"Використання низькопотенційної теплової енергії землі у теплонасосних системах"

Васильєв Г.П., Науковий керівник ВАТ "ІНСОЛАР-ІНВЕСТ", д.т.н., Голова Ради директорів ВАТ "ІНСОЛАР-ІНВЕСТ"
Н. В. Шилкін, інженер, НДІСФ (Москва)

Раціональне використання паливно- енергетичних ресурсів є сьогодні однією з глобальних світових проблем, успішне вирішення якої, мабуть, матиме визначальне значення не тільки для подальшого розвитку світової спільноти, але й для збереження довкілля його проживання. Одним із перспективних шляхів вирішення цієї проблеми є застосування нових енергозберігаючих технологій, що використовують нетрадиційні відновлювані джерела енергії (НВІЕ)Виснаження запасів традиційного викопного палива та екологічні наслідки його спалювання зумовили останні десятиліття значне підвищення інтересу до цих технологій практично у всіх розвинених країнах світу.

Переваги технологій теплопостачання, що використовують у порівнянні з їх традиційними аналогами, пов'язані не лише зі значними скороченнями витрат енергії в системах життєзабезпечення будівель та споруд, але й з їх екологічною чистотою, а також новими можливостями в області підвищення ступеня автономності систем життєзабезпечення. Очевидно, у недалекому майбутньому саме ці якості матимуть визначальне значення у формуванні конкурентної ситуації на ринку теплогенеруючого обладнання.

Аналіз можливих сфер застосування в економіці Росії технологій енергозбереження, що використовують нетрадиційні джерела енергії, показує, що у Росії найперспективнішою сферою їх застосування є системи життєзабезпечення будинків. При цьому дуже ефективним напрямом впровадження розглянутих технологій у практику вітчизняного будівництва є широке застосування теплонасосних систем теплопостачання (ТСТ), що використовують як повсюдно доступне джерело тепла низького потенціалу грунт поверхневих шарів Землі.

При використанні тепла Земліможна виділити два види теплової енергії - високопотенційну та низькопотенційну. Джерелом високопотенційної теплової енергії є гідротермальні ресурси термальні води, Нагріті в результаті геологічних процесів до високої температури, що дозволяє їх використовувати для теплопостачання будівель. Однак використання високопотенційного тепла Землі обмежене районами з певними геологічними параметрами. У Росії це, наприклад, Камчатка, район Кавказьких мінеральних вод; в Європі джерела високопотенційного тепла є в Угорщині, Ісландії та Франції.

На відміну від «прямого» використання високопотенційного тепла (гідротермальні ресурси), використання низькопотенційного тепла Земліза допомогою теплових насосів можливо практично повсюдно. В даний час це один з напрямків використання, що найбільш динамічно розвиваються. нетрадиційних відновлюваних джерел енергії.

Низькопотенційне тепло Земліможе використовуватися в різних типах будівель і споруд багатьма способами: для опалення, гарячого водопостачання, кондиціювання (охолодження) повітря, обігріву доріжок в зимову пору року, для запобігання зледеніння, підігріву полів на відкритих стадіонах і т.п. позначаються як "GHP" - "geothermal heat pumps", геотермальні теплові насоси.

Кліматичні характеристики країн Центральної та Північної Європи, які разом із США та Канадою є головними районами використання низькопотенційного тепла Землі, визначають головним чином потребу в опаленні; охолодження повітря навіть у літній період потрібно відносно рідко. Тому, на відміну від США, теплові насосив європейських країнах працюють переважно в режимі опалення. В США теплові насосичастіше використовуються в системах повітряного опалення, поєднаного з вентиляцією, що дозволяє підігрівати, так і охолоджувати зовнішнє повітря. У європейських країнах теплові насосизазвичай використовуються в системах водяного опалення. Оскільки ефективність теплових насосівзбільшується при зменшенні різниці температур випарника та конденсатора, часто для опалення будівель використовуються системи опалення підлоги, в яких циркулює теплоносій щодо низької температури (35–40 оC).

Більшість теплових насосівв Європі, призначені для використання низькопотенційного тепла Землі, обладнано компресорами з електричним приводом.

За останні десять років кількість систем, що використовують для тепло- та холодопостачання будівель низькопотенційне тепло Землі за допомогою теплових насосів, значно побільшало. Найбільше таких систем використовується у США. Велика кількість таких систем функціонують у Канаді та країнах центральної та Північної Європи: Австрії, Німеччини, Швеції та Швейцарії. Швейцарія лідирує за величиною використання низькопотенційної теплової енергії Землі душу населення. У Росії за останні десять років за технологією та за участю ВАТ «ІНСОЛАР-ІНВЕСТ», що спеціалізується в цій галузі, побудовані лише поодинокі об'єкти, найцікавіші з яких представлені в .

У Москві в мікрорайоні Нікуліно-2 фактично вперше було збудовано теплонасосна система гарячого водопостачаннябагатоповерхового житлового будинку. Цей проект було реалізовано у 1998-2002 роках Міністерством оборони РФ спільно з Урядом Москви, Мінпромнауки Росії, Асоціацією НП «АВОК» та в рамках «Довгострокової програми енергозбереження у м. Москві».

Як низькопотенційне джерело теплової енергії для випарників теплових насосів використовується тепло ґрунту поверхневих шарів Землі, а також тепло вентиляційного повітря, що видаляється. Установка для підготовки гарячого водопостачання розташована у підвалі будівлі. Вона включає такі основні елементи:

• парокомпресійні теплонасосні установки (ТНУ);
• баки-акумулятори гарячої води;
• системи збору низькопотенційної теплової енергії ґрунту та низькопотенційного тепла вентиляційного повітря, що видаляється;
• циркуляційні насоси, контрольно-вимірювальну апаратуру

Основним теплообмінним елементом системи збору низькопотенційного тепла ґрунту є вертикальні ґрунтові теплообмінники коаксіального типу, розташовані зовні по периметру будівлі. Ці теплообмінники є 8 свердловин глибиною від 32 до 35 м кожна, влаштованих поблизу будинку. Оскільки режим роботи теплових насосів, які використовують тепло земліі тепло повітря, що видаляється, постійне, а споживання гарячої води змінне, система гарячого водопостачання обладнана баками-акумуляторами.

Дані, що оцінюють світовий рівень використання низькопотенційної теплової енергії Землі за допомогою теплових насосів, наведено у таблиці.

