Фазовый переход вода-лед. Теплоаккумулятор

Где-то здесь на сайте было видео про теплообменник для теплового насоса со льдом. Большая бетонная бочка с крышкой. Внутри система труб. Это источник отопления для дома. Посмотрел и потерял сон. К сожалению ссылку не найду, может кто помнит?

Насколько я понимаю в данной системе тепловым насосом снимается энергия фазового перехода вода-лед. В кубе воды при превращении в лед аж 93 квт*ч. Неплохо. КПД теплообменников и их конструкцию пока не учитываем.
Оттайка теплоаккумулятора ведется солнечным коллектором и теплом земли. Причем удасться использовать даже низкопотенциальную энергию (самодельного?) СК непригодную для подачи напрямую в систему ГВС или отопления дома. Т. е. даже те зимние крохи тепла и теплоноситель нагретый просто до положительной температуры можно скидывать на оттайку льда в теплоаккумулятор. К тому же бетонная емкость никак не утеплена и зарыта ниже глубины промерзания т. е. получает постоянный тепловой поток из земли через неутепленные стенки. А у кого грунтовые воды близко вообще счастье.

Вероятно есть и подводные камни. Мне видятся такие. Температура мала т. е. естественная конвекция воды низ-верх емкости не приведет к интенсивному таянию льда вокруг труб. Трубы надо расположить достаточно часто т. к. после того как вокруг трубы образуется лед теплосъем резко уменьшится т. е. нужна большая поверхность теплосъема.

Кто-то считал подобное? Судя по видео емкость выглядит не устрашающе, количество труб тоже, солнечный коллектор не фантастический.

Пока вижу одни сплошные плюсы. Реализация проста - экскаватор, пластиковая или бетонная емкость, полиэтиленовые трубы. Все доступно и относительно недорого. Нет утеплителя! За лето регенерируется само плюс аккумулятор практически бесконечной емкости под утилизацию тепла с солнечных коллекторов летом (ну не у всех же есть бассейны и рольставни на коллекторах). Теплоноситель бесплатная вода.

Посчитаем без КПД.

Емкость 5м3 Запас 465кВтч

Это запас на 10 дней отопления. Сужу по дому знакомого с электрокотлом. Т. е. в сутки 46,5 ну пусть 50кВт*ч. В месяц 50*30=1500 кВт*ч (по его словам больше 2700кВт*ч/мес он в самый холодный месяц зимы не нажигал).

Приход от СП в месяц.

Берем данные инсоляции отсюда http://www.solbat.su/meteorology/insolation для Москвы, коллектор вертикальный, данные для января. 21.3 кВт*ч/м2 в месяц.

Т. е. для оттайки нужного количества воды требуется 1500/21,3=70 м2 коллектора?

Для декабря 1500/25,8 = 60м2
Для ноября 1500/38,7 = 40м2
Для февраля 1500/57,9 = 26м2 (уже не так страшно )

Ну и так далее. В расчете неучтен приход из-под земли ну и потребление дома не всегда такое как я использовал в расчете. Когда-то меньше, когда-то больше. В пики можно и электричеством/дровами/газом из баллонов подогреться.

Что я не учел? Коллеги! Верните мне сон.

 

Почитайте мою тему
https://www.forumhouse.ru/threads/134251/

Там есть ответы на многие вопросы.
Применение СК для оттайки ТА в зимние месяцы весьма перспективно, причем теплообмен будет идти достаточно эффективно хотя бы потому, что температура воды в ТА будет около 0, а теплоноситель в СК всегда будет иметь Т выше 0, даже если и СК не вакуумный.

 

Вашу тему читал. Познавательно. Но проблема мне видится не в "как сделать теплообменник", а как сделать теплоаккумулятор с минимальными затратами. Ради этого тему и поднял.
Сижу, прикидываю. Неутепленная водонепроницаемая емкость на 10м3 закопанная в землю + теплообменники внутри обходится в те же деньги что и теплоаккумулятор на 1000л любого именитого производителя. И это при покупке всех компонентов в магазине. А уж если у кого есть возможность "за недорого" поиметь некую емкость пригодную для этого то и вообще халява. Емкость с водой - не всплывет, при достаточно плотном грунте не раздавит, подогревается нахаляву. Пока вижу только плюсы. Даже обмерзание труб теплообменника не проблема, как оказалось при более тщательном изучении. Теплопроводность льда больше чем у воды так что препятствий теплосъему до полного замерзания всей емкости в глыбу льда не должно быть. Скорее будет проблема при оттайке из-за появления между стенкой теплообменника и льдом прослойки воды.
Проблема в поддержании заряда теплоаккумулятора (читай оттайке). Электричеством глупо, дровами? Нахаляву только солнце. Покупать заводские коллектора накладно, проще на эти деньги купить дров лет на 20 и закрыть проблему. А вот сообразить самопальный плоский коллектор на 10-20м2 при творческом подходе к проблеме можно по цене 1-2х Соколов. Да, он не будет зимой давать кипяток и его будет невозможно использовать в классических системах ГВС и поддержки отопления, но он (кипяток) и не нужен в данном случае. Достаточно подогреть теплоноситель выше нуля и прогнать через теплообменник. Придумать автоматику при нынешней доступности контроллеров не проблема.

