Saulės namas. Perteklinės energijos namas

Šiek tiek prielaidų ir skaičiavimų apie tai, kaip žemės tūris gali išlaikyti šilumą iki šildymo sezono pradžios.

Praktikoje pastebimi vertikalių žemės kolektorių temperatūrų mažėjimai keliais laipsniais per pirmąjį naudojimo dešimtmetį įrodo, kad galimas ir atvirkštinis efektas, kai žemė aplink tokį kolektorių būtų sušildoma. Šį efektą stipriai mažina aukšti gruntiniai vandenys.


Tikroji geoterminė energija pasiekianti žemės paviršių yra labai nedidelio intensyvumo 0,040-0,065W/m2. Palygimui geoterminio horizontalaus kolektoriaus galia skaičiuojama 10-30W/m2.
Temperatūros gradientas žemės plutoje 0,02 K/m (temperatūra pakyla vidutiniškai +0,02C su kiekvienu metru skverbiantis gilyn į žemės gelmes)

http://en.wikipedia....hermal_gradient

Tai parodo, kad šiluma po namu taip greitai "nesusigers" į požemius.


Iš šių duomenų galime paskaičiuoti vidutinį žemės šiluminį laidumą: 40 m/K * 0,065 W/m2 = 2,6 W/mK; 40 m/K * 0,04 W/m2 = 1,6 W/mK;

Sausi paviršiniai sluoksniai yra pakankamai geri šilumos izoliatoriai:
Sauso smėlis, molis 0,2 W/mK;
Žvyras 0,7 W/mK;
http://www.engineeri...vity-d_429.html

Po namu apribotas žemės tūris 10*10*5 = 500m3; masė 800000 kg; termo masė 800 MJ/K; norint pakelti šio luito temperatūrą +10 laipsnių reikėtų 8 GJ energijos;
8GJ = 2200 kWh ; 2200kWh / 350 kWh/m2 = 7 m2 vakuuminių saulės kolektorių našumas per metus.

Norint, kad nuo rugsėjo iki gruodžio luitas atvėstų nuo +20C iki +15C reikėtų 300m2 požeminio ribojančio paviršiaus plotą izoliuoti sauso smėlio "sienele", kurios šilumos laidumas būtų 1,7 W/m2 prie dt=13C;
Tai būtų smėlio izoliacinis sluoksnis, kurio storis: 0,2 W/mK * 13 K / 1,7 W/m2 = 1,5 m

Įsitikinus, kad aplink termoakumuliatorių bus sausas smėlis (0,2 W/mk), galima būtų net pamąstyti apie tiesiogiai naudotinos šilumos > +25C kaupimą 500m3 žemės luite izoliuotame sausu smėliu.
Norint turėti 4000 kWh (15 GJ) gruodžio mėn. pradžioje namo šildymo reikmėms luite reikėtų, kad jis būtų 15GJ/0,8GJ/K + 25K = +43C
Su vidutiniais praradimais per 300m2 požemines "sienas" prie vidutinės dt 50C, su pradine rugsėjo temperatūra +60C reikėtų pasiekti sienos laidumą 17K * 0,8 GJ/K / 300m2 / 7776000 s = 5,8 W/m2; tokiu atveju smėlio storis būtų: 0,2 W/mK * 50K / 5,8 W/m2 = 1,7m;
Padvigubinus smėlio "sienos" storį, pasiekta maksimali luito temperatūra rugsėjį turėtų būti ~55C.
Neaišku kaip tiksliau vertinti neribotą smėlio izoliacinės sienos storį, bet tai bent jau neblogintų situacijos.
Didėjant sistemos matmenims nuostoliai mažėja, nes gerėja tūrio ir paviršiaus ploto santykis.

Kas įdomiausia šioje idėjoje, kad įrengimas iš pradžių gali beveik nieko nekainuoti.
Jeigu turite 10-15m sauso smėlio sluoksnį savo sklype ir geoterminiam šildymui pasirinktumėte keletą daryti 20 gręžinių po 8 metrus vietoj dviejų po 80m., užkastumėte kelis termodaviklius luito temperatūros stebėjimui, nenaudotumėte kolektoriaus namo šildymui trejetą metų ir vietoj to pripumpuotumėte žinomą skaičių kWh iš standartinio dydžio saulės kolektorių, tuomet galima būtų įsitikinti ar pasiseka sukaupti šilumos žiemai ir įvertinti kokie šiluminiai nuostoliai susidaro luite. Gavus optimistinius rezultatus galima būtų didinti šilumos pumpavimą po žeme ir pradėti naudotis sukaupta šiluma namo šildymui. Nepavykus pirmam etapui tiesiog įsirengti geoterminį siurblį.

