Фазовый переход вода-лед. Теплоаккумулятор

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Попытаемся посчитать.
По виссману поступление тепла 25Вт/м2 для глины.

Вот такая емкость http://vek-plastika.ru/produce/emkosti/cilindr/c10000d
будет получать с боковой и нижней стенки (верх не считаем) Площадь стенок и дна 25м2

25м2*25= 0,6кВт*ч 0,6*24=14,4кВт в сутки.

Допустим в день надо на отопление дома 50кВт*ч. Мы в пассиве на 36кВт...

Всего в такой емкости 930кВт*ч. Пусть получится снять 500кВт. Это запас на 10 дней. Неплохой, надо отметить запас. А 360кВт надо восполнять либо солнцем либо еще чем-то. По моим прикидкам стоимость такого теплоаккумулятора с теплообменником внутри "под ключ" выйдет не более 80тр. Что сопоставимо с баком NIBE, например. Только вот тепла в бак NIBE такой же стоимости на 10 дней не напихаешь. И что самое интересное классический телоаккумулятор только остывает, а этот заряжается хотя бы частично сам.

В принципе овчинка выделки стоит, если я все правильно посчитал.

 

Так а зачем все эти извращения, если за те же деньги можно закопать в обычный грунт больше трубы и устроить обычный геотермальный контур для ТН. Средняя температура будет выше, ТН работать эффективнее, заряжается сам, без всяких коллекторов, за лето с нулевыми затратами... а "теплоаккумуляция на фазовом переходе" получается сама собой: если контур выморозить-таки до нуля, земля промерзает, и сколько в ней было влаги - вся в лёд.

Огромный объём за копейки... и никаких ёмкостей, и никаких трудностей с оттаиванием.

А энергию с солнечных коллекторов можно умнее употребить.

ИМХО, конечно.

 

В виде чего будет внутренний теплообменник?
Предположим что он будет ввиде гибкой трубки, предположим что это будет гофрированная нержавейка с теплопроводностью 40 вт/м*град. и диаметром 32мм.
Площадь поверхности 1 погонного метра такой нержавеющей гофры примем 0,1 кв. м.
Также предположим что мы замораживаем ТА мощностью в 2 квт.
Тогда при перепаде температур dT=10 град (0 град. вода, -10 град. - циркулирующий в гофре теплоноситель от ТН) от 1 кв. м. поверхности гофры мы сможем получить тепловой поток 400вт, и соответственно длина трубки должна быть около 50м.

Так как на гофре начнет намерзать лед, то попробуем учесть и это.
Предположим, что расстояние между трубками 20 см, то есть на каждой из трубок может нарасти слой льда толщиной не более 10см.
Теплопроводность льда для простоты примем 2 вт/м*град.
Слой льда в 0.1м имеет теплопроводность 20 вт с 1 кв. м. при перепаде в 1 град., тогда при перепаде Т = 10 град. с 1 кв. м. будем иметь 200 вт.
А это значит, что для того, что бы не уменьшить тепловой поток длину трубки нужно увеличить минимум до 100 метров.
Цена 1 погонного метра такой трубы около 500 руб, соответственно только трубка будет стоить ещё 50 000 руб.

Вот что ещё нужно учесть при проектировании ТА с теплообменником:
так как плотность льда примерно на 10% меньше плотности воды, то всплывающий лед в емкости 10.000 л (например при оттайке) будет давить на трубки своей массой в 1000 кг, этот эффект придется тоже как-то убирать.

Если лед начнет замерзать весь, то придется учитывать и расширение льда, а это страшная сила, сломет всё нах.
Вот именно поэтому хитрые немцы не замораживают весь объем, а оставляют немного воды между трубками со льдом, что бы убрать этот эффект.
Однако это приведет к увеличению объема ТА как минимум на 10%.

Если вдруг зимой трубка где-либо треснет и теплоноситель начнет вытекать, то отремонтировать ТА будет практически невозможно, а это тоже весьма существенный недостаток ТА с теплообменником внутри.

Необходимо продумать и крепление трубки внутри бака с водой, а это тоже "не вдруг".
А крепление длинной трубки в большом объеме - это тоже не простая задача и она потребует дополнительных затрат.