Таблиця 1. Світовий рівень використання низькопотенційної теплової енергії Землі за допомогою теплових насосів

Ґрунт як джерело низькопотенційної теплової енергії

Як джерело низькопотенційної теплової енергії можуть використовуватися підземні води з відносно низькою температурою або ґрунт поверхневих (глибиною до 400 м) шарів Землі. Тепловміст ґрунтового масиву в загальному випадку вищий. Тепловий режим ґрунту поверхневих шарів Землі формується під дією двох основних факторів – падаючої на поверхню сонячної радіаціїі потоком радіогенного тепла із земних надр. Сезонні та добові зміни інтенсивності сонячної радіації та температури зовнішнього повітря викликають коливання температури верхніх шарівґрунту. Глибина проникнення добових коливань температури зовнішнього повітря та інтенсивності падаючої сонячної радіації в залежності від конкретних ґрунтово- кліматичних умовколивається в межах від кількох десятків сантиметрів до півтора метра. Глибина проникнення сезонних коливань температури зовнішнього повітря та інтенсивності падаючої сонячної радіації не перевищує, як правило, 15–20 м.

Температурний режим шарів ґрунту, розташованих нижче цієї глибини («нейтральної зони»), формується під впливом теплової енергії, що надходить із надр Землі і практично не залежить від сезонних, а тим більше добових змін параметрів зовнішнього клімату (рис. 1).

Рис. 1. Графік зміни температури ґрунту залежно від глибини

Зі збільшенням глибини температура ґрунту зростає відповідно до геотермічного градієнта (приблизно 3 градуси С на кожні 100 м). Величина потоку радіогенного тепла, що надходить із земних надр, для різних місцевостей відрізняється. Для Центральної Європиця величина становить 0,05-0,12 Вт/м2.

В експлуатаційний період масив ґрунту, що знаходиться в межах зони теплового впливу регістра труб ґрунтового теплообмінника системи збору низькопотенційного тепла ґрунту (системи теплозбору), внаслідок сезонної зміни параметрів зовнішнього клімату, а також під впливом експлуатаційних навантажень на систему теплозбору, як правило, піддається багаторазовому заморанню відтаванню. При цьому, природно, відбувається зміна агрегатного станувологи, укладеної у порах ґрунту і що знаходиться в загальному випадку як у рідкій, так і в твердій та газоподібній фазах одночасно. Інакше кажучи, ґрунтовий масив системи теплозбору, незалежно від того, в якому стані він знаходиться (у мерзлом або талом), є складною трифазною полідисперсною гетерогенною системою, скелет якої утворений величезною кількістю твердих частинок різноманітної форми і величини і може бути як жорстким, так і рухомим, залежно від того, чи міцно пов'язані між собою частинки або вони відокремлені один від одного речовиною в рухомій фазі. Проміжки між твердими частинками можуть бути заповнені мінералізованою вологою, газом, парою і льодом або тим і іншим водночас. Моделювання процесів тепломасоперенесення, що формують тепловий режим такої багатокомпонентної системи, є надзвичайно складне завдання, оскільки вимагає обліку та математичного опису різноманітних механізмів їх здійснення: теплопровідності в окремій частинці, теплопередачі від однієї частинки до іншої при їх контакті, молекулярної теплопровідності в середовищі, що заповнює проміжки між частинками, конвекції пари та вологи, що містяться в поровому просторі, та багатьох інших .

Особливо слід зупинитися на впливі вологості ґрунтового масиву та міграції вологи у його поровому просторі на теплові процеси, що визначають характеристики ґрунту як джерела низькопотенційної теплової енергії.

У капілярно-пористих системах, якою є ґрунтовий масив системи теплозбору, наявність вологи в поровому просторі помітно впливає на процес поширення тепла. Коректний облік цього впливу на сьогодні пов'язаний із значними труднощами, які насамперед пов'язані з відсутністю чітких уявлень про характер розподілу твердої, рідкої та газоподібної фаз вологи в тій чи іншій структурі системи. Досі не з'ясовано природу сил зв'язку вологи з частинками скелета, залежність форм зв'язку вологи з матеріалом на різних стадіях зволоження, механізм переміщення вологи в поровому просторі.

За наявності в товщі ґрунтового масиву температурного градієнта молекули пари переміщуються до місць, що мають знижений температурний потенціал, але в той же час під дією гравітаційних сил виникає протилежно спрямований потік вологи в рідкій фазі. Крім цього, на температурний режим верхніх шарів ґрунту впливає волога атмосферних опадів, а також ґрунтові води.

Основні фактори, під впливом яких формуються температурний режимґрунтового масиву систем збирання низькопотенційного тепла ґрунту, наведені на рис. 2.

Рис. 2. Фактори, під впливом яких формуються температурний режим ґрунту

Види систем використання низькопотенційної теплової енергії Землі

Грунтові теплообмінники пов'язують теплонасосне обладнанняіз ґрунтовим масивом. Крім «вилучення» тепла Землі, ґрунтові теплообмінники можуть використовуватися і для накопичення тепла (або холоду) у ґрунтовому масиві.

Загалом можна виділити два види систем використання низькопотенційної теплової енергії Землі:

• відкриті системи:як джерело низькопотенційної теплової енергії використовуються грунтові води, що підводяться безпосередньо до теплових насосів;
• замкнуті системи:теплообмінники розташовані у ґрунтовому масиві; при циркуляції по них теплоносія з пониженою відносно ґрунту температурою відбувається «відбір» теплової енергії від ґрунту та перенесення її до випарника теплового насосу (або, при використанні теплоносія з підвищеною відносно ґрунту температурою, його охолодження).

Основна частина відкритих систем – свердловини, що дозволяють витягувати ґрунтові води з водоносних шарівґрунту і повертати воду назад у ті ж водоносні шари. Зазвичай при цьому влаштовуються парні свердловини. Схему такої системи наведено на рис. 3.

Рис. 3. Схема відкритої системи використання низькопотенційної теплової енергії ґрунтових вод

Перевагою відкритих систем є можливість отримання великої кількості теплової енергії за відносно низьких витрат. Проте свердловини потребують обслуговування. Крім того, використання таких систем можливе не у всіх місцевостях. Головні вимоги до ґрунту та ґрунтових вод такі:

• достатня водопроникність ґрунту, що дозволяє поповнюватися запасам води;
• гарний хімічний складґрунтових вод (наприклад, низький залізомміст), що дозволяє уникнути проблем, пов'язаних з утворенням відкладення на стінках труб та корозією.

Відкриті системи найчастіше використовуються для тепло- або холодопостачання великих будівель. Найбільша у світі геотермальна теплонасосна системавикористовує як джерело низькопотенційної теплової енергії ґрунтові води. Ця система розташована в США в м. Луїсвілль (Louisville), штат Кентуккі. Система використовується для тепло- та холодопостачання готельно-офісного комплексу; її потужність становить приблизно 10 МВт.

Іноді до систем, що використовують тепло Землі, відносять і системи використання низькопотенційного тепла відкритих водойм, природних та штучних. Такий підхід ухвалено, зокрема, у США. Системи, що використовують низькопотенційне тепло водойм, відносяться до відкритих, як і системи, що використовують низькопотенційне тепло ґрунтових вод.