Gal net pavyktų rasti rėmėjų saulės kolektoriams įrengti...

Kiek pastebėjau realizuotose sistemose nieks nesiremia 0,2 W/mK grunto šiluminiu laidumu. Ten skaičiai apie 1,5-2 W/mK. Namai dažniausia nestatomi ant smėlėtų kalniukų. Temperatūros nesiekia +30C. Komerciškai įgyvendinti projektai būna dideli ir dažniausiai naudoja šilumos siurblius, nes grunto temperatūra pakeliama iki +30C per žiemą nukrenta iki +15C ir netinka tiesiogiai šildyti, bet stiriai pagerina COP.

Realizuota sistema su analize:
http://www.internet-...ystem-tests.pdf

Skelbiama, kad šiluma grunte sklinda maždaug 1m per mėnesį greičiu:
http://www.icax.co.u...mes_the_Sun.pdf

Norintiems pasigilinti šiek tiek formulių iš sezoninių grunto šilumos akumuliatorių:
http://www.internet-...eat-storage.pdf

Žemės namo statybos su sezonine šilumos kaupykla:
http://house-in-the-...at-storage.html

Ką verta žinoti statantis žemės namą: http://earthshelters.../uncategorized/

Lietuvos klimatui gali nepakakti šilumos iš žemės žiemą.
Specialistai pasisako, kad efektyvesnis būdas perduoti šilumą į žemę vasarą yra vamzdžiai su skysčiu, o ne oru.

Keleto skirtingų temperatūrų akumuliacinių talpų idėja: http://www.jc-solarh...eat_storage.htm

Sezoninių šilumos kaupyklų aprašymai:
http://lejpt.academi...A19/049_068.htm

viena poblema - 10m sauso smelio po kyliu. pas mane pvz tokio tik 1.5m toliau jau gruntiniai plaukia.
Nors, dabar pagalvojau, jei kaip sakai naudot keleta negiliu greziniu galima naudot priemoli gulinti giliau 3m. is sveo informacijos apie kaiminysteje esancius grezinius, matosi kad toliau vanduo 40m gylyje. tai turbut turiu 30metru sauso priemolio sluoksni savo dispozicijoj.

Nežinau ką minty turėjo mintas, bet aš kai ką kitą turėjau minty pradėdamas projektavimą ne nuo šilumos išsaugojimo (termoizoliacijos), o nuo šilumos išgavimo (kolektoriai su talpomis). Didelę akumuliacinę talpą įsirengti galima tik prieš namo statybas. Pradėjus pirmą aukštą jau šaukštai po pietų. O va supasyvinti namą užkaišant nesandarumus, pastorinant termoizoliacijos sluoksnį, pakeičiant langus, ir t.t. galima ir po vienų, ir po 10 ar net 100 metų. Brangiau bus nei iš karto, bet vis tik įmanoma. Apšiltinimo sluoksnio kirtimas sakyčiau fignia. Ir dėl saulės kolektorių kiekio kolkas nesuku galvos. Vietos ant stogo tikrai daugiau nei pakankamai. Kol stogo nėra, nėra ir jokio tikslo skubėti su kolektorių skaičiavimais.
Šilumos kaupimas pačiame grunte, o ne tam skirtose kaupyklose labai viliojantis dalykas dėl pigumo, bet gąsdinantis dėl daugybės nežinomųjų. Padarei talpą, apšiltinai, žinai maždaug kiek ten energijos bus sukaupta ir kiek jos liks naudingos. Kaupimas žemėje - net neįsivaizduoju kaip reiktų suvertinti visus požeminius niuansus - grunto, vandenų savybes. Dar nepaskaičiau BangaS linkų, gal prašviesės kiek...

na kokie jau cia niuansai - imkim pvz daznai pasitakanti molio sluoksni, molis nelaidus vandeniui, taigi ir jo savybes bus be jokiu "niuansu". aisku varza mazesne uz smelio, bet ta gali atsvert atitinkamai storesnis sluoksnis. pliusas tame kad tokia talpykla gali isirengt bet kada, kad ir praejus 10m po statybu.

