Воздушная шахта для зимней теплицы

[Николай]

Сколько ни смотрел про зимние теплицы, а воздушную шахту для зимней теплицы только недавно увидел. Мысль отличная, хотя увиденная реализация не понравилась: просто яма и крышка с дырками сверху - КПД слабый...
Подумал и придумал вот такую конструкцию (возможно повторил чью-то - поправьте если что не так или можно улучшить):

Думаю, мысль понятна - за счёт дополнительной вертикальной поверхности получить дополнительное тепло, причём от более глубоких и тёплых слоёв грунта.
Это самоточный вариант. (Вентилятор можно поставить, но только как аварийный, на время сильных морозов - постоянный сильный отбор тепла переохладит шахту.)

Что осталось непонятно:
1. Как расчитать диаметры самой шахты и внутренней трубы?
Чтобы и лишнего не копать и поток обеспечить. У меня например есть только ручной бур диаметром ~20-25см., а шахту хочу порядка 3 метров - хватит ли этого бура...
2. Одной шахты конечно же мало - как расчитать с каким шагом можно их делать?
Если на слишком большом расстоянии, то тепла мало будет. Если слишком часто - земля переохладится и промёрзнет...
У кого какие мысли?

ПС: конечно, это только для зимовки при температурах +- около нуля, но не для зимнего выращивания

[Alexmol]

Просто пробуренные отверстия в земле долго не проживут. Да и малый диаметр не даст эффекта хорошего тепло обмена с воздухом на поверхности. Должно получиться как минимум 2 разделённых потока воздуха. Если они будут смешиваться в процессе подъёма, то эффект на поверхности уменьшится. Думаю, что тут нужно использовать бетонные кольца колодца. И площадь тёплой части шахты, должна быть соизмерима с площадью теплицы ( как минимум).
Как мне видится такая реализация - это две шахты по краям теплицы, а между ними по 2 трубы 110мм горизонтально, на глубине не менее 2 м

Наверно, проще сделать систему горизонтальных труб на глубине с заглублением теплицы. К трубам добавляют принудительный вентилятор. Этот вентилятор по датчику температуры, в тёплое время года и солнечные дни в холодное, будет излишки тепла отдавать в землю ( кондиционер с аккумулятором), а в холодное время эти запасы использовать для обогрева теплицы.

[Николай]

Да, как-то слишком упростил описание... Вот что я до этого у себя в блоге предположил:

"В вырытую шахту вставляем трубу из согнутого гофрированного кровельного листа (оцинковка, профнастил), диаметром 40 см для определённости.
Кладём на дно шахты круг из теплоизолятора диаметром 25-30см, приподняв его над дном шахты на 15-20см. Затем в шахту опускаем трубу 20 см диаметром, теплоизолированную (10-15мм рулонного пенополиэтилена или изофола должно хватить). Нижний конец трубы до уложенного ранее круга не доводим.
По бокам между трубой и кругом останется зазор около 10 см. Тогда получится тяга — воздух будет опускаться по внутренней трубе, выходить в стороны внизу, потом будет нагреваться вдоль внешних стенок и выходить наружу.
Воздухозабор надо отвести в сторону, за пределы шахты, чтобы потоки не смешивались.
Круг внизу нужен, чтобы тёплый воздух от дна не пытался подняться вверх по приточной внутренней трубе.
Бортики по краям круга возможно не обязательны.
Теплоизолятор нужен для предотвращения передачи тепла — иначе возникнут встречные потоки воздуха."

[Николай]

теперь то же самое, но по-пунктам:

Просто пробуренные отверстия в земле долго не проживут.

Да, описал выше - там вставка из металла.

Да и малый диаметр не даст эффекта хорошего тепло обмена с воздухом на поверхности. Должно получиться как минимум 2 разделённых потока воздуха. Если они будут смешиваться в процессе подъёма, то эффект на поверхности уменьшится.

