Thermische Felder an der Baugrundgrenze. Gefriertiefe. Einfluss der Schneedecke der Erde. Erde Vertikalkollektoren Temperaturen in verschiedenen Tiefen der Erde

Die Oberflächenschicht des Erdbodens ist ein natürlicher Wärmespeicher. Die Hauptquelle für Wärmeenergie, die in die oberen Schichten der Erde eindringt, ist die Sonnenstrahlung. Ab einer Tiefe von etwa 3 m (unter dem Gefrierpunkt) ändert sich die Bodentemperatur im Laufe des Jahres praktisch nicht und entspricht ungefähr der jährlichen Durchschnittstemperatur der Außenluft. In einer Tiefe von 1,5 bis 3,2 m beträgt die Temperatur im Winter +5 bis + 7 ° C und im Sommer +10 bis + 12 ° C. Diese Wärme kann verhindern, dass das Haus im Winter und im Sommer einfriert kann eine Überhitzung über 18 -20°C verhindern

Die einfachste Art, die Erdwärme zu nutzen, ist der Einsatz eines Erdwärmetauschers (RWA). Unter der Erde, unterhalb der Bodenvereisung, wird ein System von Luftkanälen verlegt, die als Wärmetauscher zwischen dem Boden und der durch diese Luftkanäle strömenden Luft wirken. Im Winter wird die einströmende kalte Luft, die in die Rohre eintritt und durch diese strömt, erwärmt und im Sommer gekühlt. Durch die rationelle Platzierung von Luftkanälen kann dem Boden mit geringen Energiekosten eine erhebliche Menge an Wärmeenergie entnommen werden.

Es kann ein Rohr-in-Rohr-Wärmetauscher verwendet werden. Interne Luftkanäle aus Edelstahl wirken hier als Rekuperatoren.

Abkühlung im Sommer

In der warmen Jahreszeit sorgt der Erdwärmetauscher für die Kühlung der Zuluft. Außenluft tritt durch die Luftansaugvorrichtung in den Erdwärmetauscher ein, wo sie durch das Erdreich gekühlt wird. Anschließend wird die gekühlte Luft über Luftkanäle der Zu- und Ablufteinheit zugeführt, in der anstelle eines Wärmetauschers für die Sommerzeit ein Sommereinsatz eingebaut ist. Dank dieser Lösung sinkt die Temperatur in den Räumen, das Mikroklima im Haus verbessert sich und die Stromkosten für die Klimaanlage werden gesenkt.

Arbeit außerhalb der Saison

Wenn der Unterschied zwischen der Temperatur der Außen- und der Innenluft gering ist, kann Frischluft durch das Zuluftgitter zugeführt werden, das sich an der Hauswand im oberirdischen Teil befindet. In der Zeit, in der der Unterschied erheblich ist, kann die Frischluftzufuhr durch den PWT erfolgen, der für eine Erwärmung / Kühlung der Zuluft sorgt.

Einsparungen im Winter

In der kalten Jahreszeit tritt Außenluft durch den Lufteinlass in den PWT ein, erwärmt sich dort und tritt dann zur Erwärmung im Wärmetauscher in die Zu- und Ablufteinheit ein. Die Luftvorwärmung im PWT verringert die Möglichkeit der Vereisung des Wärmetauschers des Lüftungsgeräts, erhöht die effektive Nutzung des Wärmetauschers und minimiert die Kosten für eine zusätzliche Lufterwärmung im Wasser-/Elektroheizgerät.

Wie werden Heiz- und Kühlkosten berechnet?

Sie können die Kosten für die Luftheizung im Winter für einen Raum vorab berechnen, in den Luft mit einem Standard von 300 m3 / Stunde eintritt. Im Winter beträgt die durchschnittliche Tagestemperatur für 80 Tage -5 ° C - es muss auf + 20 ° C geheizt werden. Um diese Luftmenge zu erwärmen, werden 2,55 kW pro Stunde benötigt (ohne Wärmerückgewinnungssystem) . Bei der Verwendung einer Erdwärmeanlage wird die Außenluft auf +5 erwärmt, und dann sind 1,02 kW erforderlich, um die einströmende Luft auf ein angenehmes Niveau zu erwärmen. Noch besser sieht es bei der Nutzung der Rekuperation aus – es müssen nur 0,714 kW aufgewendet werden. Über einen Zeitraum von 80 Tagen werden jeweils 2448 kWh thermische Energie verbraucht und Geothermie-Anlagen reduzieren die Kosten um 1175 bzw. 685 kWh.

In der Nebensaison für 180 Tage beträgt die durchschnittliche Tagestemperatur + 5 ° C - es muss auf + 20 ° C geheizt werden. Die geplanten Kosten betragen 3305 kWh, und Geothermie-Anlagen werden die Kosten um 1322 oder 1102 kWh senken.

