Расчет геотермальных зондов

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Или вот такой вопрос - если я вместо ПЭ трубы вставлю в середку медную (ну звезданулся я)
и получу паразитный теплообмен 100%. То что вода в коаксиале вообще греться не будет? или как?

А если вот я выну ПЭ трубу и вместо нее впендюру пропиленовую. У которой стенка в 2 раза толще и теплопроводность в 2,5 раза хуже. Т. е. сделаю паразитный теплообмен меньше в 5 раз. Т. е. не 30% - а 6% как у модного "вспененного" коаксиала.
То на сколько ватт с метра будет выигрыш - если сейчас собирается 40 Ватт с метра "в пике".

 

У меди есть своя теплопроводность (401Вт/мК) и она конечно выше чем у полиэтилена (0.4Вт/мК) теплообмен через стенку медной трубы будет в 1000 раз больше (при одинаковой толщине стенки) чем через стенку полиэтиленовой. Далее упрёмся в теплопроводность грунта, в лучшем случае 2Вт/мК. Теплоноситель конечно нагреется от грунта, но ОЧень мало. Основной теплообмен произойдёт через стенку медной трубы.
А вот если зонд вообще вытащить из грунта на воздух с теплопроводностью 0.02Вт/мК тогда, что нагреется? Я уже это рассказывал и не один раз.
Зонд, какой бы он ни был по форме, представляет собой всего лишь теплообменник у которого на материале стен есть потери, чем хуже теплопроводность теплообменной поверхности, тем хуже будет будет идти теплопередача. Либо менять материал поверхности, либо наращивать тепловой напор.
По поводу теплосъёма зонда с метра.
Вопрос поставлен некорректно. Должен звучать так: сколько может снять метр зонда с тепловым напором на стенку в 1 градус или 2 градуса и т д, но в любом случае НЕ более, чем позволяет грунт и его теплопроводность.
Поэтому и приводятся характеристики материала зонда.

Теперь совсем конкретно.
С той конструкцией коаксиальность зонда, что применяю я, можно получить 63Вт с одного погонного метра при тепловом напоре на стенку трубы в 3 градуса. Это означает, что при таком тепловом напоре и температуре в грунте 7 градусов выход из зонда будет 4 градуса и снимать они будет 63Вт с одного метра. Только, как правило, грунт столько не отдаёт!
Расчёт всегда ведётся из характеристик грунта. Для расчёта суммарной длины геозондов я использую один из худших показателей для грунта и считаю либо 30 Вт с метра зонда с холодильной мощности установки, либо 40 с тепловой, что одно и тоже.

 

Поразительная способность читать только половину
Написал два поста, один сразу за другим, и описал как минимум две разные конструкции коаксиальность зонда. В одном паразитный теплообмен 8 процентов, в другом 50 процентов.

 

Может у вас есть понимание процесса, но донести до публики вы его не можете. Что значит "30% паразитный теплообмен".

Скажем есть идеальный коаксиал (с вакуумной трубкой в середине) - с паразитным теплообменом 0.1% - с него мы снимаем 63 Ватта при тепловом напоре 3 градуса, грунте из отборной скалы и северо-западном ветре.
Теперь мы вынимаем идеальную-внутреннюю трубку из вспененного анобтаниума покрытого монокристаллическим перфектиумом и вставляем туда хуже-не-придумаешь трубку диаметром 28 из меди. У этой трубы паразитный теплообмен 99.9%.
При прочих равных и неизменном ветре - СКОЛЬКО ВАТТ мы получим на выходе?

Это будет 63*0,001 = 0,063 Ватта - т. е. 6 сотых ватта с метра?
Это будет 20 Ватт?
30 Ватт?
62,1 Ватта?

Можно Ваши размышления основанные на алгебре в студию?

Теперь еще вопрос в догонку. Вот у нас идеальный коаксиал из анобтаниума. С идеальным теплосъемом. Мы в него заливаем очень холодный теплоноситель (минус 20 градусов).
А наверху мы ставим насос, заводим "вход на выход" и начинаем гонять теплоноситель по кругу (т.е. он никуда не уходит из скважины). По простому мы создаем искусственный 100% "паразитный" теплообмен.