Именно это и не понравилось в прототипе с Кубани (6-метровая шахта диаметром 60 см и крышка с отверстиями сверху) - поэтому предложил вот этот свой вариант с внутренней трубой. По внутренней опускается холодный воздух, а потом вдоль внешних стенок нагревается и поднимается - потоки разделены. Более того, внутренняя труба теплоизолирована, а внизу тоже ограничитель тепла - именно для того, чтобы не возникали встречные потоки.

И площадь тёплой части шахты, должна быть соизмерима с площадью теплицы ( как минимум).

Конечно, иначе смысла нет. Одной шахтой сыт не будешь. Я даже подсчитал: одна 3-метровая шахта диаметром 40см на каждые 4 м2 даёт площадь, равную полу. Это даёт удвоение площади теплового съёма вместе с полом.
Но, это и один из заданных в начале вопросов - какое расстояние между шахтами оптимально?

Как мне видится такая реализация - это две шахты по краям теплицы, а между ними по 2 трубы 110мм горизонтально, на глубине не менее 2 м. ...вентилятор по датчику температуры...

Это неподъёмно - прикиньте земляные работы по закладке трубы... И потом - зависимость от электричества и всего два метра вглубь... Шахта тем и хороша, что самоточная и вдобавок берёт воздух с ГОРАЗДО больших глубин, чем два метра где заметно теплее. Я просто думал что это очевидно - метра три и больше нужно, сколько получится вниз, столько и бурить...

излишки тепла отдавать в землю ( кондиционер с аккумулятором), а в холодное время эти запасы использовать для обогрева теплицы.

Это элемент вегетария - одно другого совсем не исключает. Просто тепловой аккумулятор (он же и охладитель в жару) работает в тёплое время, а здесь речь о зимовке.
Однако, я тоже писал (правда в другом месте), что если есть электричество, то вентилятор даже в самоточной шахте желателен - недолгий аварийный режим в сильные морозы и при опускании температуры ниже допустимой. Мороз прошёл - выключилось и переохлаждённый грунт вокруг шахты обратно оттаивает до следующих морозов.

Вопросы остались те же:
Как расчитать зависимость диаметра от глубины шахты для обеспечения самостоятельного тока воздуха и несмешения потоков. Упомянутые 40 см умозрительны, а хватит ли 25 см. бура - не очень понятно - нужен либо натурный эксперимент, либо расчёт... Пока я думаю, что зазор между стенками лучше занизить, чем сделать слишком большим - тёплый воздух вырвется и через малую щель, а вот если зазор будет слишком широк, то холодный воздух сверху точно пробку создаст. Диаметры ещё ведь и от глубины шахты зависят - чем глубже, тем давление тёплого воздуха снизу больше.
И с каким шагом располагать шахты, чтобы не переохладить пространство под теплицей сверх меры сразу в начале зимы...

[ANDREUS]

Думаю, что тут нужно использовать бетонные кольца колодца.

И их герметизировать, чтобы исключить попадания влаги.

[Николай]

Думаю, что тут нужно использовать бетонные кольца колодца.

И их герметизировать, чтобы исключить попадания влаги.

Кольца для стенок: а может это и правильно - всяко долговечнее железа, да и теплопроводность у бетона хорошая. Сколько стоят правда не знаю. Только диаметр надо небольшой найти - я вот только здоровенные видел, чуть меньше метра, но правда и не смотрел прицельно.
ПС: Посмотрел. диаметр 70 высота 30 см, стоят у нас 775 р за штуку. 130 кг. 3-метровый колодец обойдётся в 7750 рублей российских. Предположим, что есть меньше и в полтора раза дешевле за итоговые 5000. Четыре колодца - двадцатник... кхм...
Да и тягать 130- килограммовки тяжеловато. А 10-сантиметровые стоят непропорционально дороже.
Вывод - просто надо отлить их самим, удобными по весу и размеру. Это не так сложно. Про арматуру только не забыть.