Можно нержавейку и не применять, а применить например металлопластиковую трубку, у которой теплопроводность (по разным данным) примерно 0,5 вт/м* град.
Такой трубки потребуется около 400м, цена 1 п. м. около 100 руб, цена всей трубки 40 000 руб.
Сразу возникает вопрос о циркуляционном насосе и его мощности для прокачки столь длинной магистрали.

Думаю что я достаточно подробно описал те основные проблемы которые придется Вам решать при построении такого ТА.

При любом раскладе в 80 000 руб Вы никак не уложитесь.

 

Ребята, все эти вопросы я уже решил! В голове, конечно
Итак, хотим топиться за счет фазового перехода лед-вода, Для этого нужен запас воды (желательно со скважиной, это всеж система жизнеобеспечения,), теплообменник тосол/жидкий лед, ТН, систему трубопроводов, насосов и каких-нить датчиков, т, е автоматика нужна по-любому, начиная от простейшей и до,
ТН, Система нагрева испарителя- обрызгивание тосолом через распылитель, душевую лейку, например, Сразу оговорюсь, почему не воздух, а вода, почему даже обычный кондей, громко названный мною ТН, должен работать на воде, а не обдуваться воздухом, Все просто- битва за дельту, При использовании воздуха как теплопереносчика приходится закладывать тепловой поток от 15гр,С, а при использованиии жидкости уверенно хватает уже 5гр,С, Одно это сокращает дельту между испарением и конденсацией с 70 до 50гр, посчитать, как это отразится на КОПе, не сложно, Итак, берем кондей и охлаждаем/нагреваем его, обрызгивая радиатор через лейки и так организуем весь процесс, Просто и надежно,
Теплообменник, У каждого есть ванна и у многих есть шторка для ванной, Находясь в ванной, включите душ, задерните шторку и струей воды пройдитесь по шторке, Что произошло? По шторке вниз потек ровный слой воды, и она ЗАКОЛЕБАЛАСЬ, Теперь представьте, что с другой стороны шторки некто брызгает из такой же лейки, только холодный тосол, Тосол плавно стекает поо шторке вниз, нагреваясь от той воды, что стекает с вашей стороны, Это есть принцип изобретенного мною теплообменника,
Теперь представим, что вместо лейки садовая насадка-поливка, которая настроена на соответствующий радиус, ширина теплообменника не как у ванны, а сантиметров 10 и несколько теплообменников собраны в пакет, То есть насадка крутится, обметает водой переднюю и заднюю части, а через стенку и спереди и сзади то же тосолом, и так далее, Допустим, теплообменник из 10пакетов габаритами 1,5/2/1м будет иметь площадь контакта 24м2, что при теплопроводности полиэтилена 0,15, толщине рукава 200мкр будет 1800вт/град мощности, или 9кВт при тепловом потоке 5град, Можно при непикоьвых нагрузках, на крейсерском режиме, еще больше снижать дельту, увеличивать КОП или же наоборот, экономить на циркуляции, смотря что выгоднее, гонять насосы или компрессор,
Но я товлекся, Итак материал мембраны- полиэтиленовй рукав 100мкр, в сложенном состоянии рукав соотвтственно 200мкр, Отматываем рукав необходимой длинный, оставляем с каждой строны по 15см на крепеж, По этому периметру пропаиваем утюгом, чтобы полиэтилен внутри не отклеился друг от друга, края распарывем и используем для крепления, Детали пусть каждый додумает сам- трубы или шланки, тип распрыскивателя, насоса,
В чем преимущество такой схемы? Во первых, нет основной проблемы- ледового затора, По мере разбразгивания жидкостей то с одной стороны, то с другой, поверхность теплообменника будет искривлятся то в одну, то в другую сторону, плюс к этому постоянное омывание, Теплобменник однозначно потребует настройки, но его цена копеечная, ремонтопригодность фантастическая, а ресурс,
Но об этом пока хватит, тем более, что "финишный" теплообменник жидкий лед-лед, т, е фактически утилизатор льда, пока еще просто работает "на выброс", по сути, и не теплообменник вовсе, а я его хочу связать со входной трубой рекуператора, так что все еще впереди,
Пора бы поговорить о ТА, Вы удивитесь, но нам опять поможет полиэтиленовй рукав, Чтобы не грузить долго, расскажу, как хочу сделать себе, Если в доме есть помещение, полость, которую нельзя эксплуатировать по причине малой высоты или вы просто готовы им пожертвовать, то это самое оно, Например, я предполагаю сделать цоколь высотой около метра, Вдоль фундамента изготовляются короба из самого бросового лесе, например горбыля, Размер примерно 5*1,2*0,3, В короба кладываем для контрацепции армированную пленку, а на нее рукав, Один конец завязываем и поднимаем чуть выше короба, сантимов на 50, другой конец тоже поднимаем вверх и в него шланги/трубы, Заполняем рукав водой, В указанный размер рукава войдет примерно 3м3 воды, В моем домике 6*6 с внутренним подвалом 3*3 войдет по краям 4 таких кишки или 12м3 воды, Примерно Двухнедельный запас на случай морозов, или на 4-6 недель в крейсерском режиме,
Для текущего оттаивания ТА планируется 2 источника:
1, Печь,
2, СК,
При постоянном мощном морозе и в отсутствие источников регенерации будет получаться избыточный объем льда, В этом случае жидкий лед мощным насос под давлением 3-5атм подавать на форсунку, которая будет создавать струю мелкодисперсной жидкости и выплевывать ее наружу, Т, к условия постоянного мощного теплоразбора в отсутствие возможности регенерации возникают только в мороз, то выплевываемая таким образом струя с большой долей вероятности превратится в снег,
Тоже теплоизоляция, кстати, В начале зимы не грех и снегом поплеваться, землю укутать получше,
Вот так примерно все себе и представляю, За 3 копейки и безотказно,