Замкнуті системи, у свою чергу, поділяються на горизонтальні та вертикальні.

Горизонтальний ґрунтовий теплообмінник(в англомовній літературі використовуються також терміни «ground heat collector» та «horizontal loop») влаштовується, як правило, поряд з будинком на невеликій глибині (але нижче за рівень промерзання ґрунту в зимовий час). Використання горизонтальних ґрунтових теплообмінників обмежено розмірами наявного майданчика.

У країнах Західної та Центральної Європи горизонтальні ґрунтові теплообмінники зазвичай є окремими трубами, покладеними відносно щільно і з'єднаними між собою послідовно або паралельно (рис. 4а, 4б). Для економії площі ділянки були розроблені вдосконалені типи теплообмінників, наприклад теплообмінники у формі спіралі, розташованої горизонтально або вертикально (рис 4д, 4е). Така форма теплообмінників поширена США.

Рис. 4. Види горизонтальних ґрунтових теплообмінників
а – теплообмінник із послідовно з'єднаних труб;
б – теплообмінник із паралельно з'єднаних труб;
в – горизонтальний колектор, покладений у траншеї;
г – теплообмінник у формі петлі;
д – теплообмінник у формі спіралі, розташованої горизонтально (так званий "slinky" колектор;
е – теплообмінник у формі спіралі, розташованої вертикально

Якщо система з горизонтальними теплообмінниками використовується лише для одержання тепла, її нормальне функціонування можливе лише за умови достатніх теплонадходжень із поверхні землі за рахунок сонячної радіації. З цієї причини поверхня вище теплообмінників повинна бути схильною до впливу сонячних променів.

Вертикальні ґрунтові теплообмінники(в англомовній літературі прийнято позначення «BHE» – «borehole heat exchanger») дозволяють використовувати низькопотенційну теплову енергію ґрунтового масиву, що лежить нижче за «нейтральну зону» (10–20 м від рівня землі). Системи з вертикальними ґрунтовими теплообмінниками не вимагають ділянок великої площіі залежить від інтенсивності сонячної радіації, падаючої поверхню. Вертикальні ґрунтові теплообмінники ефективно працюють практично у всіх видах геологічних середовищ, за винятком ґрунтів із низькою теплопровідністю, наприклад, сухого піску або сухого гравію. Системи з вертикальними ґрунтовими теплообмінниками набули дуже широкого поширення.

Схема опалення та гарячого водопостачання одноквартирного житлового будинку за допомогою теплонасосної установки з вертикальним ґрунтовим теплообмінником наведена на рис. 5.

Рис. 5. Схема опалення та гарячого водопостачання одноквартирного житлового будинку за допомогою теплонасосної установки з вертикальним ґрунтовим теплообмінником

Теплоносій циркулює по трубах (найчастіше поліетиленовим або поліпропіленовим), укладеним у вертикальних свердловинах глибиною від 50 до 200 м. Зазвичай використовується два типи вертикальних ґрунтових теплообмінників (рис. 6):

• U-подібний теплообмінник, що є дві паралельні труби, з'єднані в нижній частині. В одній свердловині розташовуються одна або дві (рідше три) пари таких труб. Перевагою такої схеми є досить низька вартість виготовлення. Подвійні U-подібні теплообмінники – тип вертикальних ґрунтових теплообмінників, що найбільш широко використовується в Європі.
• Коаксіальний (концентричний) теплообмінник. Найпростіший коаксіальний теплообмінник є дві труби різного діаметра. Труба меншого діаметра розташовується усередині іншої труби. Коаксіальні теплообмінники можуть бути і складніших конфігурацій.

Рис. 6. Перетин різних типів вертикальних ґрунтових теплообмінників

Для збільшення ефективності теплообмінників простір між стінками свердловини та трубами заповнюється спеціальними теплопровідними матеріалами.

Системи з вертикальними ґрунтовими теплообмінниками можуть використовуватися для тепло- та холодопостачання будівель різних розмірів. Для невеликої будівлі достатньо одного теплообмінника; для великих будівель може знадобитися влаштування цілої групи свердловин з вертикальними теплообмінниками. Найбільше у світі число свердловин використовується в системі тепло- та холодопостачання Richard Stockton College в США в штаті Нью-Джерсі. Вертикальні ґрунтові теплообмінники цього коледжу розташовуються в 400 свердловинах глибиною 130 м. У Європі найбільше свердловин (154 свердловини глибиною 70 м) використовуються в системі тепло- та холодопостачання центрального офісу Німецької служби управління повітряним рухом (Deutsche Flug-sicher).

Приватним випадком вертикальних замкнутих систем є використання як ґрунтових теплообмінників будівельних конструкцій, наприклад фундаментних паль із замонолічними трубопроводами. Перетин такої палі з трьома контурами ґрунтового теплообмінника наведено на рис. 7.

Рис. 7. Схема ґрунтових теплообмінників, замонолічених у фундаментні палі будівлі та поперечний переріз такої палі

Ґрунтовий масив (у разі вертикальних ґрунтових теплообмінників) та будівельні конструкції із ґрунтовими теплообмінниками можуть використовуватися не тільки як джерело, а й як природний акумулятор теплової енергії або «холоду», наприклад тепла сонячної радіації.

Існують системи, які не можна однозначно віднести до відкритих чи замкнутих. Наприклад, одна і та ж глибока (глибиною від 100 до 450 м) свердловина, заповнена водою, може бути як експлуатаційною, так і нагнітальною. Діаметр свердловини зазвичай становить 15 см. нижню частинусвердловини поміщається насос, з якого вода зі свердловини подається до випарників теплового насоса. Зворотна вода повертається у верхню частину водяного стовпа у ту ж свердловину. Відбувається постійне підживлення свердловини ґрунтовими водами, та відкрита системапрацює подібно до замкнутої. Системи такого типу в англомовній літературі звуться «standing column well system» (рис. 8).

Рис. 8. Схема свердловини типу "standing column well"

Зазвичай свердловини такого типу використовуються і для постачання питної води.. Однак така система може працювати ефективно тільки в ґрунтах, які забезпечують постійне підживлення свердловини водою, що запобігає її замерзанню. Якщо водоносний горизонт залягає надто глибоко, для нормального функціонуваннясистеми знадобиться потужний насос, що вимагає підвищених витрат енергії. Велика глибина свердловини обумовлює досить високу вартість подібних систем, тому вони не використовуються для тепло- та холодопостачання невеликих будівель. Нині у світі функціонує кілька таких систем у США, Німеччині та Європі.

Одне з перспективних напрямів- Використання в якості джерела низькопотенційної теплової енергії води з шахт і тунелів. Температура цієї води є постійною протягом усього року. Вода з шахт та тунелів легко доступна.

