Расчет геотермальных зондов

Схема очевидна - на гликолевый вход и выход ТН ставится байпас (у меня ф32) на него садится пластинчатый теплообменник и электромагнитный клапан на дюйм. Вторая ветка пластинчатого ТО - идет на систему солнце. В существующую систему солнца врезается трех-ходовой клапан "ТН или буферный бак отопления".
На контроллере делается логика - если температура в солнечной панели выше чем в подаче гликоля на ТН, но ниже чем в системе отопления (в буферном баке) - то переключаем трехходовой на ПТО. Паралельно ему (на те же клеммы солнечного контроллера вешается и электромагнитный клапан. Так что они щелкают одновременно (чтобы избежать перетока холодного гликоля с подачи контура на ее обратку).

У меня война шла долго - как возвращать Солнце на прямой обогрев отопления, когда солнца достаточно для этого... Оказывается есть такая фича...

 

Коллектор горизонтальный. ПНД 32 с шагом от 700мм.
Суть в том, что на рассольном контуре стоит теплообменник для бассейна phalen. Это позволило не увеличивать сопротивление в рассольном контуре и не делать лишних байпасов.
Солнечный контроллер включает по своей логике либо насос на этот теплообменник, либо на "бочку".

 

У меня тоже была идея насчёт бассейнового ТО. Я его даже купил - на 40 кВт. Но он не утягивает 16 кВт моих солнечных панелей (а в режиме на контур все 20-22) при разумной дельте. Там 40 кВт при дельте 40 градусов судя по мануалу (70 подача 60 обратка при температуре в бассейне 20 градусов).
А кроме того стояла задача не только не сузить проток Коллектора, а даже расширить, так как дельта была больше 5 градусов.

Вот насчёт 2х насосов - это реально круто. По деньгам насос как минимум не дороже трёх ходового. А по общей надежности системы даже лучше. Это вот уважуха любителю! Ловко придумал

 

У меня хватает т/о бассейна.
Дело в том, что основная нагрузка идет в ТА, а в грунт сбрасывается в маятниковом режиме, т. е. температура ниже ТА и выше грунта. В режиме сброса в грунт мощность солнечных коллекторов получается гораздо ниже.
П. С. Сходил посмотрел. Теплообменник у меня все таки на байпасе стоит. И насос на этом байпасе. Это для того, чтобы можно было сбрасывать тепло в грунт в случае простоя ТНасоса, не используя его рассольный циркуляционный насос.

 

@Автолюбитель,
Доброго дня.
Но наверно еще обратный (или электромагнитный) клапан есть, что бы расол по малому кругу через ТН не бежал?

 

В планах ТН, и оч. хочется подключить солнце. Поэтому вычитываю как сделано у других.

 

Забыл цифру, не подскажете сколько вакуум в стекле держится, что то у меня 15 лет в голове осело

 

У меня пока ни одна трубка не потеряла герметичность.
Посмотите в ютубе производство вакуумных колб.

На трубках внизу серебристая фольга. Если она потускнеет, то вакуума нет.

 

@Кучма Олег

Хочу визуализировать паразитный теплообмен.
Теплообменник труба в трубе, потоки встречные.
Первая ассоциация,- рекуператор.

Давайте для упрощения вынесем весь паразитный теплообмен в одну точку входа в зонд. Предположим, в сторону зонда подается теплоноситель температурой -5гр.
Предположим, зонд безумно переразмерен и на выходе зонда всегда максимально возможная температура +5гр.
На картинке видно, как изменятся температуры теплоносителя в сторону потребителя, в сторону грунта при 0%, 100% и 30% паразитном теплообмене.

Видно, что 30% паразитного теплообмена сами по себе минус тридцать процентов к мощности зонда.

Теперь предположим, что внутренняя трубка коаксиала абсолютный теплоизолятор, т. е. теплоноситель начинает нагреваться с нижнего конца зонда, зонд глубиной 40 метров, теплообмен идет давно и равномерно чтобы не учитывать теплоемкость грунта а отталкиваться только от его сопротивления.
- Лямбда грунта 1,5
- диаметр зонда 63мм сопротивление стенок не учитываю
- Сопротивление грунта считаем как коаксиального теплоизолятора: Rгр=ln (2h/d)/2πλгр,
- Температура на стенке воображаемого цилиндра грунта радиусом 1м вокруг зонда равна +5гр.
- Формула расчета теплового потока: P (Вт)=(t1-t2)/Rгр


Тут зонд уже не идеальный, температура на входе -5 гр, на выходе не +5 а +3,89 гр.
Максимальный тепловой поток 26,62 Вт на первом самом нижнем метре зонда, минимальный 3,12 Вт на последнем сороковом метре.

Я задал низкую скорость теплоносителя чтобы он успел нагреться хотя бы до +3,89 гр. Если бы скорость была больше, - температура на выходе была бы меньше но мощность зонда бы выросла.