Кстати, любой читающий данную тему- что бы кто не пытался придумать по этой теме, какк аксиому положите для себя- поверхность теплообмена должна быть ГИБКОЙ, Иначе все будет громоздко и ненадежно,
Николай1, спасибо тебе за это, это было самое главное, что ты объяснил мне и в этом суть твоего изобретения, как ни крути,





Да, кстати, не претендую на универсальность системы в целом, Просто именно я живу на берегу р, Обь, у нас воды в земле тьма и она неглубоко, Потому мне ближе такая схема,
Кстати, если сделать куст скважин (хотя б две) на разные горизонты, то "на регенерацию" воду можно отправлять прямо в пласт, А за счет разности горизонтов делать это практически без энергозатрат,

 

Наши исследования образования льда показали интересную особенность - "жидким" он получается при большой деформации поверхности, то есть если эта поверхность сделана из резины.
Если же в качестве такой поверхности выступает прочная пленка, то лед получается в виде тонкой пластинки, которая отслаивается кусками от поверхности.

Нужно понимать, что данный тип теплообменников является новым направлением в теплотехнике, поэтому он требует кропотливого исследования.
И всех тонкостей получения льда с таким теплообменником мы сами до конца ещё не знаем, так как находимся в процессе изучения.

Ну и конечно, рассматривать конструкцию ТА можно только в совокупности с теплообменником, так как эти две части неразрывно связаны друг с другом.
Что я и показал в этой теме выше.

Вот немецкий способ "отопления льдом".
Рекомендую ознакомиться
http://viessmann.com.ua/sistemy-otoplenia-500/Otoplenie_ldom_Teper_eto_vozmojno.html

 

Необходимо делать работающий макет, т. е прототип. Зима длинная. Необходимо создать и обсудить чертеж. Где? Новую тему имеет смысл создавать тогда, когда готов фак, т. К если на первых одной- двух страницах ничего толкового то тему читать не будут., потому или с фака или вот как эта- есть и название и спор и инфа и ссылки... Равнозначные понятия, потому 5 'и' и без занятых<>


Необходимо делать работающий макет, т. е прототип. Зима длинная. Необходимо создать и обсудить чертеж. Где? Новую тему имеет смысл создавать тогда, когда готов фак, т. К если на первых одной- двух страницах ничего толкового то тему читать не будут., потому или с фака или вот как эта- есть и название и спор и инфа и ссылки... Равнозначные понятия, потому 5 'и' и без занятых<>

 

3 дня провел на стройке. Все дни была облачность (как и последние 1,5 мес). Но коллектора прогрелись до 20 градусов (на улице 0...+3). Только вот никакой пользы от этой энергии не было. Контроллер СК обижено молчал. Некуда ему скидывать такое тепло...