«Стійкість» систем використання низькопотенційного тепла Землі

При експлуатації ґрунтового теплообмінника може виникнути ситуація, коли за час опалювального сезону температура ґрунту поблизу ґрунтового теплообмінника знижується, а в літній період ґрунт не встигає прогрітися до початкової температури – відбувається зниження його температурного потенціалу. Споживання енергії протягом наступного опалювального сезону викликає ще більше зниження температури ґрунту, і його температурний потенціал ще більше знижується. Це змушує під час проектування систем використання низькопотенційного тепла Землірозглядати проблему "стійкості" (sustainability) таких систем. Часто енергетичні ресурси для зниження періоду окупності обладнання експлуатуються дуже інтенсивно, що може призвести до їхнього швидкого виснаження. Тому необхідно підтримувати такий рівень виробництва енергії, який би дозволив експлуатувати джерело енергетичних ресурсів. тривалий час. Ця здатність систем підтримувати необхідний рівень виробництва теплової енергії довго називається «стійкістю» (sustainability). Для систем використання низькопотенційного тепла Землідано таке визначення стійкості: «Для кожної системи використання низькопотенційного тепла Землі та для кожного режиму роботи цієї системи існує певний максимальний рівень виробництва енергії; виробництво енергії нижче за цей рівень можна підтримувати тривалий час (100–300 років)».

Проведені в ВАТ «ІНСОЛАР-ІНВЕСТ»дослідження показали, що споживання теплової енергії з ґрунтового масиву до кінця опалювального сезону викликає поблизу регістра труб системи теплозбору зниження температури ґрунту, яке в ґрунтово-кліматичних умовах більшої частини території Росії не встигає компенсуватися в літній період року, і до початку наступного опалювального сезону ґрунт виходить із зниженим температурним потенціалом. Споживання теплової енергії протягом наступного опалювального сезону викликає подальше зниження температури ґрунту, і до початку третього опалювального сезону його температурний потенціал ще більше відрізняється від природного. І так далі. Однак опалювальні теплового впливу багаторічної експлуатації системи теплозбору на природний температурний режим ґрунту мають яскраво виражений експоненційний характер, і до п'ятого року експлуатації ґрунт виходить на новий режим, близький до періодичного, тобто, починаючи з п'ятого року експлуатації, багаторічне споживання теплової енергії з ґрунтового масиву Система теплозбору супроводжується періодичними змінами його температури. Таким чином, при проектуванні теплонасосних систем теплопостачанняпредставляється необхідним облік падіння температур ґрунтового масиву, викликаного багаторічною експлуатацією системи теплозбору, та використання як розрахункові параметри температур ґрунтового масиву, очікуваних на 5-й рік експлуатації ТСТ.

У комбінованих системах, що використовуються як для тепло-, так і для холодопостачання, тепловий баланс встановлюється «автоматично»: в зимовий час (потрібне теплопостачання) відбувається охолодження ґрунтового масиву, в літній час (потрібне холодопостачання) – нагрівання ґрунтового масиву. У системах, що використовують низькопотенційне тепло ґрунтових вод, відбувається постійне поповнення водних запасів за рахунок води, що просочується з поверхні, і води, що надходить з глибших шарів ґрунту. Таким чином, вміст ґрунтових вод збільшується як «зверху» (за рахунок тепла атмосферного повітря), і «знизу» (з допомогою тепла Землі); величина теплонадходжень «згори» і «знизу» залежить від товщини та глибини залягання водоносного шару. За рахунок цих теплонадходжень температура ґрунтових вод залишається постійною протягом усього сезону і мало змінюється в процесі експлуатації.

У системах з вертикальними ґрунтовими теплообмінниками ситуація інша.При відведенні тепла температура ґрунту навколо ґрунтового теплообмінника знижується. На зниження температури впливає як особливості конструкції теплообмінника, і режим його експлуатації. Наприклад, у системах з високими величинами теплової енергії, що відводиться (кілька десятків ват на метр довжини теплообмінника) або в системах з ґрунтовим теплообмінником, розташованим у ґрунті з низькою теплопровідністю (наприклад, у сухому піску або сухому гравії) зниження температури буде особливо помітним і може привести до заморожування ґрунтового масиву навколо ґрунтового теплообмінника.

Німецькі фахівці провели вимірювання температури ґрунтового масиву, в якому влаштований вертикальний ґрунтовий теплообмінник глибиною 50 м, розташований неподалік Франкфурта-на-Майні. Для цього навколо основної свердловини на відстані 2,5, 5 і 10 м було пробурено 9 свердловин тієї ж глибини. У всіх десяти свердловин через кожні 2 м встановлювалися датчики для вимірювання температури - всього 240 датчиків. На рис. 9 наведені схеми, що показують розподіл температур у ґрунтовому масиві навколо вертикального ґрунтового теплообмінника на початку та по закінченні першого опалювального сезону. Наприкінці опалювального сезону добре помітно зменшення температури ґрунтового масиву навколо теплообмінника. Виникає тепловий потік, спрямований до теплообмінника з навколишнього ґрунтового масиву, який частково компенсує зниження температури ґрунту, викликане відбором тепла. Розмір цього потоку проти величиною потоку тепла із земних надр у цій місцевості (80–100 мВт/кв.м) оцінюється досить високо (кілька ватів на квадратний метр).

Рис. 9. Схеми розподілу температур у ґрунтовому масиві навколо вертикального ґрунтового теплообмінника на початку та в кінці першого опалювального сезону.

Оскільки відносно широке поширення вертикальні теполообмінники стали отримувати приблизно 15–20 років тому, у всьому світі відчувається брак експериментальних даних, отриманих за тривалих (кілька десятків років) термінів експлуатації систем з теплообмінниками такого типу. Виникає питання про стійкість цих систем, про їхню надійність при тривалих термінах експлуатації. Чи є низькопотенційне тепло Землі джерелом енергії, що відновлюється? Який період «відновлення» цього джерела?

При експлуатації сільської школи в Ярославській області, обладнаної теплонасосною системою, що використовує вертикальний ґрунтовий теплообмінник, середні значення питомого теплознімання знаходилися на рівні 120-190 Вт/пог. м довжини теплообмінника.