Während der Sommerperiode beträgt die durchschnittliche Tagestemperatur für 60 Tage etwa +20 ° C, aber für 8 Stunden liegt sie innerhalb von + 26 ° C. Die Kühlkosten betragen 206 kWh, und das geothermische System wird die Kosten um 137 kWh senken.

Während des ganzen Jahres wird der Betrieb einer solchen geothermischen Anlage mit dem Koeffizienten SPF (saisonaler Leistungsfaktor) bewertet, der als Verhältnis der empfangenen Wärmemenge zur verbrauchten Strommenge unter Berücksichtigung saisonaler Luftveränderungen definiert ist / Bodentemperatur.

Um jährlich 2634 kWh Wärme aus dem Erdreich zu gewinnen, verbraucht das Lüftungsgerät 635 kWh Strom. Lichtschutzfaktor = 2634/635 = 4,14.
Nach Materialien.

Statt Vorwort.
Kluge und wohlwollende Menschen wiesen mich nicht darauf hin, dass dieser Fall aufgrund der enormen thermischen Trägheit der Erde nur in einer instationären Umgebung bewertet werden sollte und das jährliche Regime der Temperaturänderungen berücksichtigen sollte. Das fertige Beispiel wurde für ein stationäres thermisches Feld gelöst und hat daher offensichtlich falsche Ergebnisse, so dass es nur als eine Art idealisiertes Modell mit einer Vielzahl von Vereinfachungen angesehen werden sollte, die die Temperaturverteilung in einem stationären Modus zeigen. Also wie sagt man so schön, alle Zufälle sind reine Zufälle...

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Wie üblich werde ich nicht viele Angaben zu den akzeptierten Wärmeleitfähigkeiten und Dicken von Materialien machen, ich werde mich darauf beschränken, nur einige zu beschreiben, wir gehen davon aus, dass andere Elemente realen Strukturen so nahe wie möglich kommen - die thermophysikalischen Eigenschaften werden zugeordnet korrekt, und die Materialstärken entsprechen der realen Baupraxis. Ziel des Artikels ist es, sich einen Überblick über die Temperaturverteilung an der Gebäude-Erdreich-Grenze unter verschiedenen Bedingungen zu verschaffen.

Ein wenig darüber, was gesagt werden muss. Die berechneten Schemata in diesem Beispiel enthalten 3 Temperaturgrenzen, die 1. ist die Innenluft der Räumlichkeiten des beheizten Gebäudes +20 o C, die 2. ist die Außenluft -10 o C (-28 o C) und die 3. ist die Temperatur im Boden in einer bestimmten Tiefe, in der sie um einen bestimmten konstanten Wert schwankt. In diesem Beispiel beträgt der Wert dieser Tiefe 8 m und die Temperatur +10 ° C. Hier kann jemand mit mir über die akzeptierten Parameter der 3. Grenze streiten, aber der Streit um die genauen Werte besteht nicht Aufgabe dieses Artikels, ebenso wie die erzielten Ergebnisse keinen Anspruch auf besondere Genauigkeit und die Möglichkeit der Bindung an einen konkreten Auslegungsfall erheben. Ich wiederhole, die Aufgabe besteht darin, eine grundlegende Vorstellung von der Temperaturverteilung zu bekommen und einige der etablierten Ideen zu diesem Thema zu testen.

Jetzt gleich zur Sache. Also die zu prüfenden Thesen.
1. Der Boden unter einem beheizten Gebäude hat eine positive Temperatur.
2. Normative Tiefe der Bodenvereisung (dies ist eher eine Frage als eine Aussage). Wird bei der Meldung von Vereisungsdaten in geologischen Gutachten die Schneebedeckung des Bodens berücksichtigt, weil in der Regel die Umgebung des Hauses geschneit, Wege, Gehwege, Sackgassen, Parkplätze usw. gereinigt werden?

Das Einfrieren des Bodens ist ein zeitlicher Prozess, daher nehmen wir für die Berechnung die Außentemperatur gleich der Durchschnittstemperatur des kältesten Monats -10 ° C. Wir nehmen den Boden mit dem reduzierten Lambda \u003d 1 für die gesamte Tiefe.

Abb.1. Berechnungsschema.

Abb.2. Temperatur-Isolinien. Schema ohne Schneedecke.

Im Allgemeinen ist die Bodentemperatur unter dem Gebäude positiv. Maxima liegen näher an der Gebäudemitte, Minima an den Außenwänden. Die Isolinie der Nulltemperaturen horizontal betrifft nur die Projektion des beheizten Raumes auf die horizontale Ebene.
Das Einfrieren des Bodens weit entfernt vom Gebäude (d. h. das Erreichen negativer Temperaturen) tritt in einer Tiefe von ~2,4 Metern auf, was mehr als der normative Wert für den herkömmlich ausgewählten Bereich (1,4–1,6 m) ist.