Теперь условия те же, только температура на входе -2:

Как видно, при прочих равных мощность зонда оказалась ниже в 1,4 раза.
Получается линейное уменьшение мощности зонда на те же 30% (328,327 это 70% от 469,0386)
Вывод: паразитный теплообмен зло (линейное зло) и уменьшать его имеет смысл.

 

Интересный конечно пост. Но неверный. Кроме того, что переносить весь. Теплообмен в одну точку (у устья скважины) - это слишком смелое упрощение. И потому некорректное.

Начнём с того, что для U образного зонда паразитный теплообмен неизбежен и почти никак не лечится - коротить тепло будет просто через грунт.

Во вторых предположим что у нас коаксиальный зонд не имеет серединной трубы вообще - допустим, что она идёт по альтернативной траектории (скажем в 5 метрах от внешней трубы в идеальной изоляции).
Что произойдёт? - перепад температуры гликоля у устья будет максимальным, а у дна зонда - минимальным. Сначала будет эффективнее работать первые метры зонда. Но в итоге образуется не цилиндр мерзлого грунта, а конус. И отъем тепла опять станет равномерным. После длительной работы зонда - дельта по всей длине зонда сравняется. Т. е. Эффект паразитного теплообмена имеет значение только на переходный период (неделя ?) пока система переходит к стационарному состоянию.
Разница ? вместо цилиндра получится конус. Все.

В коаксиале с медной средней трубой - дельта идеальная по всей длине зонда. Поступающая воды быстро нагревается до средней температуры по всему зонду и находится при этой температуре до самого конца.
Вокруг зонда идеальный цилиндр вымороженного грунта.

Объём конуса - 1/2 объема цилиндра.

 

Вообще если сравнивать зонд с пластинчатым теплообменником, то приходит аналогия с противотоком.
Если подавать и горячую и холодную воду навстречу, то можно нагреть холодную воду почти до температуры горячей. А горячую остудить почти до температуры холодной.
А если подавать их в одном направлении то на выходе будет средняя температура.
А теперь предположим что у нас бак с водой и змеевик в баке. Есть ли разница в какую сторону гонять воду ? Нету. Почему? - инертность Бака - слишком велика и температура не зависит от направления потока.

 

Общая мощность зонда не зависит от паразитного теплообмена.
А вот от скорости потока - зависит (чем меньше дельта - тем выше мощность). В то же время паразитный обмен падает с ростом скорости гликоля.
Если вы верите с 30% паразитный отъем тепла - то рост скорости потока вдвое должен увеличить мощность зонда на 15%. Проверьте!

 

Формулы теплообмена имеют линейный характер. Вот что мешает представить эффект "30% паразитного теплообмена" в дискретном виде? Не верите, - тогда считайте теплообменник труба в трубе и убедитесь сами или опровергните мое утверждение.

Я что-то говорил о U зонде? Нет. Ну да, не лечится. Это что, отменяет сам факт? В чем ваш аргумент?

Разве это не тождественно с моим "Теперь предположим, что внутренняя трубка коаксиала абсолютный теплоизолятор"?

Наоборот. Все мои расчеты относятся именно к стационарному состоянию. Я об этом указал в посте.

Посмотрите еще раз на мои таблички. Максимальная мощность снимается на участках с максимальной дельной. На тему цилиндр/конус, - для повышения КОП хорошо бы на выходе иметь максимально возможную температуру теплоносителя.

Повысил скорость потока в 100 раз (поток ориентировочно 3м3/час):
без паразитного теплообмена:

30% паразитного теплообмена:

1080Вт против 756Вт, -30% разница.

Одним словом, - если утверждается что любой теплообменник имеет Х% паразитного теплообмена, - это значит что он на Х% менее эффективен при прочих равных условиях.

 

Не совсем так.
Гликолевый контур, всегда имеет некоторую дельту.
Труба далеко не вся окружена грунтом одинаковой температуры, а это значит, имеет место перенос тепла вдоль трубы.
Грубо говоря - вынос тепла из глубины к поверхности.

Т. е. паразитный теплообмен, не на все 100% идет в минус. Некоторая файда всё же есть.
Второй момент, температура самого зонда, хоть вход, хоть выход, много ниже температуры окружающего грунта. Т. е. обе трубы, работают в плюс, но с разной эффективностью.
Грубо - в земле +8. Но гликоль идет +1-3.
Если расстояние между трубами, хотя бы есть, то эти 4 градуса уже превратятся в 2.

Тем не менее, наиболее интересен коаксиал. Как раз по причине выноса тепла наружу изнутри.

 

@Кучма Олег,

Согласен со сказанным. Но вот это все не о паразитном теплообмене.
Паразитный теплообмен это когда на одном погонном метре энергия перетекает между подачей и обраткой. Т. е. источником этого тепла является не окружающий участок грунта а теплоноситель.