З 1986 року у Швейцарії неподалік Цюріха проводилися дослідження системи з вертикальними ґрунтовими теплообмінниками. У ґрунтовому масиві було влаштовано вертикальний ґрунтовий теплообмінник коаксіального типу глибиною 105 м. Цей теплообмінник використовувався як джерело низькопотенційної теплової енергії для теплонасосної системи, що встановлена ​​в одноквартирному житловому будинку. Вертикальний ґрунтовий теплообмінник забезпечував пікову потужність приблизно 70 Вт на кожен метр довжини, що створювало значну потужність. теплове навантаженняна навколишній ґрунтовий масив. Річне виробництво теплової енергії складає близько 13 МВт год

На відстані 0,5 і 1 м від основної свердловини були пробурені дві додаткові, в яких на глибині в 1, 2, 5, 10, 20, 35, 50, 65, 85 і 105 м встановлені датчики температури, після чого свердловини були заповнені глинисто-цементною сумішшю. Температура вимірювалася кожні 30 хвилин. Крім температури ґрунту фіксувалися й інші параметри: швидкість руху теплоносія, споживання енергії приводом компресора теплового насоса, температура повітря тощо.

Перший період спостережень тривав із 1986 по 1991 рік. Вимірювання показали, що вплив тепла зовнішнього повітря та сонячної радіації відзначається в поверхневому шарі ґрунту на глибині до 15 м. Нижче цього рівня тепловий режим ґрунту формується головним чином за рахунок тепла земних надр. За перші 2-3 роки експлуатації температура ґрунтового масиву, Що оточує вертикальний теплообмінник, різко знизилася, проте з кожним роком зниження температури зменшувалося, і через кілька років система вийшла на режим, близький до постійного, коли температура ґрунтового масиву навколо теплообмінника стала нижчою від початкової на 1-2 оC.

Восени 1996 року, через десять років після початку експлуатації системи, вимірювання було відновлено. Ці вимірювання показали, що температура ґрунту істотно не змінилася. У наступні роки було зафіксовано незначні коливання температури ґрунту в межах 0,5 градусів C залежно від щорічного опалювального навантаження. Таким чином, система вийшла на квазістаціонарний режим після перших кількох років експлуатації.

На підставі експериментальних даних були побудовані математичні моделі процесів, що проходять у ґрунтовому масиві, що дозволило зробити довгостроковий прогноз зміни температури ґрунтового масиву.

Математичне моделювання показало, що щорічне зниження температури буде поступово зменшуватися, а обсяг ґрунтового масиву навколо теплообмінника, схильного до зниження температури, з кожним роком буде збільшуватися. Після закінчення періоду експлуатації починається процес регенерації: температура ґрунту починає підвищуватися. Характер протікання процесу регенерації подібний до характеру процесу «відбору» тепла: у перші роки експлуатації відбувається різке підвищення температури ґрунту, а в наступні роки швидкість підвищення температури зменшується. Тривалість періоду "регенерації" залежить від тривалості періоду експлуатації. Ці два періоди приблизно однакові. У цьому випадку період експлуатації ґрунтового теплообмінника дорівнював тридцяти років, і період «регенерації» також оцінюється в тридцять років.

Таким чином, системи тепло- та холодопостачання будівель, що використовують низькопотенційне тепло Землі, є надійним джерелом енергії, яке може бути використане повсюдно. Це джерело може використовуватися протягом тривалого часу, і може бути відновлено після закінчення періоду експлуатації.

Література

1. Rybach L. Status and prospects of geothermal heat pumps (GHP) in Europe and worldwide; стійкість аспектів GHP. International course of geothermal heat pumps, 2002

2. Васильєв Г.П., Крундишев Н.С. Енергоефективна сільська школа у Ярославській області. АВОК №5, 2002

3. Sanner B. Ground Heat Sources для Heat Pumps (classification, characteristics, advantages). 2002

4. Rybach L. Status and prospects of geothermal heat pumps (GHP) in Europe and worldwide; стійкість аспектів GHP. International course of geothermal heat pumps, 2002

5. ORKUSTOFNUN Working Group, Iceland (2001). IGA News no. 43, January-March 2001, 1-2

6. Rybach L., Sanner B. Ground-source heat pump systems – the European experience. GeoHeat-Center Bull. 21/1, 2000

7. Забезпечення енергопостачання з Residential Heat Pumps in Cold Climates. Maxi Brochure 08. CADDET, 1997

8. Atkinson Schaefer L. Single Pressure Absorption Heat Pump Analysis. A Dissertation Presented to The Academic Faculty. Georgia Institute of Technology, 2000

9. Morley T. The reversed heat engine as a means of heating buildings, The Engineer 133: 1922

10. Fearon J. The history and development of heat pump, Refrigeration and Air Conditioning. 1978

11. Васильєв Г.П. Енергоефективні будинки з теплонасосними системами теплопостачання. Журнал «ЖКГ», №12, 2002

12. Посібник із застосування теплових насосів з використанням вторинних енергетичних ресурсів та нетрадиційних відновлюваних джерел енергії. Москомархітектура. ДУП «НІАЦ», 2001

13. Енергоефективний житловий будинок у Москві. АВОК №4, 1999 р.

14. Васильєв Г.П. Енергоефективний експериментальний житловий будинок у мікрорайоні Нікуліно-2. АВОК №4, 2002

Зміна температури із глибиною. Земна поверхня через нерівномірне надходження сонячного тепла то нагрівається, то охолоджується. Ці коливання температури проникають у товщину Землі дуже неглибоко. Так, добові коливання на глибині 1 мзазвичай майже не відчуваються. Що ж до річних коливань, то вони проникають на різну глибину: у теплих країнах на 10-15 м,а в країнах з холодною зимою та спекотним літом до 25-30 і навіть 40 м.Глибше 30-40 мвже всюди Землі температура тримається незмінною. Наприклад, термометр, поставлений у підвалі Паризької обсерваторії, протягом понад 100 років показує 11°,85С.

Шар із постійною температурою спостерігається на всій земній кулі і зветься поясом постійної або нейтральної температури. Глибина залягання цього поясу в залежності від кліматичних умов різна, а температура дорівнює приблизно середній річній температурі цього місця.

При поглибленні на Землю нижче шару постійної температури зазвичай спостерігається поступове підвищення температури. Вперше це було помічено робітниками глибоких копалень. Помічалося це і під час прокладання тунелів. Так, наприклад, при прокладанні Симплонського тунелю (в Альпах) температура підвищувалася до 60 °, що створювало чималі труднощі у роботі. Ще більш високі температури спостерігаються у глибоких свердловинах. Прикладом може бути Чуховська свердловина (Верхня Сілезія), у якій глибині 2220 мтемпература була понад 80 ° (83 °, 1) і т. д. На підставі дуже багатьох спостережень, проведених у різних місцях Землі, вдалося встановити, що в середньому при поглибленні на кожні 33 мтемпература збільшується на 1°С.