Jetzt fügen wir 400 mm mitteldichten Schnee mit einem Lambda von 0,3 hinzu.

Abb. 3. Temperatur-Isolinien. Schema mit Schneedecke 400mm.

Isolinien positiver Temperaturen verdrängen negative Temperaturen nach außen, nur positive Temperaturen unter das Gebäude.
Bodenvereisung unter einer Schneedecke ~1,2 Meter (-0,4 m Schnee = 0,8 m Bodenvereisung). Die Schneedecke reduziert die Gefriertiefe erheblich (fast dreimal).
Anscheinend ist das Vorhandensein einer Schneedecke, ihre Höhe und ihr Verdichtungsgrad kein konstanter Wert, daher liegt die durchschnittliche Gefriertiefe im Bereich der Ergebnisse von 2 Schemata, (2,4 + 0,8) * 0,5 = 1,6 Meter, was entspricht auf den Standardwert.

Sehen wir uns nun an, was passiert, wenn strenger Frost einsetzt (-28 °C) und lange genug stehen bleibt, damit sich das thermische Feld stabilisiert, während es keine Schneedecke um das Gebäude herum gibt.

Abb.4. Schema bei -28Über Ohne Schneedecke.

Minustemperaturen kriechen unter das Gebäude, Plustemperaturen drücken auf den Fußboden des beheizten Raums. Im Bereich der Fundamente frieren die Böden durch. In einer Entfernung vom Gebäude gefrieren die Böden um ~4,7 Meter.

Siehe vorherige Blogeinträge.

Zur Modellierung von Temperaturfeldern und für andere Berechnungen ist es notwendig, die Bodentemperatur in einer bestimmten Tiefe zu kennen.

Die Temperatur des Bodens in der Tiefe wird mit Abgas-Bodentiefenthermometern gemessen. Dies sind geplante Studien, die regelmäßig von meteorologischen Stationen durchgeführt werden. Forschungsdaten dienen als Grundlage für Klimaatlanten und regulatorische Dokumentationen.

Um die Bodentemperatur in einer bestimmten Tiefe zu erhalten, können Sie beispielsweise zwei einfache Methoden ausprobieren. Beide Methoden basieren auf der Verwendung von Referenzliteratur:

1. Für eine ungefähre Bestimmung der Temperatur können Sie das Dokument TsPI-22 verwenden. "Eisenbahnübergänge durch Rohrleitungen". Hier wird im Rahmen der Methodik zur wärmetechnischen Berechnung von Rohrleitungen Tabelle 1 angegeben, in der für bestimmte Klimaregionen Erdreichtemperaturen in Abhängigkeit von der Messtiefe angegeben sind. Ich präsentiere diese Tabelle unten.

Tabelle 1

1. Tabelle der Bodentemperaturen in verschiedenen Tiefen aus einer Quelle "um einem Gasindustriearbeiter zu helfen" aus der Zeit der UdSSR

Normative Gefriertiefen für einige Städte:

Die Gefriertiefe des Bodens hängt von der Art des Bodens ab:

Ich denke, die einfachste Möglichkeit besteht darin, die obigen Referenzdaten zu verwenden und dann zu interpolieren.

Die zuverlässigste Möglichkeit für genaue Berechnungen mit Bodentemperaturen ist die Verwendung von Daten der Wetterdienste. Auf der Grundlage meteorologischer Dienste arbeiten einige Online-Verzeichnisse. Zum Beispiel http://www.atlas-yakutia.ru/.

Hier genügt die Auswahl der Siedlung, der Bodenart und Sie erhalten eine Temperaturkarte des Bodens oder dessen Daten in tabellarischer Form. Im Prinzip ist es bequem, aber es scheint, dass diese Ressource bezahlt wird.

Wenn Sie weitere Möglichkeiten kennen, die Bodentemperatur in einer bestimmten Tiefe zu bestimmen, schreiben Sie bitte Kommentare.