ВОПРОС: В этот момент теплоноситель ВООБЩЕ перестанет нагреваться от окружающего грунта - или все таки процесс будет идти и дальше пока он не нагреется до температуры грунта?

А если слить гликоль и повторить процесс еще раз? Как "паразитный теплообмен изменяет процесс?
Т. е. в чем разница в физике процесса если гликоль "паразитно" закорочен внутри скважины или он "полезным образом" путешествует до дома и обратно?

 

А вот это сильно поможет "публике" для понимания процесса...

 

Чуть позже посчитаю с медной трубкой и выложу...
Если интересно.

 

С нетерпением жду. Причем у меня интерес не только из серии "постебаться". У меня вот реально на объекте не хватает мощи коаксиальных скважин. Конструкция "рабоче-крестьянская"
63пнд внутри 32пнд. 2 коаксиала на скважину. Т. е. по версии Стибеля - 30% паразитный теплообмен. Всего более 680 пог. метров. Поменять внутри ПНД на что-то более "изолированное" - не проблема. Можно и изоляцию одеть. Можно добавить еще 40 трубу поверх 32. Можно на пропилен заменить.
Все упирается в "выхлоп". Т. е. не хочется проделать серьезную работу и узнать, что ничего не изменилось.

 

По моему мнению если бы вы сделали обыкновенный 2 трубный зонд из 63 трубы все работало гораздо эффективней. Сей час нужно понять есть ли одинаковый поток в этих 2 коаксиалах.
Есть ли балансировка.

 

Проще назовите параметры ПНД труб (толщину стенки, плотность), я посчитаю паразитный теплообмен в Ваших зондах.

 

Сразу видно приверженца старой школы. Только двух трубный зонд! И никак иначе!

http://www.ipgdncran.ru Сайт Российского Института Проблем Геотермии. Образован в 1980 году. Входит в совет по геотермальной энергии Великобритании. Почитайте работы по коаксиалам. У них очень много на сайте выложено.

 

Господин @Tawman, Довожу до вашего сведения что всю технологию геотермального бурения мы привезли из Германии. Там действительно наработан большой опыт в инсталляции тепловых насосов.
Там применяют 4 трубный зонд с диаметром трубы 32мм. Если зонд для промышленных установок длинной 250 метров то применяют 4 трубную схему с трубами 40 мм.
Я лично видел установку которая испытывает зонд на теплоотдачу. Они давно знают что коаксиал уступает даже 2 трубному зонду не говоря уж об 4 трубном.
А ваш институт хоть раз видел тепловой насос? Или там только теоретики сидят штаны протирают.
Если ваша буровая установка может бурить только под коаксиалы это не значит что они лучше.

 

@Кучма Олег, Попробую посчитать по внутренним диаметрам.

ПНД63х3 РЕ100 Теплопроводность 0.4Вт/мК - количество теплоты, которая проходит через материал площадью 1 м2, толщиной 1 м, за 1 секунду при единичном градиенте температуры.

63-3-3=45,2мм=0,057м -внутренний диаметр
0,057*3,14*1=0,178 м2 площадь теплообменной поверхности
1000/3=333 кратность, сколько таких стенок в толщине 1 м материала
0,178*0,4*333=23,7 Вт/м*к -теплопроводность 1 погонного метра 63 ПНД трубы при тепловом напоре в 1 градус

Медная труба Фнаруж=28мм, стенка 1 мм, теплопроводность 401Вт/мК

28-1-1=26мм=0,026м -внутренний диаметр
0,026*3,14*1=0,081 м2 площадь теплообменной поверхности
1000/1=1000
0,081*401*1000=32481 Вт/м*к -теплопроводность 1 погонного метра 28 медной трубы трубы при тепловом напоре в 1 градус
За 1 секунду 1 метр 63ПНД трубы может провести количество теплоты в 23.7Вт, а 1 метр медной 28 трубы 32481Вт. Разница очень приличная. Простой расчёт возможен только в случае теплопроводности внутренней трубы ниже, чем у наружной.