Число метрів, на яке потрібно заглибитись у Землю, щоб температура зросла на 1°С, називають геотермічно ступенем.Геотермічний ступінь у різних випадкахнеоднакова і найчастіше вона коливається від 30 до 35 м.У деяких випадках ці коливання можуть бути й вищими. Наприклад, у штаті Мічиган (США), в одній із свердловин, розташованих поблизу оз. Мічиган, геотермічний ступінь виявився не 33, а 70м.Навпаки, дуже малий геотермічний ступінь спостерігався в одній із свердловин Мексики, Там на глибині 670 мз'явилася вода з температурою 70°. Таким чином, геотермічний ступінь виявився всього близько 12 м.Малі геотермічні щаблі спостерігаються також у вулканічних областях, де на невеликих глибинах можуть бути ще не охололі товщі вивержених порід. Але всі подібні випадки є не так правилами, як винятками.

Причин, що впливають на геотермічний ступінь, багато. (Крім наведених вище, можна вказати на різну теплопровідність гірських порід, характер залягання пластів та ін.

Велике значенняу розподілі температур має рельєф місцевості. Останнє добре можна помітити на прикладеному кресленні (рис. 23), що зображує розріз Альп по лінії Симплонського тунелю, з пунктиром нанесеними геоізотермами (тобто лініями однакових температур всередині Землі). Геоізотерми тут ніби повторюють рельєф, але з глибиною вплив рельєфу поступово зменшується. (Сильний вигин геоізотерм вниз у Баллі обумовлюється сильною циркуляцією вод, що спостерігається тут.)

Температура землі на великих глибинах. Спостереження над температурами у свердловинах, глибина яких рідко перевищує 2-3 км,Звісно, ​​що неспроможні дати ставлення до температурах глибших шарів Землі. Але тут нам на допомогу приходять деякі явища із життя земної кори. До таких явищ належить вулканізм. Вулкани, поширені по земної поверхні, виносять поверхню Землі розплавлені лави, температура яких понад 1000°. Отже, на високих глибинах ми маємо температури, що перевищують 1000°.

Був час, коли вчені на підставі геотермічного ступеня намагалися обчислити ту глибину, на якій могли бути такі високі температури, як 1000-2000 °. Проте такі обчислення не можна вважати досить обґрунтованими. Спостереження, що проводилися над температурою базальтової кулі, що остигає, і теоретичні розрахунки дають підставу говорити, що величина геотермічної щаблі з глибиною збільшується. Але в яких межах і до якої глибини йде подібне збільшення, ми також поки що сказати не можемо.

Якщо припустити, що температура з глибиною зростає безперервно, то в центрі Землі вона має вимірюватися десятками тисяч градусів. За таких температур всі відомі нам гірські породи повинні перейти в рідкий стан. Щоправда, всередині Землі величезний тиск, і ми нічого не знаємо про стан тіл за подібних тисків. Тим не менш, у нас немає жодних даних стверджувати, що температура з глибиною безперервно зростає. Зараз більшість геофізиків приходить до висновку про те, що температура всередині Землі навряд чи може бути більшою за 2000°.

Джерела тепла. Що ж до джерел тепла, що зумовлюють внутрішню температуру Землі, всі вони можуть бути різні. Виходячи з гіпотез, які вважають Землю масою, що утворилася з розпеченої і розплавленої, внутрішнє тепло потрібно вважати залишковим теплом тіла, що стигає з поверхні. Однак є підстави вважати, що причиною внутрішньої високої температури Землі може бути радіоактивний розпад урану, торію, актиноурану, калію та інших елементів, що містяться в гірських породах. Радіоактивні елементи здебільшогопоширені у кислих породах поверхневої оболонки Землі, менше їх зустрічається у глибинних основних породах. У той же час основні породи багатші на них, ніж залізні метеорити, які вважаються уламками внутрішніх частин космічних тіл.

Незважаючи на невелику кількість радіоактивних речовин у гірських породах та повільний їхній розпад, загальна кількість тепла, що виходить за рахунок радіоактивного розпаду, велика. Радянський геолог В. Г. Хлопінпідрахував, що радіоактивних елементів, що містяться у верхній 90-кілометровій оболонці Землі, достатньо, щоб покрити втрату тепла планети шляхом променевипускання. Поряд із радіоактивним розпадом теплова енергіявиділяється при стисканні речовини Землі, при хімічних реакціяхі т.п.

Для моделювання температурних полів та інших розрахунків необхідно дізнатися температуру грунту на заданої глибині.

Температуру ґрунту на глибині вимірюють за допомогою витяжних ґрунтово-глибинних термометрів. Це планові дослідження, які регулярно проводять метеорологічні станції. Дані досліджень є основою для кліматичних атласів та нормативної документації.

Для отримання температури ґрунту на заданій глибині можна спробувати, наприклад, два простих способу. Обидва способи полягають у використанні довідкової літератури:

1. Для наближеного визначення температури можна використати документ ЦПД-22. "Переходи залізниць трубопроводами". Тут у межах методики теплотехнічного розрахунку трубопроводів наводиться таблиця 1, де певних кліматичних районів наводяться величини температур грунту залежно від глибини виміру. Цю таблицю я наводжу тут нижче.

Таблиця 1

1. Таблиця температур ґрунту на різних глибинах із джерела «на допомогу працівникові газової промисловості» ще часів СРСР

Нормативні глибини промерзання для деяких міст:

Глибина промерзання ґрунту залежить від типу ґрунту:

Я думаю, що найпростіший варіант, це скористатися вищезазначеними довідковими даними, а потім інтерполювати.

Найнадійніший варіант для точних розрахунків із використанням температур ґрунту – скористатися даними метеорологічних служб. На базі метеорологічних служб працюють деякі онлайн-довідники. Наприклад, http://www.atlas-yakutia.ru/.

Тут достатньо вибрати населений пункт, тип ґрунту і можна отримати температурну карту ґрунту або її дані у табличній формі. В принципі зручно, але схоже цей ресурс платний.

Якщо Ви знаєте ще способи визначення температури ґрунту на заданій глибині, будь ласка, пишіть коментарі.

