10 см (4 дюйми) до 45 см (8 дюймів). ^{[ 5 ]}

Занадто короткий час – і повітря не буде достатньо адаптовано до температури землі навколо труби. ^{[ 3 ]} Занадто довгий час – і тиск повітря знизиться. ^{[ 3 ]}

Фінансові витрати є змінними. Один дослідник дійшов висновку, що типова система коштує від 2000 до 3000 канадських доларів (у 2001 році). ^{[ 1 ]} Значною частиною витрат можуть бути земляні роботи. ^{[ 1 ]} Можуть виникнути постійні витрати, якщо система має активне керування, ^{[ 1 ]} або такі компоненти, як вентилятори.

Один дослідник дійшов висновку, що середній час, необхідний для того, щоб економія енергії покрила початкові витрати, був тривалим (наприклад, 9 років або 10-20 років). ^{[ 1 ]}

Проблеми із заземлювальними трубами зазвичай важко виправити після їх встановлення. ^{[ 1 ]} Багато систем, які зіткнулися з проблемами, були виведені з експлуатації та герметизовані. ^{[ 1 ]}

У системах земляних труб можуть виникати волога та цвіль. Хоча деякі стверджують, що це пов'язано з погано спроектованими, встановленими, експлуатованими та обслуговуваними системами; ^{[ 1 ]} інші роблять висновок, що ризик погіршення якості повітря в приміщенні є значним, і цей метод не може бути виправданим, враховуючи обмежену економію енергії. ^{[ 9 ]}

Дощова вода може накопичуватися всередині земляних труб ^{[ 9 ]} , якщо вони погано спроектовані. Однак волога з повітря також може осідати всередині труби у вигляді конденсату під час руху повітря. Це найімовірніше, коли повітря гаряче та вологе, а земля холодна. ^{[ 1 ]} Тому труби для охолодження землі можуть отримати користь від осушення, особливо в теплому та вологому кліматі. ^{[ 10 ]} Волога може призвести до росту мікроорганізмів, зокрема цвілі, всередині труби. ^{[ 10 ]} Ця цвіль вивільняє спори, які переносяться повітрям у будинок. Це може призвести до затхлого запаху і навіть спричинити проблеми зі здоров'ям. ^{[ 10 ]} Спори Penicilium, Aspergillus fumigatus, Aspergillus versicolor та Aspergillus niger, що переносяться повітрям, були виявлені в приміщенні PassivHaus із земляними трубами в Бельгії. ^{[ 9 ]} Мешканцям довелося виїхати через хронічні проблеми зі здоров'ям, які потім вирішилися. ^{[ 9 ]}