Если подавать холодный теплоноситель по внутренней медной трубе, то на ближайших метрах температура в подающей и обратной трубе выравняется и дальше тепловой напор на стенку ПНД трубы очень сильно упадёт. Подогрев теплоносителя от грунта будет происходить только в верхней части зонда. Да, останется получение тепла через ПНД трубу, но полезный метраж будет очень мал.
Сколько точно в Ваттах получим, в такой модели расчёта не посчитать. По факту чем больше проводимость внутренней трубы, тем хуже тепловой напор на стенку наружной.
Может я ошибаюсь где-то?

 

1). А Вы хоть на сайт-то зашли? Почитали чего? Одни из первых теплонасосных установок были именно в России. В 60-х годах. Не самые первые, но одни из первых.
2).Институт не мой, а Российский.
3). Кроме того, что Вы лично видели установку, которая проверяет зонды, Вы сами -то проверяли? Сравнивали коаксиал с с двухтрубным? А я сравнивал. У меня лично все виды моих зондов работают, на один ТН U- образные из 32ПНД- вертикальные, на другой -коаксиалы из 50ПНД-наклонные, на третий -U образные -наклонные из нержавейки.
4). Моя буровая установка бурит СПЕЦИАЛЬНО под коаксиалы, она под них разработана. Кроме понятий "лучше" и "хуже" существует ещё и экономическое обоснование. Коаксиалы, при том же теплосъёме, обходятся для заказчика дешевле в силу более дешёвой технологии.

 

Вы это расскажите разработчикам Верхне-Мутновской В-МГеоЭС на 12МВт или Восточного блока МГеоЭС-II-2 на 50МВт. Там ещё как минимум 5 ГеоЭС. И все разрабатывались с участием института. В бинарных схемах МГеоЭС как раз используется тепловой насос.

 

Граждане миленькие. Ну так это... Почему расчет коаксиала с медной трубой умер в расцвете цифр.
Типа - а как считать то?

Т. е. уважаемый Тауман убедился, что при медной середке паразитный теплообмен составляет 99.9% от теплообмена вообще. И что температура медной трубы и вообще всей воды внутри и снаружи внутренней трубки коаксиала сравняется. Из чего сделал вывод - что работать коаксиал в таком разе не будет вообще.
Лично мне этот вывод кажется совершенно неадекватным. Потому как - если внутрь трубы попадает гликоль с температурой скажем -4 градуса. А грунт вокруг имеет температуру +2 градуса. То никаких причин -почему должен остановиться теплообмен между грунтом и внешней трубой - я не вижу.
Внутрь зонда тепло будет попадать как обычно. Просто вода внутри зонда не будет греться "привычным" образом. Т. е. она не будет входить холодной и выходить теплой. Плавного градиента не будет.
Она будет сразу же нагреваться до "равновесного" значения и пребывать в таком состоянии до самого моменты "вытекания" из зонда. Т. е. график будет примерно такой -4 градуса потом резко -1... 0 градусов и через 15 минут на выход с температурой -1 градус (в последний момент остынет от контакта с холодной водой -4, которая только вошла в зонд). Как то так. Умозрительно конечно.

Вот этот момент "остывания" на выходе - возможно и снижает КПД зонда. Но насколько снижает и как это посчитать - я срастить не могу. Стоит ли теплоизолировать последние 10 метров коаксиала - мне тоже непонятно. Т. е. даст ли это хоть что-то?

А само равновесное значение будет зависеть от массы воды, скорости ее "смены" в зонде и количества Ватт снятых с грунта и переданных внутрь зонда. Т. е. от площади, толщины стенки и теплового напора.
Я не вижу куда в эту формулу воткнуть "паразитный" обмен. И какова зависимость.
То, что она нелинейная - это факт. Может быть это корень квадратный или кубический или как то еще.
Т. е. допускаю что при паразитном обмене 90% это снижает КПД процентов на 15 или 20. Но уж точно не на 90. Соответственно при 30% паразите - думаю "реальный" убыток не может быть больше 5%