 

Вот о чём бы подумать.
При кристаллизации литра воды выделяется 340 кДж энергии.
Для удобства примем, что при кристаллизации кубического метра (одной тонны) выделяется 100 кВт*час энергии.

Вопрос.
Как эту энергию утилизировать?
Как уловить, собрать и сохранить для дальнейшего использования.

Для сравнения.
Для подъёма тела массой 1000кг на 34 метра вверх требуется тоже примерно 100 кВт*час энергии.
Следовательно, если тело переместится вниз на те же 34 метра, то из этого процесса можно извлечь те же 100 кВт*час энергии. (КПД пренебрегаем).

Таким образом энергия, которая выделяется при замерзании одного кубометра воды, способна поднять одну тонну на высоту 34 метра.

Энергии, которая образуется при переходе воды в кристаллическое состояние море, огромное количество, в каждом водоёме когда он покрывается льдом с наступлением холодов.
Абсолютно халявная, бесплатная энергия. Такая же как и энергия солнца, ветра, потока воды.

Как, как эту энергию использовать?

Вон на полигоне (золото там мыли) остались зумпфы (ямы в земле, где хранилась вода для промывки песков). Промерзают полностью.

Представим себе один такой с размерами 20 х 30 х 5 метров.
Объём 3000 кубометров.
При замерзании выделилось 3000 х 100 = 300000 кВт*час энергии. = 300Мвт*час.
Не впечатляет?

Сравним поток солнечной энергии и энергию при замерзании воды.
Для того, чтобы собрать энергию солнца в таком же количестве надо использовать площадь (при 1кВт*час на 1кв.м.) 300 000 кв. м. А это соответствует площади 500! таких зумпфов, если энергию собираем в течении часа.
Соответственно если за 10 часов, то площадь 50 зумпфов.
Если же собирать солнечную энергию с площади 600 кв. м. (площадь зумпфа) то на сбор 300 000 кВт*час энергии потребуется 500 часов.

И т. д.

И что там эти зумпфы?
Есть озёра, есть Северный Ледовитый океан.

 

Полностью согласен. На небольшой глубине темпеартура всегда выше нуля. КПД ТН, как известно, зависит от разности температур. Чем она меньше, тем выше КПД. Геотермальный вариант так же можно использовать в качестве кондиционера жарким летом. Температура земли на глубине всегда одинаковая 5-10 Градусов.

 

Не 100 кВт*час, а 100 Вт*час.

 

100 квт*час с кубического метра.

Энергия фазового перехода примерно 340 кдж/кг = 0.09444444444444 киловатт*час
Принимаем для удобства за 0,1 квт*час с килограмма (литра) воды.
С кубического метра (тонны) 100квт*час.
Если точнее то 93квт8час

 

E=mgh, тонна, поднятая на метр ~= 10кДж, на 34 метра ~ 340кДж.
Или 100Вт*ч.
Чтобы запасти 100кВт*ч, нужно поднять на 34 метра 1000 тонн.

 

Так и тепла не было. Если коллектор сам себя, свою небольшую массу на 20С еле нагревает, то какая там энергия? Никакой почти. Пользы - тоже.
Нет, можно, конечно, и этих блох ловить и стричь... но хлопот много, шерсти мало.

 

Согласен, ошибся.
100кВт*час хватит не на поднятие тонны на 34м. вверх, а для того, чтобы поднять 1000 тонн на эту высоту.
И это энергия, которая выделяется при замерзании всего 1 тонны воды!

 

Нет. При замерзании одной тонны воды выделяется тепловая энергия, без преобразования в механическую она никуда никого поднять не может. А условия (реальная дельта температур, например) таковы, что извлечь из той тепловой энергии сотые процента в виде механической - это за счастье.

Впрочем, не раз уже объяснялось.
Но вы там с компанией друзей термодинамику уже опровергли, вечный двигатель построили, воображаемое устройство, нарушающее второе начала, уже по прайсу посчитали и сочли дороговатым.
Что тут можно добавить?

Добавить нечего.