Теплообменник для ТН, использующего тепло замерзающей воды

Вы писали, что обледенение наступает через час-полтора. Но ведь как раз часа должно хватать на цикл работы? По крайней мере, систему так можно отрегулировать.
Кстати, неужели у всех радиаторов такое малое расстояние между пластинами...

 

1. Получается, что максимально тепло забирается от воды при полном ее замораживании.
2. Форма морозящего теплообменника должна позволять легко освобождаться от льда (что-то с плохой адгезией ко льду, но создающее небольшие куски удобные для транспортировки к месту складирования).
Может быть большая наклонная поверхность полиэтиленовой пленки на сеточном каркасе с небольшой ячеей обдувается снизу морозным воздухом, а сверху обливается тонким слоем воды. При образовании льда стряхивается и увеличением уклона поверхности скидывается в приемную емкость.(навеяно соседней темой)
3. Лед лучше всего хранить до лета (до получения дарового тепла от Солнца), параллельно используя его для получения бытового холода.

 

Цикл в 1.5 часа неинтересен, нужна постоянная работа.
Существуют кондеи с системой периодической оттайки инея на теплообменнике, именно такой и нужен.
Тогда иней будет автоматически удалятся с теплообменника и в виде воды удаляться из системы.
Однако это только небольшая часть проблем.

Более существенная проблема в том, что по мере замерзания воды в воздушном ТА будет уменьшаться и тепловой поток, а это есть очень нехорошо.
Для уменьшения этого эффекта площадь теплообмена должна быть весьма большой (от 100 кв. м), что значительно усложняет конструкцию воздушного ТА, хотя и это тоже возможно.
В случае водяного ТА (что мы сейчас и делаем), через площадь примерно в 1 кв. м. будет проходить тепловой поток около 2-3 квт, что сильно упрощает, уменьшает и удешевляет конструкцию всей установки.
И ещё -в водяном ТА будет происходить расслоение воды и льда, правда это происходит небыстро, однако это позволит подавать в теплообменник воду БЕЗ ЛЬДА, что в свою очередь позволит не уменьшаться тепловому потоку до самого полного замораживания всего ТА.
Надеюсь что эксперимент именно это и покажет.

 

Надо определиться в понятиях, что мы оба понимаем под "воздушным теплообменником". В самом простом объяснении я представляю его так:
1. Короб 1*3м, высотой до 50см, изнутри выложеный армированной пленкой.
2. Набрана гребенка из канализационной трубы 50 или 100мм.
3. СВЕРХУ гребенки уложен полиэтиленовый рукав из пленки 200мкр, в которую заливаем воду слоем 30-40см.
4. Внутри полиэтиленового рукава 2 шланга- один лежит на дне (подача), второй примотан к пластиковой бутылке и держится наверху воды- обратка.
Работа: начинаем прогонять с большой скоростью воздух в теплообменнике, он обогревает испаритель и идет обратно в теплообменник. Пока для упрощения предположим, что все идет по замкнутому циклу. Если идет обмерзание, то могут быть 2 варианта- алгоритм, описаный в самом кондее, или по команде датчика компрессор отключается, а воздух продолжает циркулировать. Рано или поздно разморозит. А, учитывая, что объем ограничен, это произойдет достаточно быстро. Вода частью испарится, частью утечет, что снизит абсолютную влажность системы. И по новой.
Из достоинств теплообменника- поверхность, на которой образуется лед, скользкая, а форма теплообменника такова, что образующиеся льдинки сами будут выдавливаться. Второе- при темперратуре от +4 и ниже вода поднимается наверх, внизу всегда будет самая теплая, никакой потери производительности! И наконец, в отделение льда от полиэтилена будет вносить немалую долю вентилятор, который все равно будет создавать вибрацию труб теплообменника.
Теперь про теплотехнический расчет- самое слабое звено в моем проекте. Теплопроводность полипропилена минимум 0,15вт/м*к. И это в час. Приравняв теплопроводность полиэтилена и полипропилена, получим толщину стенки теплообменника 4мм. Итого 37,5вт/м*к. Тоже в час. Тепловой напор возьмем 15к. Итого 562,5 Вт*час. Для 5кВт- 8,8м2. Итого 60м/п трубы 100мм, или 120м трубы 50мм, трубы 50мм даже меньше, ибо она тоньше, теплопроводность выше.
Как раз 2 штуки 1*3м и дают такую площадь.
Третья в резерве. А можно строить ярусами тогда вообще можно на достаточно ограниченной площади создать теплообменник очень большой мощности и с большой инерцией. Сразу оговорюсь- минимизация агрегата у меня не на первом месте.
Что интересно- водяной не прельщает именно тем, что надо очищать теплообменник от льда, а в моем варианте все должно быть само по себе.