[Николай]

Тихо сам с собою дорассуждался до того, что можно сделать цепочку шахт через каждые полметра. А сколько из них открывать зимой, чтобы не остудить глубины слишком быстро - другой вопрос.
То есть, обычный верхний аккумулятор из горизонтальных труб будет работать с весны до осени, как и в любом вегетарии. А потом с осени начнёт работать глубинная масса грунта, прогретая летом через колодцы шахт - когда температура в теплице станет ниже температуры этого грунта.
Тогда шахты надо соединять на лето цепочкой и не придётся выбрасывать тепло наружу через форточки - всё будет на глубине оставаться. Конечно, там вниз уйдёт львиная доля тепла. Но, что-то всё равно вернётся - тепло "в никуда" не уходит. Огромная масса грунта на глубине, разогретая за лето на лишние (допустим) 5°С просто не может не дать заметного эффекта осенью-зимой.
Вот только, обычные трубы вегетария будут соперничать за площадь пола с выходами воздушных колодцев шахт. Как их соотношение определить - вопрос...

[Alexmol]

Нужно учесть ещё тот момент, что с открытого участка грунта с более высокой температурой по отношению к теплице (в зимний период) будет интенсивное испарениее влаги. И вся эта влага будет конденсироваться на холодной крыше теплицы и идти дождём, либо стекать реками

[Николай]

...будет интенсивное испарениее влаги. И вся эта влага будет конденсироваться на холодной крыше теплицы и идти дождём, либо стекать реками

Да, конденсат возможен, с теорией не поспоришь. Но, насколько сильный - никто не скажет. Потому что влажность воздуха и разница температур непредсказуемы. Так что насчёт именно "рек с потолка"... Я был бы наоборот счастлив - это означало бы, что нахаляву из земли идёт столько тепла, что и не снилось :) В действительности всё немного не так.
Что будет на деле - посмотрите видео об обычных зимних отапливаемых теплицах, где разница температур и влажность НАМНОГО больше, чем в неотапливаемых - я не увидел там дождей. Скорее наоборот - особо почему то и не капает во время видео (это кстати и меня немного удивило - как раз там-то я ожидал сильной испарины).
А в данной теме идёт речь о воздушных колодцах для неотапливаемых теплиц, которые более холодные.
(в отапливаемых теплицах эти колодцы просто не работают: температура в земле ниже необходимой)
Вот например канал Дачник из Самары - съёмки неотапливаемой среди зимы:
https://youtu.be/MBKv-wO6MTU?si=XTFRt_FvKYWfg91s

Я думаю дело в том, что зимой в холодной теплице и влаги-то особо нет. Она там не очень нужна. Деревья спят и землю можно поддерживать влажноватой, но не сырой. Из колодцев воздух идёт тоже не сырой - в нём абсолютная влажность такая же, как и остальном объёме теплицы, если стенки колодца из металла. А относительная влажность тогда даже чуточку ниже, поскольку выше температура воздуха.

Но, если одинарной плёнкой накрыть и печку поставить - тогда да, потечёт

[Николай]

Построил пробный макет.
Траншея глубиной 0,5 метра, в ней три вида канализационных труб ПНД на глубину 1800 мм от дна:
1) внешняя 110мм и внутренняя 50мм, теплоизоляция внутренней 2,5 см, снаружи зеркальный скотч
2) внешняя 160мм и внутренняя 50мм, теплоизоляция внутренней 3 см, снаружи зеркальный скотч
3) внешняя 160мм и внутренняя 110мм, теплоизоляция внутренней 1 см, снаружи зеркальный скотч
Глубже не смог, увы - там начался камень, древние ледниковые отложения.

Во всех трёх вариантах тепловой насос работает, но... точно НАОБОРОТ!
Судя по термометру, холодный воздух опускается между трубами, а тёплый воздух выходит наверх через внутреннюю трубу.
Самый тёплый воздух из внутренней трубы - в варианте 2: при 0°C на входе, на выходе примерно +2-3°С. То есть, явно есть перепад, это не ошибка измерений.
Чем это плохо - верхний слой земли вокруг верхней трубы охлаждается опускающимся воздухом. А задумывалось наоборот - подогрев не только воздуха, но и верхнего слоя земли поднимающимся между труб теплом.
Есть мысли почему так происходит?
Почему холодный воздух опускается, нагреваясь вдоль тёплых стенок? В худшем случае я ожидал воздушную пробку из-за сталкивающихся противоположных потоков, но только не продавливания вниз...