Следующим летом думаю попробовать. Все равно септик покупать, вот на нем и проведу эксперимент пока чистый. БК1800 для опытов тоже имеется.

 

Сделать правильный теплообменник это 90% решения этой задачи.
Я немного знаком с немецкий опытом постороения такой системы.
Так вот, примененный ими способ заморозки воды "в лоб" (трубки) совершенно неэкономичен, так как обмерзание трубы резко уменьшает теплосьем, даже несмотря на более высокую теплопроводность льда по сравнению с теплопроводностью воды.
Здесь нужно учитывать конвекционное движение воды, так как за счет этого движения и происходит основной теплообмен в жидкости, а не за счет теплопроводности.

Поэтому если применять немецкий (трубчатый) теплообменник, то
1) придётся использовать трубу неоправданно большой длины.
2) невозможно заморозить ВСЮ воду в ТА, так как расширение льда порвет емкость или трубу, или же нужно применять специальные меры для предотвращения этого негативного явления.
3) абсолютная неремонтопригодность такого ТА, представьте себе, что в глыбе льда порвалась труба по которой циркулирует теплоноситель.
Это приведет к полной остановки системы отопления на время оттайки этого льда.
4) Из-за намерзания льда у системы получается низкий кпд.
5) Высокая конечная стоимость всей системы из-за вышеперечисленных недостатков.

На счет "халявного" тепла.
Получить его зимой от солнца это правильная мысль и это стоит пробовать.
Подогрев дна ТА за счет тепла земли - тоже правильно, единственно что нужно закапываться ниже глубины промерзания, но это не проблема.
Так же можно использовать тепло стоков, вентиляции и т. п.
Использование этих и других источников тепла позволит значительно уменьшить объем ТА, думаю что примерно на 30-50%, что весьма неплохо.

 

По-моему использовать фазовый переход вода-лёд тепловой насос (ТН) не сможет. Красивое заблуждение. Да и ни к чему это. Вам нужна устойчивая положительная температура в ТА. Смысл ТН в том, что он забирает тепло в одном месте и переносит в другое.
При переходе вода-лёд Вы действительно разово снимете энергию фазового перехода. Далее лёд в ТА нарушит нормальную работу системы, КПД ТН, и без того низкий при температурах около нуля, резко упадёт, компрессор будет молотить почти в холостую. Это износ очень недешёвого оборудования. Придётся подогревать лёд до состояния воды, что бы ТА вернулся в рабочее состояние. То есть Вы энергию взяли, такую же энергию потом придётся возвращать. КПД=0. Какой смысл с этим замарачиваться? Используйте СК-ТН для максимального накопления дневной энергии солнца в теплоаккумулятор. Положительные температуры грунта так же приветствуются. Типа солнечно-геотермальная система работы ТН
А фазовый переход вода-лёд выкиньте из головы. Идея стара, и если бы была эффективной, то её давно бы использовали в промышленных масштабах.

 

Повторю обобщ. предложения, например:
1. На дне плоский, во всё дно, испаритель от ТН, как только испаритель обледенеет, включается оттайка испарителя и лёд благополучно всплывает и так до следующего обледенения.
2. Намораживающийся лед сам себя выталкивает из призмы (перевернутой усеч. пирамидки) расширяясь и всплывает. рассчитывалась критическая точка отрыва в зависимости от угла призмы по времени от начала заморозки.
3. плоский теплообменик покрыть матерьялом к которому не примерзает лед, например лыжная мазь или воск.
4. налить тоненький слой жидкости с большей плотностью и температурой замерзания чем у воды, тогда к жидкости не будет намерзать лёд.

Можно попробывать использовать тот эфф. что плотнсть воды самая большая при 4С, значит если телобменник (ТО) у дна, то вода холоднее 4С будет всплывать с поверхности ТО и замещаться более плотной, и так до полного заморожения всего объема. Нужен эксперимент.