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Eine der besten und rationellsten Methoden beim Bau von Kapitalgewächshäusern ist ein unterirdisches Thermosgewächshaus.
Die Nutzung dieser Tatsache der Konstanz der Erdtemperatur in der Tiefe beim Bau eines Gewächshauses spart in der kalten Jahreszeit enorme Heizkosten, erleichtert die Pflege und stabilisiert das Mikroklima.
Ein solches Gewächshaus funktioniert bei den stärksten Frösten, ermöglicht es Ihnen, das ganze Jahr über Gemüse anzubauen und Blumen anzubauen.
Ein gut ausgestattetes Erdgewächshaus ermöglicht unter anderem den Anbau von wärmeliebenden südlichen Pflanzen. Es gibt praktisch keine Einschränkungen. Zitrusfrüchte und sogar Ananas können sich in einem Gewächshaus großartig anfühlen.
Aber damit alles in der Praxis richtig funktioniert, ist es unerlässlich, die bewährten Technologien zu befolgen, mit denen unterirdische Gewächshäuser gebaut wurden. Immerhin ist diese Idee nicht neu, selbst unter dem Zaren in Russland brachten vergrabene Gewächshäuser Ananasernten hervor, die geschäftstüchtige Kaufleute zum Verkauf nach Europa exportierten.
Aus irgendeinem Grund hat der Bau solcher Gewächshäuser in unserem Land keine weite Verbreitung gefunden, im Großen und Ganzen wird es einfach vergessen, obwohl das Design gerade für unser Klima ideal ist.
Wahrscheinlich spielte hier die Notwendigkeit, eine tiefe Grube auszuheben und das Fundament zu gießen, eine Rolle. Der Bau eines begrabenen Gewächshauses ist ziemlich teuer, es ist weit entfernt von einem mit Polyethylen bedeckten Gewächshaus, aber die Rendite des Gewächshauses ist viel größer.
Durch die Vertiefung in den Boden geht die gesamte Innenbeleuchtung nicht verloren, dies mag seltsam erscheinen, aber in einigen Fällen ist die Lichtsättigung sogar höher als bei klassischen Gewächshäusern.
Es ist unmöglich, die Stärke und Zuverlässigkeit der Struktur nicht zu erwähnen, sie ist unvergleichlich stärker als gewöhnlich, sie verträgt leichter Orkanböen, sie widersteht Hagel gut und Schneeblockaden werden kein Hindernis.

1. Grube

Die Erstellung eines Gewächshauses beginnt mit dem Ausheben einer Baugrube. Um die Erdwärme zur Beheizung des Innenvolumens nutzen zu können, muss das Gewächshaus ausreichend vertieft werden. Je tiefer die Erde wird wärmer.
Die Temperatur ändert sich im Laufe des Jahres in einem Abstand von 2-2,5 Metern von der Oberfläche fast nicht. In einer Tiefe von 1 m schwankt die Bodentemperatur stärker, aber im Winter bleibt ihr Wert positiv, normalerweise beträgt die Temperatur in der mittleren Zone je nach Jahreszeit 4-10 ° C.
Ein begrabenes Gewächshaus wird in einer Saison gebaut. Das heißt, im Winter kann es bereits funktionieren und Einnahmen generieren. Der Bau ist nicht billig, aber durch die Verwendung von Einfallsreichtum und Kompromissmaterialien ist es möglich, buchstäblich eine Größenordnung einzusparen, indem man eine Art Sparoption für ein Gewächshaus macht, beginnend mit einer Fundamentgrube.
Verzichten Sie zum Beispiel auf die Einbindung von Baumaschinen. Obwohl der zeitaufwändigste Teil der Arbeit - das Ausheben einer Grube - natürlich besser einem Bagger überlassen werden sollte. Das manuelle Entfernen eines solchen Landvolumens ist schwierig und zeitaufwändig.
Die Tiefe der Baugrube sollte mindestens zwei Meter betragen. In einer solchen Tiefe wird die Erde beginnen, ihre Wärme zu teilen und wie eine Art Thermoskanne zu funktionieren. Ist die Tiefe geringer, dann funktioniert die Idee im Prinzip, aber merklich weniger effizient. Daher empfiehlt es sich, keine Mühe und kein Geld zu scheuen, um das zukünftige Gewächshaus zu vertiefen.
Unterirdische Gewächshäuser können beliebig lang sein, aber es ist besser, die Breite innerhalb von 5 Metern zu halten, wenn die Breite größer ist, verschlechtern sich die Qualitätseigenschaften für Heizung und Lichtreflexion.
An den Seiten des Horizonts müssen unterirdische Gewächshäuser wie gewöhnliche Gewächshäuser und Gewächshäuser von Ost nach West ausgerichtet werden, dh so, dass eine der Seiten nach Süden zeigt. In dieser Position erhalten die Pflanzen die maximale Menge an Sonnenenergie.

2. Wände und Dach

Entlang des Umfangs der Grube wird ein Fundament gegossen oder Blöcke werden ausgelegt. Das Fundament dient als Basis für die Wände und den Rahmen der Struktur. Wände werden am besten aus Materialien mit guten Wärmedämmeigenschaften hergestellt, Thermoblöcke sind eine ausgezeichnete Option.

Der Dachrahmen besteht oft aus Holz, aus mit Antiseptika imprägnierten Stäben. Die Dachkonstruktion ist in der Regel gerade Giebel. In der Mitte der Struktur ist ein Firstbalken befestigt, dazu werden über die gesamte Länge des Gewächshauses zentrale Stützen auf dem Boden installiert.