Specialiai tuo nesidomėjau, bet kiek teko išgirsti iš gręžėjų, gręžusių man gręžinį,galiu pasakyti kad klystat. Mano gręžinys yra 39m gylio.

Pirmas vandeningas sluoksnis buvo ~2m-2.3m gylyje, po to buvo atrasti kaip gręžėjai sakė dar du mažo debito vandeningi sluoksniai ir tik ketvirtas sluoksnis užtikrino pakankamą debitą.

Taip kad jei aplinkiniai gręžiniai yra 40m gylio, tai dar nereiškia, kad tai tik antras sluoksnis, tarpe gali būti kaip ir pas mane dar 2 vandeningi sluoksniai.
Papildyta:


Nė velnio nesutinku. Jei manai kad ir apšiltinti ir užsandarinti namą galima po 10 ar 100 metų, tai aš lygiai tą paty galiu pasakyti ir apie akumuliacinę talpą. Gal bus brangiau šiek tiek, lygiai taip pat, kaip ir su apšiltinimu bei užsandarinimu, bet įmanoma.

Jei yra rūsys, tai jį hidroizoliuoji apšiltini ir pripildai vandens, jei rūsio nėra, tai namas turi kiemą. Dabar jau neprisimenu, bet labai nemažas sklypo plotas privalo likti neužstatytas, tad ir po 10 ir po 100 metų galėsi ten išsikasti ir patalpinti požeminį baseiną skirta šilumos akumuliavimui.
Papildyta:


Pas mane kolektorius kaip tik molio sluoksnyje paklotas. Kai klojau, užkliuvo, kad molis buvo labai šlapias. Po žemės kasinėjimų kieme balos laikėsi visą likusį šiltąjį laikotarpį, taip kad mano molingas gruntas neleido į žemę susigerti paviršiniam vandeniui. Jei pradėsiu tokį molį šildyti sakykim sugebėsiu užkelti jo temperatūrą. Ar nebus taip, kad kylant šlapio molio temperatūrai jis pradės sausėti. Jeigu bus taip, tai jis taip pat gali pradėti ir skilinėti, o jei pradės skilinėti, gali suplėšyti vamzdžius . Nors ir stengiausi visus vamzdžius užpilti bent jau mažu smėlio sluoksniu, bet vietomis šlapias molis užkrito ant vamzdžio ir nespėjus jo apipilti smėliu .

Va va - jei yra rūsys. Kas šiais laikais daro rūsį, planuodami ateity ten akumuliacinę talpą? O jei jau daryti rūsį dėl talpos ir jos iškart ten neįrengti - tai jau nesąmonė taip investicijas užšaldyti. Taip pat daugumos akumuliacinių talpų tipų įrengimas smarkiai komplikuojasi ar net išvis tampa neįmanomas, jei perdengimas virš rūsio jau padarytas.
Akumuliacinė šalia namo - ar tikrai įsitikinęs, kad nestatymo zonoje draudžiama tik antžeminė statyba? Be to, kai akumuliacinė po namu, didelė akumuliacinės nuostolių dalis eina į namą tiesiogiai. Dar geriau, jei akumuliacinė vidury namo, bet mano atveju tai nepriimtina dėl vietos stokos.

o kur as sakiau kad tie greziniai yra 40m gylio? jie gerokai gilesni, tik maciau ju pjuviu info, kur antras sluoksnis nuo kazkur 4m iki 40m yra priemolis be tarpiniu vandeningu sluoksniu. nebent sveo ne ne viska ten rodo.
Papildyta:

tai tas molis 2m gylyje gatavai slapias buvo? ar nuo pavirsinio vandens purvyna pasidarei?