 

По п. 3 могу сказать то, что намерзающий и откалывающийся с поверхности лед постепенно заберет всю эту смазку с поверхности материала.
п. 1 - лед очень медленно будет всплывать, и оттайка ухудшит кпд процесса.

 

Эффективность ТН напрямую зависит от теплоты источника. Чем ниже температура источника, тем более мощный и дорогостоящий ТН нужен. При этом работать ТН будет вынужден много, надо же как то изьять тепло там, где его мало. Соответственно расход э\э на работу мощного насоса увеличится, нагрузка и износ оборудования так же будет большим. Ну зачем это? Не эффективно. Лучше сделать ямку поглубже, да СК поставить побольше. Выгода не заставит себя ждать, а затраты на оборудование и расход э/э будут меньше.

 

Что бы так категорично говорить для начала посмотрите ссылку что я давал.
Эта идея уже реализована нами на практике.
Даже с простейшим ТН (переделанный оконный кондей) получен СОР около 3.
В промышленных масштабах эта идея не использовалось только потому, что до сегодняшнего дня не было работающего без обмерзания теплообменника для реализации этого процесса.
Теперь он есть.

 

СОР около 3 обычный грунтовый ТН даёт. Скважинные геотермальные ТН на СОР 4 ориентируются. Вот ежели бы Вы СОР 4.5-5 получили, вот тогда можно считать, что энергию фазового перехода задействовали. Да и то с натяжкой. Вы же не чистую геотермальную энергию качаете, а солнечную туда подмешиваете. С таким же успехом можно её и в систему отопления подмешивать.
Как ни крути, но при температуре теплоисточника 10-12-15 градусов, ТН будет работать эффективней, чем при температурах, близких к нулю. Нагрузка на ТН меньше, моточасы снижаются, ресурс насоса повышается, потреблением им э/э снижается. Поэтому Вы и имеете СОР 3, вместо положенных СОР 4.
Из вышеизложенного можно сделать вывод, что идею фазового перехода можно забыть, не так уж она эффективна. Думается, что глубокая и объёмная выгребная яма с гниющими фекалиями, со сбросом туда подогретой воды из СК гораздо более эффективна. А выгребная яма в частном доме вещь обязательная. Получается 2 в одном. Есть и здесь проблемы- заиливание, снижение теплообмена.

 

Вы это вообще о чем?
Похоже что ссылку мою вы вообще не читали и не понимаете где и как происходит процесс замораживания воды.
Энергию фазового перехода мы получаем однозначно, иначе бы лед не образовывался.
И давайте это обсудим в моей теме, здесь речь идет немного о другом.

 

Тема создана не для обсуждения теплообменника. Интересует теплоаккумулятор! То, что эта система работоспособна я уверен на 99%. Все придумано до нас. Весь земной шар отапливается именно на этом фазовом переходе. И вытащить эту энергию можно, тепловые насосы 0/35 не проблема.
Мысль в хранении некоего запаса холодной воды, а не кипятка. Холодную воду хранить удобнее и безопаснее. Вот и хотелось сравнить что энергетически выгоднее, ставить в дом бочку с кипятком или зарыть перед домом бочку с холодной водой.
И хватит обсуждать призмочки всплывающие и лыжную мазь. Сразу видно что лыжников тут нет ибо мазь несколько для другого предназначена. А уж если хотите чтобы лед не лип, купите лыжи посовременнее от именитых производителей (топ модель, а не дрова из Спортмастера) и посмотрите под микроскопом как скользяк устроен. Или в инете почитайте. Ключевые слова для поиска полиэтилен и графит

 

При обсуждении ТА Вы никак не обойдете проблему ТН и теплообменника, так как именно от них зависит то, насколько хорошо будет работать ТА.
И ещё - я так и не понял, что именно Вас интересует в плане "ледяного" ТА?

 

> И ещё - я так и не понял, что именно Вас интересует в плане "ледяного" ТА?

Расчеты энергетики и, возможно, обмен опытом по реализации. Но пока ни расчетов ни опыта.

 

Так такого опыта здесь ни у кого нет.
Кроме меня, конечно.
Емкость в землю мы пока не закапывали, но предварительно считаем, что можно будет получить от тепла земли примерно 50 вт/кв.м.
По крайней мере примерно на такое же значение тепла рассчитывают при прокладке кабеля для грунтового ТН, только у них эта мощность идет на 1 погонный метр.