Да, и еще одно. Обьем одной "кишки" 1*3*0,3м- куб. Даже для того, чтобы заморозить половину воды, надо 50кВт, это 20часов теплосьема, почти сутки. Именно такая инерционность, плюс 3 кишка в резерве позволит перекачивать понемногу что нужно и куда нужно, а в случае обмерзания часть теплообменника оставлять на регенерацию. Плюс в последнее время заглядываюсь на ПВХ бассейны, один такой 2*3м может быть и теплообменником и ТА и непосредственно бассейном после баньки...


И, наконец, про режим работы. Во первых, при планируемом пиковом теплопотреблении в "режиме ожидания" 3кВт, планирую сделать 2*2,5кВт системы. Применение бисистемы позволит, кроме повышения надежности, сделать процесс отопления не постоянным, а периодическим, допустим, час работа и 0,5-1-1,5часа отбой. В общем и целом, считаю, что любые механические системы нагружать более, чем на 2/3, не следует, иначе долго не проживет.

 

1. Только, как пишет Николай1, лед образуется в виде маленьких льдинок в смеси с водой- шуги. А она перекачивается любым насосом без проблем, мне это подтвердили мои нефтеинженеры.
2. Полиэтиленовый рукав. Вибрация от вентиляторов обеспечит отрыв льда от полиэтилена, а разность в плотности- стремление к этому отделению. Потом шугу откачиваем и в пласт. Доводить воду до 100% кристаллизации перспективно только в 1 случае- если ТА покрывает 100% теплопотерь здания в отопительный период. В противном случае данный подход не обеспечивает автономности работы, потому уж проще дровами, там удельный выход энергии выше.
3. Кому что. У меня среднегодовая изотерма -5. Мне лед не нужен, я в его с удовольствием обратно в скважину закинул, чтоб его сдуло водой в речку.

 

Не совсем так!

Может это конечно и не имеет особого значения в Вашем случае, но напомню для остальных,
может пригодится когда:

Да, вода при +3,8 градусов по Цельсию имеет наибольшую плотность, поэтому опускается на дно.
Но это совсем не значит, что только более холодная поднимается наверх.
Также наверх поднимается и более теплая.

И если более холодная, которая легче и идет вверх, имеет температуру от 0 до +3,8
то вся остальная (более теплая) тоже идет вверх, поэтому какой больше и какая будет выше, пока они не перемешаются, надо посчитать.
Поэтому для разных реализаций устройств охлаждения или нагрева воды вопрос где будет источник холода или тепла, сверху или снизу достаточно важен.

 

и про такой вариант думал, только главное после баньки не забыть, что в бассейне может быть лед
А как компенсировать увеличение объема при замораживании думали? Порвет бассейн - думаю. к бабке не ходи. Вариант необслуживаемого большого ТА в виде такого бассейна хорош, правда уже кондиционером топиться не получится. Надо уже ТН ставить. И еще придумать теплообменник для этого бассейна а он будт самопальным скорее всего, а значит сказать что он будет хорош нельзя. Просто трубу змейкой проложить мне кажется что это не решение. Откуда подводить холод? Со дна? Площадь теплообмена чтобы была достаточной не придется ли бассейн делать глубиной 30-50 см. Затраты при таком ТА увеличатся, а в бассейн такой глубины и без льда не нырнешь.
И еще, тогда уж лучше такого плана пруд - они вроде расчитаны замораживаться
http://market-prudik.ru/index.php/pryd4200.html
летом красивый пруд и бассейн, зимой ТА

 

Именно так- в данном случае это не имеет принципиального значения. Ибо! Нам важен не процесс охлаждения воды, а ее кристаллизации. Продукт реакции- лед, он легче воды, и в конечном итоге поднимается вверх. Теплообменник однозначно должен находиться внизу, иначе обмерзание, потеря эффективности, смерть...
Если из скважины приходит более теплая вода 6-7-8С, то дополнительными 2-3-4градусами можно пренебречь, просто делаем подачу внизу, пусть немного побаламутит воду.

1. Замораживать не хочу, это потеря автономности работы, при таком раскладе для меня это теряет смысл. Только циркуляция. Потому не порвет.
2. Сплит система и есть ТН, только воздух-воздух.
3. Теплообменник и так будет самопальным, а эффективность его я уже несколько раз обсчитывал, не такой уже огромный он получается, правда, проверить расчет я не могу.
4. Пруд это вариант, только не для меня, уж очень участок небольшой.

 

поднимется если периодически размораживать будете

да, я знаю, и даже знаю что цена другая будет.

Если Вы спец в этой области, то хорошо. Но теплообменники самопальные ЧАСТО (не всегда) обходятся не дешевле промыленных и при этом менее эффективны. Обидно будет, если расчитывали на одно, а получили раз в 5 хуже. Буду рад если поделитесь конструкцией такого теплообменника и расчетами.