Firstbalken und Wände sind durch eine Sparrenreihe verbunden. Der Rahmen kann ohne hohe Stützen ausgeführt werden. Sie werden durch kleine ersetzt, die auf Querträgern platziert werden, die gegenüberliegende Seiten des Gewächshauses verbinden - diese Konstruktion macht den Innenraum freier.

Als Dacheindeckung ist es besser, zellulares Polycarbonat zu verwenden - ein beliebtes modernes Material. Der Sparrenabstand wird beim Bau an die Breite der Polycarbonatplatten angepasst. Es ist bequem, mit dem Material zu arbeiten. Die Beschichtung erfolgt mit wenigen Fugen, da die Bahnen in Längen von 12 m produziert werden.

Sie werden mit selbstschneidenden Schrauben am Rahmen befestigt, es ist besser, sie mit einer Kappe in Form einer Unterlegscheibe zu wählen. Um ein Reißen des Blechs zu vermeiden, muss mit einem Bohrer unter jeder selbstschneidenden Schraube ein Loch mit dem entsprechenden Durchmesser gebohrt werden. Mit einem Schraubendreher oder einem herkömmlichen Bohrer mit Kreuzschlitz geht die Verglasungsarbeit sehr schnell vonstatten. Um Lücken zu vermeiden, ist es gut, die Sparren vorab mit einer Dichtmasse aus Weichgummi oder einem anderen geeigneten Material oben entlang zu verlegen und erst dann die Platten zu verschrauben. Die Dachspitze entlang des Firsts muss mit einer weichen Isolierung verlegt und mit einer Art Ecke gepresst werden: Kunststoff, Zinn oder einem anderen geeigneten Material.

Für eine gute Wärmedämmung wird das Dach manchmal mit einer Doppelschicht aus Polycarbonat hergestellt. Die Transparenz wird zwar um ca. 10 % reduziert, was aber durch die hervorragende Wärmedämmleistung überdeckt wird. Es ist zu beachten, dass der Schnee auf einem solchen Dach nicht schmilzt. Daher muss die Neigung in einem ausreichenden Winkel von mindestens 30 Grad liegen, damit sich kein Schnee auf dem Dach ansammelt. Zusätzlich ist ein elektrischer Rüttler zum Rütteln installiert, der das Dach schützt, falls sich noch Schnee ansammelt.

Doppelverglasung erfolgt auf zwei Arten:

Ein spezielles Profil wird zwischen zwei Bleche eingefügt, die Bleche werden von oben am Rahmen befestigt;

Zunächst wird die untere Verglasung von innen an der Sparrenunterseite am Rahmen befestigt. Das Dach wird mit der zweiten Schicht wie gewohnt von oben eingedeckt.

Nach Abschluss der Arbeiten ist es wünschenswert, alle Fugen mit Klebeband zu verkleben. Das fertige Dach sieht sehr beeindruckend aus: ohne unnötige Fugen, glatt, ohne hervorstehende Teile.

3. Erwärmung und Erwärmung

Die Wanddämmung wird wie folgt durchgeführt. Zuerst müssen Sie alle Fugen und Nähte der Wand sorgfältig mit einer Lösung bestreichen, hier können Sie auch Montageschaum verwenden. Die Innenseite der Wände ist mit einer Wärmedämmfolie bedeckt.

In kalten Teilen des Landes ist es gut, Foliendickfolie zu verwenden, die die Wand mit einer doppelten Schicht bedeckt.

Die Temperatur tief im Boden des Gewächshauses ist über Null, aber kälter als die für das Pflanzenwachstum erforderliche Lufttemperatur. Die oberste Schicht wird durch die Sonnenstrahlen und die Luft des Gewächshauses erwärmt, aber der Boden nimmt trotzdem Wärme auf, so dass in unterirdischen Gewächshäusern oft die Technologie der "warmen Böden" verwendet wird: Das Heizelement - ein elektrisches Kabel - wird durch geschützt ein Metallgitter oder mit Beton gegossen.

Im zweiten Fall wird die Erde für die Beete über Beton gegossen oder Grüns in Töpfen und Blumentöpfen gezüchtet.

Der Einsatz einer Fußbodenheizung kann ausreichen, um das gesamte Gewächshaus zu beheizen, wenn genügend Strom vorhanden ist. Effizienter und komfortabler für Pflanzen ist jedoch eine kombinierte Heizung: Fußbodenheizung + Luftheizung. Für ein gutes Wachstum benötigen sie eine Lufttemperatur von 25-35 Grad bei einer Erdtemperatur von etwa 25 C.

FAZIT

Natürlich kostet der Bau eines unterirdischen Gewächshauses mehr und erfordert mehr Aufwand als der Bau eines ähnlichen Gewächshauses herkömmlicher Bauart. Aber die in die Gewächshaus-Thermoskanne investierten Mittel sind auf Dauer gerechtfertigt.