Можливо, Вам буде цікавий наступний матеріал:

Тут опубліковано динаміку зміни зимових (2012-13р.р.) температур землі на глибині 130 сантиметрів під будинком (під внутрішнім краєм фундаменту), а також - на рівні землі та температури води, що йде зі свердловини. Все це - на стояку, що йде зі свердловини.
Графік – внизу статті.
Дача (на межі Нової Москви та Калузької області) зимова, періодичного відвідування (2-4 рази на місяць по парі днів).
Вимощення і цоколь будинку - не утеплені, ще з осені закриті теплоізолюючими затичками (10см піни). Тепловтрати веранди, куди виходить стояк, у січні змінилися. Див. Примітку 10.
Вимірювання на глибині 130см виробляються системою Кситал GSM(), дискрет – 0,5*С, дод. похибка – близько 0,3*С.
Датчик встановлений у завареній знизу 20мм трубці з ПНД біля стояка (з зовнішньої сторонитеплоізоляції стояка, але усередині 110мм труби).
По осі абсцис – дати, по осі ординат – температури.
Примітка 1:
Температуру води в свердловині, а також - на рівні землі під будинком, прямо на стояку без води теж відстежуватиму, але тільки після приїзду. Похибка – близько +-0,6*С.
Примітка 2:
Температура на рівні земліпід будинком, біля стояка водопроводу опускалася без людей і води вже до мінус 5*С. Це говорить про те, що я не дарма зробив систему - До речі, термостат, що показав -5 * С - саме від цієї системи (RT-12-16).
Примітка 3:
Температура води "в свердловині" вимірюється тим же датчиком (він же - в Примітці 2), що і "на рівні землі" - він стоїть прямо на стояку під теплоізоляцією, впритул до стояка на рівні землі. Ці два виміри виробляються у різні моменти часу. "На рівні землі" - до закачування води в стояк і "в свердловині" - після прокачування приблизно 50 літрів протягом півгодини з перервами.
Примітка 4:
Температура води в свердловині може бути занижена, т.к. я не можу шукати цю довбали асимптоту, нескінченно хитаючи воду (моя) ... Як вмію - так граю.
Примітка 5: Чи не актуально, видалив.
Примітка 6:
Похибка фіксації вуличної температуриприблизно +-(3-7)*С.
Примітка 7:
Швидкість охолодження води на рівні землі (без включення насоса) дуже приблизно 1-2 * С на годину (це - при мінус 5 * С на рівні землі).
Примітка 8:
Забув описати, як у мене влаштований та утеплений підземний стояк. На ПНД-32 надіто два панчохи утеплювача в сумі - 2см. товщини (мабуть, спінений поліетилен), усе це вставлено в 110мм каналізаційну трубу там запінено до глибини 130см. Правда, оскільки ПНД-32 йшла не по центру 110-ої труби, а також те, що в своїй середині маса звичайної піни може довго не застигати, а значить - не перетворюватися на утеплювач, то як таке додаткове утеплення я сильно сумніваюся. Напевно, було б краще використовувати двокомпонентну піну, про існування якої я дізнався тільки пізніше.
Примітка 9:
Хочу звернути увагу читачів на вимірювання температури "На рівні землі" від 12.01.2013р. та від 18.01.2013р. Тут, на мою думку, величина +0,3*С помітно вище очікуваної. Думаю, що це – наслідок операції "Засипання снігом цоколя біля стояка", проведене 31.12.2012р.
Примітка 10:
З 12 січня до 3 лютого зробив додаткове утеплення веранди, куди виходить підземний стояк.
В результаті за приблизними втратами втрати веранди були знижені зі 100 Вт/кв.м. підлоги приблизно до 50 (це - при мінус 20 * С на вулиці).
Позначилося це і на графіках. температуру на рівні землі 9 лютого: +1,4*С та 16 лютого: +1,1 - таких високих температур ще не було з початку реальної зими.
І ще: з 4 по 16 лютого вперше за дві зими з неділі по п'ятницю котел не вмикався для підтримки встановленого мінімуму температури тому, що вона не дійшла до цього мінімуму.
Примітка 11:
Як і обіцяв (для "порядку" і для завершення річного циклу) періодично публікуватиму температури влітку. Але - не у графіку, щоб зиму не "затіняти", а тут, у Примітці-11.
11 травня 2013р.
Продухи після 3-х тижнів провітрювання закрив до осені, щоб уникнути відкладення конденсату.
13 травня 2013р.(На вулиці вже тиждень +25-30 * С):
- під будинком на рівні землі +10,5 * С,
- Під будинком на глибині 130см. +6 * С,

12 червня 2013р.:
- під будинком на рівні землі +14,5 * С,
- Під будинком на глибині 130см. +10*С.
- вода у свердловині з глибини 25м не вище +8*С.
26 червня 2013р.:
- під будинком на рівні землі +16 * С,
- Під будинком на глибині 130см. +11*С.
- вода у свердловині з глибини 25м не вище +9,3*С.
19 серпня 2013 р.:
- під будинком на рівні землі +15,5 * С,
- Під будинком на глибині 130см. +13,5 *С.
- вода у свердловині з глибини 25м не вище +9,0*С.
28 вересня 2013р.:
- під будинком на рівні землі +10,3 * С,
- Під будинком на глибині 130см. +12*С.
- вода у свердловині з глибини 25м = +8,0*С.
26 жовтня 2013р.:
- під будинком на рівні землі +8,5 * С,
- Під будинком на глибині 130см. +9,5*С.
- вода у свердловині з глибини 25м не вище +7,5*С.
16 листопада 2013р.:
- під будинком на рівні землі +7,5 * С,
- Під будинком на глибині 130см. +9,0*С.
- вода у свердловині з глибини 25м +7,5*С.
20 лютого 2014р.:
Напевно, це останній запис у цій статті.
Усю зиму живемо в будинку постійно, сенс у повторенні торішніх вимірів – невеликий, тому лише дві суттєві цифри:
- мінімальна температура під будинком на рівні землі в морози (-20 - -30 * С) через тиждень після їх початку неодноразово опускалася нижче +0,5 * С. У ці моменти у мене спрацьовувала

Один із найкращих, раціональних прийомів у зведенні капітальних теплиць – підземна теплиця-термос.
Використання цього факту сталості температури землі на глибині, в облаштуванні теплиці дає колосальну економію витрат на обігрів в холодну пору року, полегшує догляд, робить мікроклімат більш стабільним.
Така теплиця працює в найтріскучіші морози, дозволяє виробляти овочі, вирощувати квіти. цілий рік.
Правильно обладнана заглиблена теплиця дає можливість вирощувати, зокрема, теплолюбні південні культури. Обмежень практично немає. У теплиці можуть чудово почуватися цитрусові і навіть ананаси.
Але щоб на практиці все справно функціонувало, обов'язково потрібно дотриматися перевірених часом технологій, за якими будувалися підземні теплиці. Адже ця ідея не нова, ще за царя в Росії заглиблені теплиці давали врожаї ананасів, які заповзятливі купці вивозили на продаж до Європи.
Чомусь будівництво подібних теплиць не знайшло у нашій країні великого поширення, за великим рахунком, вона просто забута, хоча конструкція ідеально підходить саме для нашого клімату.
Ймовірно, роль тут відіграла необхідність копання глибокого котловану, заливання фундаменту. Будівництво теплиці, що заглиблюється, досить затратне, це далеко не парник, накритий поліетиленом, але і віддача від теплиці набагато більше.
Від заглиблення в землю не втрачається загальна внутрішня освітленість, це може здатися дивним, але в деяких випадках світлонасиченість навіть вища, ніж у класичних теплиць.
Не можна не згадати про міцність і надійність конструкції, вона незрівнянно міцніша за звичайну, легше переносить ураганні пориви вітру, добре протистоїть граду, не стануть на заваді і завали снігу.