Не пойму, чем будет отличаться площадь бассейна от площади пруда? У Вас глубина бассейна 5 метров будет?
Ну и вопросы так и остались открытыми. Какое устройство и как будет эту смесь забирать в нужной нам пропорции? Насос точно это не сделает не точно. Если пойдет 90% льда то есть риск заморозить всё в процессе транспортировки, или надо будет утеплять с большим запасом. И скидываем эту массу в другой колодец?

 

Зачем размораживать? По мере обрастания льдом теплообменника лед будет отделяться от полиэтилена в силу того, что лед к нему плохо липнет, а также вентиляторы будут создавать вибрацию и это тоже буде способствовать всплытию льда.

Конструкция аналогично грунтовому теплообменнику, но более компактному, ибо в грунтовом надо учитывать регенерацию, а здесь этим можно пренебречь. На страницах этой темы я уже трижды описывал конструкцию теплообменника. Повторюсь- набирается гребенка из канализационой трубы, на эту гребенку кладем полиэтиленовый рукав, в него две трубы - вход/выход, заполняем водой, вставляем вентиляторы, соединяем теми же рукавами с наружным блоком кондея, образуя замкнутую систему и поехали. В упрощенном виде все так и есть...

Потому что банька может быть и в подвале, и бассейн там же, а пруд... У меня 7месяцев в году снег лежит, вне теплого контура лучше ничего не делать, уж очень много утеплителя понадобиться.

 

Может не отделиться от полиэтилена, всплывет вместе с ним. Адгезия льда даже к ИДЕАЛЬНО гладким поверхностям есть, не проще ли циклически режим оттаивания включать?

Про этот читал, слишком самопально, тем более если в подвал дома ставить. Да и площадь теплообмена должен быть, на мой взгляд, хотя бы десяток квадратных метров. При диаметре канализационной трубы 50 мм (1м дает 0,15 кв. м) понадобится хотя бы 100 метров, плюс тройники. Я думал, что непосредственно хладон ТН будете загонять в теплообменник. В подвал ставить вообще ТА нет смысла - чем подвал будет отличаться от погреба вне дома? По мне ничем.
А про "вне дома много утеплителя понадобится" - так бассейн (пруд) в земле будет находиться и утеплять нужно только верх. Зачем же утеплять дно и бока ?- оттуда наоборот тепло земли будет поступать, ведь температура земли выше температуры ТА. Утеплив от земли, эффективность ТА уменьшите. Ставить в подвал дома - только увеличивать риск нанесения дому и фундаменту ущерба. Всё в этом мире ломается

 

Изучите тему промерзания подробнее. Промерзает не только сверху, а еще и с боков, т. е от точки холода во все стороны. Изобретать велосипед не надо, все уже придумано- либо внутри теплого контура, либо под землей ниже глубины промерзания.
Рядом с домом погреб будет, но или как хранилище, или как септик. Система жизнеобеспечения вне дома- не для наших широт.
Как может всплыть полиэтилен, если его вода прижимает вниз? К тому же полиэтилен - материал с одной из наихудшей способностью к адгезии. Его не клеят практически никакие клея- только сваривание. Иней довольно трудно счистить с любой поверхности, а вот с полиэтиленовой пленки он осыпается неплохо. И это в воздушной среде! А в воде льдинки будут стремиться к всплытию, плюс вибрация.
Но это все флуд, надо считать теплообменники и рисовать конструкцию. С первого раза сложно все правильно придумать, пробы и ошибки.

 

ну раз только вы один всё изучили и всё знаете, и велосипед изобрели, то закончим.
а вы не думали, что глубина промерзания земли может составлять всего 1 см? не знаете как? ну тогда почитайте про утепление фундамента что ли. Я ж писал, что утеплять ТОЛЬКО СВЕРХУ. Зачем же тратить деньги на утеплитель и изолироваться от земли, температурой около 8 град?

 

Нужно закапываться ниже глубины промерзания, тогда можно гарантированно получать некое количество тепла от Земли.
А в подмосковье глубина промерзания около 1,5 метра.
И ещё вот что: и к полиэтилену, и к тефлону, и к полиэтилентерефталату, и к другим материалам лед примерзает.
Я специально исследовал этот вопрос и убедился что избавится от этого эффекта непросто.

Один из способов - это покрыть поверхность густой смазкой которая незамерзает при сильных морозах (желательно взять смазку до -50 -60 град), тогда лед не сможет зацепится за поверхность.
Другой способ это использовать эластичный материал, который не теряет эластичности при сильных морозах, например силикон - очень хороший материал.
Этот вопрос был рассмотрен вот здесь
https://forum.ixbt.com/topic.cgi?id=64:2429

 

Всё так, но если в Подмосковье на земле оставите пенопласт, пусть размерами 3х3х0.1м, то в центре этого квадрата земля вообще не замерзнет. 3/2=1,5 м. Так что можно и не закапываться ниже глубины промерзания, а просто утеплить сверху такой ТА