Erstens spart es Energie beim Heizen. Unabhängig davon, wie ein gewöhnliches Bodengewächshaus im Winter beheizt wird, wird es immer teurer und schwieriger sein als eine ähnliche Heizmethode in einem unterirdischen Gewächshaus. Zweitens, Einsparungen bei der Beleuchtung. Folienwärmedämmung der Wände, Licht reflektierend, verdoppelt die Ausleuchtung. Das Mikroklima in einem tiefen Gewächshaus im Winter wird für Pflanzen günstiger sein, was sich sicherlich auf den Ertrag auswirken wird. Sämlinge werden leicht Wurzeln schlagen, zarte Pflanzen werden sich großartig anfühlen. Ein solches Gewächshaus garantiert das ganze Jahr über einen stabilen, hohen Ertrag jeglicher Pflanzen.

Dies könnte wie eine Fantasie erscheinen, wenn es nicht wahr wäre. Es stellt sich heraus, dass Sie unter rauen sibirischen Bedingungen Wärme direkt aus dem Boden beziehen können. Die ersten Objekte mit geothermischen Heizsystemen tauchten letztes Jahr im Tomsker Gebiet auf, und obwohl sie die Wärmekosten um etwa das Vierfache im Vergleich zu herkömmlichen Quellen senken können, gibt es immer noch keine Massenzirkulation "unter der Erde". Aber der Trend ist spürbar und vor allem gewinnt er an Fahrt. Tatsächlich ist dies die günstigste alternative Energiequelle für Sibirien, wo beispielsweise Sonnenkollektoren oder Windgeneratoren nicht immer ihre Wirksamkeit zeigen können. Tatsächlich liegt Erdwärme direkt unter unseren Füßen.

„Die Gefriertiefe des Bodens beträgt 2–2,5 Meter. Die Bodentemperatur unterhalb dieser Marke bleibt sowohl im Winter als auch im Sommer gleich und reicht von plus eins bis plus fünf Grad Celsius. Auf diesem Grundstück wird die Arbeit der Wärmepumpe gebaut, sagt der Energieingenieur der Bildungsabteilung der Verwaltung des Tomsker Gebiets Roman Alekseenko. - Verbindungsrohre werden bis zu einer Tiefe von 2,5 Metern in die Erdkontur eingegraben, in einem Abstand von etwa anderthalb Metern voneinander. Im Rohrsystem zirkuliert ein Kühlmittel – Ethylenglykol. Der externe horizontale Erdkreislauf kommuniziert mit der Kühleinheit, in der das Kältemittel Freon, ein Gas mit niedrigem Siedepunkt, zirkuliert. Bei plus drei Grad Celsius beginnt dieses Gas zu sieden, und wenn der Kompressor das siedende Gas stark verdichtet, steigt dessen Temperatur auf plus 50 Grad Celsius. Das erhitzte Gas wird zu einem Wärmetauscher geleitet, in dem gewöhnliches destilliertes Wasser zirkuliert. Die Flüssigkeit erwärmt sich und verteilt die Wärme über das im Boden verlegte Heizsystem.

Reine Physik und keine Wunder

Im Dorf Turuntaevo bei Tomsk wurde im vergangenen Sommer ein Kindergarten eröffnet, der mit einem modernen dänischen Erdwärmesystem ausgestattet ist. Laut dem Direktor des Tomsker Unternehmens Ecoclimat Georg Granin, ermöglichte das energieeffiziente System mehrmals, die Zahlung für die Wärmeversorgung zu reduzieren. Seit acht Jahren hat dieses Tomsker Unternehmen bereits etwa zweihundert Objekte in verschiedenen Regionen Russlands mit geothermischen Heizsystemen ausgestattet und tut dies weiterhin in der Tomsker Region. Es gibt also keinen Zweifel an den Worten von Granin. Ein Jahr vor der Eröffnung des Kindergartens in Turuntaevo stattete Ecoclimat einen anderen Kindergarten, Sunny Bunny, im Mikrobezirk Green Hills von Tomsk mit einem geothermischen Heizsystem aus, das 13 Millionen Rubel kostete. Tatsächlich war es die erste Erfahrung dieser Art. Und er war recht erfolgreich.

Bereits 2012 gelang es dem Unternehmen während eines Besuchs in Dänemark, der im Rahmen des Programms des Euro Info Correspondence Center (EICC-Region Tomsk) organisiert wurde, eine Zusammenarbeit mit dem dänischen Unternehmen Danfoss zu vereinbaren. Und heute hilft dänische Ausrüstung, Wärme aus den Tomsker Eingeweiden zu extrahieren, und wie Experten ohne allzu große Bescheidenheit sagen, erweist es sich als ziemlich effizient. Der Hauptindikator für die Effizienz ist die Wirtschaftlichkeit. „Das Heizsystem für ein 250 Quadratmeter großes Kindergartengebäude in Turuntayevo hat 1,9 Millionen Rubel gekostet“, sagt Granin. "Und die Heizgebühr beträgt 20-25 Tausend Rubel pro Jahr." Dieser Betrag ist mit dem Betrag, den der Kindergarten für Wärme aus herkömmlichen Quellen zahlen würde, nicht zu vergleichen.