1. Котлован

Створення теплиці починається з копання котловану. Щоб використовувати тепло землі для обігріву внутрішнього об'єму, теплиця має бути достатньо поглиблена. Що глибше, то земля стає тепліше.
Температура майже не змінюється протягом року на відстані 2-2,5 метрів від поверхні. На глибині 1 м температура ґрунту коливається більше, але й узимку її значення залишається позитивним, зазвичай у середній смузітемпература становить 4-10 С, залежно від пори року.
Заглиблена теплиця зводиться за сезон. Тобто взимку вона вже цілком зможе функціонувати та приносити дохід. Будівництво не з дешевих, але, застосувавши кмітливість, компромісні матеріали, можна заощадити буквально на цілий порядок, зробивши своєрідний економ-варіант теплиці, починаючи з котловану.
Наприклад, обійтися без залучення будівельної техніки. Хоча найбільш трудомістку частину роботи - копання котловану -, звичайно, краще віддати екскаватору. Вручну вийняти такий обсяг землі важко та довго.
Глибина ями котловану має бути не менше двох метрів. На такій глибині земля почне ділитися своїм теплом та працювати як своєрідний термос. Якщо глибина буде меншою, то принципово ідея працюватиме, але помітно менш ефективно. Тому рекомендується не шкодувати сил та засобів на поглиблення майбутньої теплиці.
У довжину підземні теплиці можуть бути будь-якими, але ширину краще витримати в межах 5 метрів, якщо ширина більша, то погіршуються якісні характеристики з обігріву та світловідбиття.
По сторонах горизонту підземні оранжереї орієнтувати потрібно, як звичайні теплиці та парники, зі сходу на захід, тобто так, щоб одна з боків була звернена на південь. У такому положенні рослини отримають максимальну кількість сонячної енергії.

2. Стіни та дах

По периметру котловану заливають фундамент чи викладають блоки. Фундамент служить основою для стін та каркасу споруди. Стіни краще робити з матеріалів із добрими теплоізоляційними характеристиками, чудовий варіант – термоблоки.

Каркас даху частіше роблять дерев'яним, із просочених антисептичними засобами брусків. Конструкція даху зазвичай пряма двосхилий. По центру конструкції закріплюють коньковий брусДля цього на підлозі встановлюють центральні опори по всій довжині теплиці.

Коньковий брус і стіни з'єднуються поруч крокв. Каркас можна зробити без високих опор. Їх замінюють на невеликі, які ставлять на поперечні балки, що з'єднують протилежні сторони теплиці, - така конструкція робить внутрішній простірвільніше.

Як покриття даху краще взяти стільниковий полікарбонат- популярний сучасний матеріал. Відстань між кроквами під час будівництва підганяють під ширину полікарбонатних листів. Працювати із матеріалом зручно. Покриття виходить з невеликою кількістю стиків, оскільки листи випускаються завдовжки 12 м-коду.

До каркаса вони кріпляться шурупами, їх краще вибирати з капелюшком у вигляді шайби. Щоб уникнути розтріскування листа, під кожен шуруп потрібно просвердлити дрилем отвір відповідного діаметра. За допомогою шуруповерта, або звичайного дриля з хрестовою битою, робота зі скління рухається дуже швидко. Для того щоб не залишалося щілин, добре заздалегідь по верху прокласти крокви ущільнювачем м'якої гумиабо іншого відповідного матеріалу і лише потім прикручувати листи. Пік даху вздовж коника потрібно прокласти м'яким утеплювачем і притиснути якимсь куточком: пластиковим, з жерсті, з іншого відповідного матеріалу.

Для хорошої теплоізоляції дах іноді роблять із подвійним шаром полікарбонату. Хоча прозорість зменшується приблизно на 10%, але це покривається чудовими теплоізоляційними характеристиками. Потрібно врахувати, що сніг на такому даху не тане. Тому скат повинен бути під достатнім кутом, не менше 30 градусів, щоб сніг на даху не накопичувався. Додатково для струшування встановлюють електричний вібратор, він убереже дах у разі, якщо сніг все-таки накопичуватиметься.

Подвійне скління роблять двома способами:

Між двома листами вставляють спеціальний профіль, листи кріпляться до каркасу зверху;

Спочатку кріплять нижній шар скління до каркаса зсередини, до нижньої сторони крокв. Другим шаром дах накривають, як завжди, зверху.

Після завершення роботи бажано проклеїти всі стики скотчем. Готовий дахвиглядає дуже ефектно: без зайвих стиків, гладка, без визначних частин.

3. Утеплення та обігрів

Утеплення стінок проводять наступним чином. Попередньо потрібно ретельно промазати розчином усі стики та шви стіни, тут можна застосувати і монтажну піну. Внутрішній бікстін накривають плівкою термоізоляції.

У холодних частинах країни добре використовувати товсту фольговану плівку, покриваючи стіну подвійним шаром.

Температура в глибині ґрунту теплиці вища за нуль, але холодніша за температуру повітря, необхідну для росту рослин. Верхній шар прогрівається сонячними променями та повітрям теплиці, але все-таки грунт відбирає тепло, тому часто в підземних теплицях використовують технологію «теплої підлоги»: нагрівальний елемент – електричний кабель – захищають металевими ґратами або заливають бетоном.

У другому випадку ґрунт для грядок насипають поверх бетону або вирощують зелень у горщиках та вазонах.

Застосування теплої підлоги може бути достатнім для обігріву всієї теплиці, якщо достатньо потужності. Але ефективніше та комфортніше для рослин використання комбінованого обігріву: тепла підлога + підігрів повітря. Для гарного зростання їм потрібна температура повітря 25-35 градусів при температурі землі приблизно 25°С.

ВИСНОВОК

Звичайно, будівництво заглибленої теплиці обійдеться дорожче, а зусиль потрібно більше, ніж при будівництві аналогічної теплиці звичайної конструкції. Але вкладені у теплицю-термос кошти з часом виправдовуються.

По-перше, це економія енергії на обігріві. Яким би чином не опалювалася взимку звичайна наземна теплиця, це буде завжди дорожчим і важчим за аналогічний спосіб обігріву в підземній теплиці. По-друге, економія на висвітленні. Фольгована теплоізоляція стін, відбиваючи світло, збільшує освітленість удвічі. Мікроклімат у поглибленій теплиці взимку для рослин буде сприятливішим, що неодмінно позначиться на врожайності. Легко приживуться саджанці, чудово почуватимуться ніжні рослини. Така теплиця гарантує стабільний, високий урожай будь-яких рослин цілий рік.