Ar nepastebite prieštaravimo raudono ir likusio teksto? 160m' gręžinių x 55Lt/m - jau suma, plius ŠS, plius kolektoriai, aprišimas.... na nors nušaukit niekaip nerandu asocijacijų su "beveik nieko nekainuoja".
Dabar pagalvokime, ką konkrečiai daryti man - su esamom elektros sąnaudom. Gręžioti? Kasinėti sklypą nuo gręžinio iki gręžinio? Finale - ką sutaupysiu? Noriu pabrėžti, kad pats pastatas tikrai nėra ypatingas statinys medalio vertas, greitai pusė SM tokiuose gyvens. Todėl ar visas tas vargas - tik dėl abejotinos "zero" ar "saulės namo" idėjos???
Geoterminį pateisinu tik su sąlyga - jei sugebėsite pasikloti kolektorių Minto sąnaudom ir įsigyti ŠS ~4000Lt, kas finale 6500-8000Lt tai viskas atrodo logiška. Bet net ir tokia investicija yra abejotina dėl labai mažo galios poreikio.

Jau turiu ir į www.saules-namas.lt sudėjau savo grunto tyrimų svarbiausius faktus. Ką manot apie sukurptą kovos su gruntiniais vandenimis būdą? Taip pat apie galimybes pasidaryti BangaS siūlomus gręžinukus. Tik tiek, kad aš visgi labiau linkęs pasitikėti pilnai kontroliuojama akumuliacine talpa, taigi vietoj 20 galvoju apie 4-6 vnt. Gręžiniai būtų naudojami pagrinde akumuliacinės talpos nuostolių mažinimui. Taip pat per šalčius jų energija galėtų būti panaudojama radiatoriams namo išorėje, pirminiam oro pašildymui prieš rekuperatorių. Vidaus patalpom šildyti - gerai būtų, bet sunku patikėti.

Negiliems gręžinukams manau nereiks 55lt/m. Kažkur buvau matęs, kad iki 40m gręžia už 40lt/m. Gal ir pasenusios žinios, bet pats principas galioja ir galios dar ilgai ir nuobodžiai - kuo mažesnis gylis, tuo metro kaina mažesnė.

suds, su tokiu gruntinio vandens lygiu net minties apie rusi netureciau, jei ner kur nudrenuot. Kask pruda, pilk is iskasto smelio kalneli, o ant jo ir nameli, nereiks ir rusio kast - jie tiesiog ant dabartinio lygio pastatysi

Beveik nieko nekainuotų jeigu lyginama su standartinio geoterminio gręžinio įrengimu...

Dėl atsipirkimo sunku kažką konkretaus atsakyti, kai tiksliai neaišku kaip veiks sistema.


5 metrų gylio 60 cm skersmens grežinį daro paprastesnė polių gręžimo technika, ekskavatorius su gražtu. Gražtai būna iki metro skersmens, bet čia jau ne standartas. Kiek šnekėjau sakė gali užgriūti jeigu smėlis birus, bet jeigu iškart įleisti paruoštą vamzdžio "spiralę" tai problemų neturėtų būti. Sugręžtų per dieną, bet taip ir nepaskambino patikslinti kainos.

Paskutinėje nuorodoje įdėjau "baseino" įrengimo brėžinius. Kaip supratau pateikiama informacija yra ne tik teorinė ir bus naudinga palyginti.
Aukštas gruntinis vanduo tikrai neleis prišildyti žemės žiemai. Jusų atveju į grežinius būtų galima nukreipti perteklinę žemos temperatūros (+20C) šilumą
iš plokščiųjų kolektorių, kai nėra pakankamai spindulių, nors tai duotų labai nežymią naudą.
Jeigu ruošiatės pagrinde "siurbti" šilumą iš žemės, tai gal vertėtų neįrenginėti kolektoriaus šalia baseino, kad kaip tik nepadidintų nuostolių.

Kaip supratau net po vandeniu įrengto rūsio iš hidrotechninio betono sienos gali būti sausos. Padidinta temperatūra tik prisidėtų prie sienų sausumo.
Su koriuku gali tekti daug vandens pumpuoti. Gal net ne verta įrenginėti siurblio ir šulinėlio kiaurai pamatą apskritai?

Lauksime kol kas nors pastatys žemės namą Lietuvoje ir paviešins rezultatus apie šilumos kaupimą žemėje. Per daug nežinomųjų ir per mažai sėkmės istorijų kol kas aplinkui.