Das System funktionierte unter den Bedingungen des sibirischen Winters problemlos. Es wurde eine Berechnung der Übereinstimmung der thermischen Ausrüstung mit den SanPiN-Standards durchgeführt, wonach sie im Kindergartengebäude bei einer Außenlufttemperatur von -40 ° C eine Temperatur von mindestens + 19 ° C aufrechterhalten müssen. Insgesamt wurden rund vier Millionen Rubel für die Sanierung, Reparatur und Umrüstung des Gebäudes ausgegeben. Zusammen mit der Wärmepumpe waren es knapp sechs Millionen. Dank Wärmepumpen ist die Kindergartenheizung heute ein völlig isoliertes und unabhängiges System. Es gibt jetzt keine herkömmlichen Batterien im Gebäude, und der Raum wird mit dem „Warm Floor“-System beheizt.

Der Turuntayevsky-Kindergarten ist, wie man sagt, „von“ und „bis“ isoliert - das Gebäude ist mit einer zusätzlichen Wärmedämmung ausgestattet: Auf der bestehenden Wand (drei Ziegel) wird eine 10-cm-Dämmschicht angebracht, die zwei oder drei Ziegeln entspricht zähflüssig). Hinter der Isolierung befindet sich ein Luftspalt, gefolgt von einer Metallverkleidung. Das Dach wird auf die gleiche Weise isoliert. Das Hauptaugenmerk der Bauherren galt dem „warmen Fußboden“ – dem Heizsystem des Gebäudes. Es stellte sich heraus, dass es mehrere Schichten gab: einen Betonboden, eine 50 mm dicke Schaumkunststoffschicht, ein Rohrsystem, in dem heißes Wasser zirkuliert, und Linoleum. Obwohl die Temperatur des Wassers im Wärmetauscher +50°C erreichen kann, übersteigt die maximale Erwärmung des eigentlichen Bodenbelags +30°C nicht. Die tatsächliche Temperatur jedes Raums kann manuell eingestellt werden - automatische Sensoren ermöglichen es Ihnen, die Bodentemperatur so einzustellen, dass sich der Kindergartenraum auf die von den Hygienestandards geforderten Grad erwärmt.

Die Leistung der Pumpe im Turuntayevsky-Garten beträgt 40 kW erzeugte Wärmeenergie, für deren Erzeugung die Wärmepumpe 10 kW elektrische Leistung benötigt. Somit erzeugt die Wärmepumpe aus 1 kW verbrauchter elektrischer Energie 4 kW Wärme. „Wir hatten ein bisschen Angst vor dem Winter – wir wussten nicht, wie sich Wärmepumpen verhalten würden. Aber selbst bei starkem Frost war es im Kindergarten konstant warm – von plus 18 bis 23 Grad Celsius“, sagt der Direktor der Turuntaev-Sekundarschule Evgeny Belonogov. - Hier ist natürlich zu berücksichtigen, dass das Gebäude selbst gut isoliert war. Die Ausrüstung ist unprätentiös in der Wartung und trotz der Tatsache, dass es sich um eine westliche Entwicklung handelt, hat sie sich unter unseren harten sibirischen Bedingungen als sehr effektiv erwiesen.“

Ein umfassendes Projekt zum Erfahrungsaustausch auf dem Gebiet der Ressourcenschonung wurde von der Region EICC-Tomsk der Industrie- und Handelskammer Tomsk durchgeführt. Teilnehmer waren kleine und mittelständische Unternehmen, die ressourcenschonende Technologien entwickeln und umsetzen. Im Mai letzten Jahres besuchten dänische Experten Tomsk im Rahmen eines russisch-dänischen Projekts, und das Ergebnis war, wie sie sagen, offensichtlich.

Innovation kommt in die Schule

Eine neue Schule im Dorf Werschinino, Gebiet Tomsk, gebaut von einem Bauern Michail Kolpakow, ist die dritte Anlage in der Region, die Erdwärme als Wärmequelle für Heizung und Warmwasserbereitung nutzt. Die Schule ist auch deshalb einzigartig, weil sie die höchste Energieeffizienzklasse „A“ hat. Das Heizsystem wurde von derselben Ecoclimat-Firma entworfen und eingeführt.

„Als wir überlegten, welche Art von Heizung wir in der Schule installieren sollten, hatten wir mehrere Möglichkeiten – ein kohlebefeuertes Kesselhaus und Wärmepumpen“, sagt Mikhail Kolpakov. - Wir haben die Erfahrungen eines energieeffizienten Kindergartens in Zeleny Gorki untersucht und berechnet, dass uns das Heizen auf altmodische Weise mit Kohle im Winter mehr als 1,2 Millionen Rubel kosten wird, und wir brauchen auch heißes Wasser. Und mit Wärmepumpen belaufen sich die Kosten für das ganze Jahr auf etwa 170.000, zusammen mit Warmwasser.“

Das System benötigt nur Strom, um Wärme zu erzeugen. Bei einem Stromverbrauch von 1 kW erzeugen Wärmepumpen in einer Schule etwa 7 kW thermische Energie. Zudem ist die Erdwärme im Gegensatz zu Kohle und Gas eine sich selbst erneuernde Energiequelle. Die Installation eines modernen Heizsystems für die Schule kostete etwa 10 Millionen Rubel. Dafür wurden auf dem Schulgelände 28 Brunnen gebohrt.

„Die Arithmetik hier ist einfach. Wir haben berechnet, dass die Wartung des Kohlekessels unter Berücksichtigung des Gehalts des Heizers und der Brennstoffkosten mehr als eine Million Rubel pro Jahr kosten würde, - stellt der Leiter der Bildungsabteilung fest Sergej Jefimow. - Wenn Sie Wärmepumpen verwenden, müssen Sie für alle Ressourcen etwa fünfzehntausend Rubel pro Monat bezahlen. Die unbestrittenen Vorteile des Einsatzes von Wärmepumpen sind ihre Effizienz und Umweltfreundlichkeit. Das Wärmeversorgungssystem ermöglicht es Ihnen, die Wärmezufuhr je nach Außenwetter zu regulieren, wodurch die sogenannte „Unterheizung“ oder „Überhitzung“ des Raums beseitigt wird.“

Nach vorläufigen Berechnungen amortisieren sich die teuren dänischen Geräte in vier bis fünf Jahren. Die Lebensdauer von Wärmepumpen von Danfoss, mit denen Ecoclimat LLC arbeitet, beträgt 50 Jahre. Der Computer erhält Informationen über die Lufttemperatur draußen und bestimmt, wann die Schule beheizt werden muss und wann nicht. Damit entfällt die Frage nach dem Datum des Ein- und Ausschaltens der Heizung ganz. Unabhängig vom Wetter funktioniert die Klimatisierung immer vor den Fenstern in der Schule für Kinder.

„Als der außerordentliche und bevollmächtigte Botschafter des Königreichs Dänemark letztes Jahr zum gesamtrussischen Treffen kam und unseren Kindergarten in Zelenye Gorki besuchte, war er angenehm überrascht, dass diese Technologien, die sogar in Kopenhagen als innovativ gelten, in Tomsk angewendet werden und funktionieren Region, - sagt der kaufmännische Leiter von Ecoclimat Alexander Granin.

Generell ist die Nutzung lokaler erneuerbarer Energiequellen in verschiedenen Wirtschaftszweigen, hier im sozialen Bereich, zu dem auch Schulen und Kindergärten gehören, im Rahmen der Energieeinsparung und Energieeffizienz einer der in der Region umgesetzten Schwerpunkte Programm. Die Entwicklung erneuerbarer Energien wird vom Gouverneur der Region aktiv unterstützt Sergej Schwatschkin. Und drei Haushaltsinstitute mit einer geothermischen Heizanlage sind nur die ersten Schritte zur Umsetzung eines großen und vielversprechenden Projekts.

Der Kindergarten in Zelenye Gorki wurde bei einem Wettbewerb in Skolkovo als beste energieeffiziente Einrichtung in Russland ausgezeichnet. Dann kam die Vershininskaya-Schule mit Erdwärmeheizung, ebenfalls der höchsten Kategorie der Energieeffizienz. Das nächste Objekt, das für das Tomsker Gebiet nicht weniger bedeutend ist, ist ein Kindergarten in Turuntaevo. In diesem Jahr haben die Unternehmen Gazhimstroyinvest und Stroygarant bereits mit dem Bau von Kindergärten für 80 bzw. 60 Kinder in den Dörfern der Region Tomsk, Kopylovo bzw. Kandinka, begonnen. Beheizt werden beide Neubauten mit geothermischen Heizsystemen – aus Wärmepumpen. Insgesamt beabsichtigt die Bezirksverwaltung in diesem Jahr, fast 205 Millionen Rubel für den Bau neuer und die Reparatur bestehender Kindergärten auszugeben. Es ist geplant, das Gebäude für einen Kindergarten im Dorf Takhtamyshevo umzubauen und neu auszustatten. Auch in diesem Gebäude wird die Beheizung über Wärmepumpen realisiert, da sich das System bewährt hat.