Теплообменник для ТН, использующего тепло замерзающей воды

Да вы правы, идея совсем сырая и много подводных камней, но решив их мы имеем не плохую альтернативу для отопления. Давайте попробуем подумать в этом направлении, может чего получиться решить!


Энергию конденсации я не предлагал! только энергию кристализации 320кДж с каждого килограма.
Не обязательно снег делать весь отопительный сезон - до -5С воздух для кондиционера можно и с улицы загнать.

 

Думаю что область применения гибких теплообменников довольна небольшая и наиболее эффективна именно в области извлечения энергии из фазовых переходов "жидкость-твердое тело", когда именно твердое тело начинает ограничивать эффективность теплообмена.
Хочу отметить и то, что именно фазовые переходы вещества являются наиболее энергоемкими и поэтому извлечение энергии из них есть очень перспективное направление!

Поэтому фазовый переход "вода-лед" не является единственно возможным, можно попробовать и с другими веществами, например с глауберовой солью.
Я проводил несколько экспериментов и с ней, но нестабильность процесса кристаллизации охладила мой пыл.
Однако в случае изменяющейся поверхности теплообмена процесс может пойти и по-другому пути...
Если такое будет возможно, то тогда можно уменьшить объем ТА раза в 2, что на мой взгляд является весьма перспективным направлением, которым тоже нужно заниматься.

О моих экспериментах с глауберовой солью более подробно можно ознакомится вот здесь (см. сообщения от элеата)
https://forum.ixbt.com/topic.cgi?id=48:7741-17

 

Сомнительно. Если переход соль/раствор при 32градусах, то, с одной стороны, можно топиться ею безо всякого теплового насоса, а с другой стороны- чем теплоизолировать ТА в 60-80... много кубов.
Дельта между грунтом и ТА будет кельвинов эдак 25, теплопотери неизбежны.
Честно говоря, я считаю идею резервуара для ТА в наших широтах порочной. В Европе, откуда дует ветер технологий, климат диктуется близостью Средиземного и Балтийского морей, там климат как минимум умеренно континентальный, сезонная дельта невелика.
А вот у меня среднегодовая температура -5С, и океан в 500км. И этот океан третий день шутит, после +20 сейчас 0. Просто дунуло с Севера и все. Поэтому единственным возможным способом генерации тепла считаю тепло грунта. А вода в силу своих физических свойств (ликвидности и теплоемкости) является концентратом грунтового тепла (холода). Ввиду заболоченности местности, постоянных дождей и близости р. Обь воды до хрена на разных глубинах. Оттого нестабильные грунты и решение отказаться от фундамента вообще, сразу цельную раму кинуть на щебень подготовки. Но не об этом я сейчас.
Сама моя идея теплогенерации состоит в том, что надо использовать наиболее доступный ресурс. Для меня это вода. Конкретным спосбом является добыча из одной скважины, и сброс в другую, труба которой перфорирована начиная с 5-7м и до самого конца. Таким образом получается конус водосброса высотой от 10м и такого же диаметра. Получится или нет не знаю.
Однако очевидно одно- емкость замкнутого ТА равна ее объему, емкость же земли практически безгранична для нас. Надо с землей подружиться.

 

А в любом случае при закапывании емкости в землю мы получим какую-то часть тепла от земли.
Точно сказать сложно, но нужно учесть, что в расчетах грунтовых ТН считают по 30-50 Вт с погонного метра трубы диаметром 32мм, правда труба эта закопана глубоко (десятки метров).
Предполагаю, что грубо можно считать, что с 1 кв. м площади поверхности закопанной на глубину 2м можно будет получить несколько сотен ватт, что позволит уменьшить объем ТА, так как лед будет растапливаться теплом земли.

С глауберовой солью не все так просто как кажется и прямое отопление ею организовать не так просто.
Представьте себе, что у Вас батарея отопления имеет температуру в +32 град, так ведь такая батарея и греть помещение практически не будет, так как перепад температур будет весьма небольшой.
Поэтому для отопления такой температурой нужно иметь большую площадь батаеи, что само по себе уже проблема.
Конечно можно организовать разветвленный теплообменник имеющий Т= +32 град. который обдувать воздухом и т. п., но главное даже не в этом, а в нестабильности этого фазового перехода.
Но в гибком теплообменнике постоянно изменяющаяся поверхность будет постоянно стимулировать жидкость к фазовому переходу, что наверное и сможет стабилизировать температуру фазового перехода...
Вообщем, здесь есть простор для исследования.
А в Вашем случае может быть будет проще просто сливать жидкий лед на землю (в канаву, овраг, пруд, яму и т. п.)?
Зимой можно будет каток устроить, а весной это всё и так растает.
А и вообще, конечно, нужно организовывать систему для конкретных условий применения и близость к воде (река, пруд) позволяет решить проблему с утилизацией жидкого льда.

 

Вот тут https://www.forumhouse.ru/threads/59072/page-7 человек успешно сделал ТН, используя воду из скважины. В час перекачивается по 3-4 м3. Обратка тоже в скважину. Почему бы не перекачивать по той же схеме раз в 50 меньший объем жидкости. Но даже в 10 раз это прорыв. Это снижение затрат на циркуляцию, уменьшение износа дорогого насосного оборудования, увеличение конечной эффективности в конечном итоге.
Можно предположить, что шуга не пойдет в скважину из-за того, что лед- твердое тело, однако пройдя через насос, жидкий лед превратится в кисель, где отдельные льдинки вряд ли возможно будет выделить в общей массе.
Короче, больше вопросов, чем ответов. Но интересно.

 

https://cmks.ucoz.ru/publ/3-1-0-352 - статья про снежную комнату для саун, может кому интересно будет.

 

Почитал несколько статей про снегогенераторы и пришёл к следующему:
-Надо ставить не насос с форсункой, а компрессор с краскопультом (смесь воздуха с водой)
-При определёных настройках можно добиться замораживания при температуре воздуха -1С

 

Есть простое решение, использовать воду из скважины, жидкий лёд сбрасывать в теплицу из поликарбоната.
Летом по мере таяния льда, воду догревать в ёмкости, использовать для полива растений.
Теплица нужна что бы исключить действия холода на рядом растущие растения.

 

Хорошее решение. Не надо изобретать велосипед, чтобы разморозить лед- в теплице разморозится сам. Но объем... Это десятки кубов. Если для хорошо утепленного дома на сезон надо 1м3/1м2, то можно представить, какой объем потребуется.

 

Только что вернулся с испытаний установки.
Установка работает, но жидкий лед на выходе пока не получен, хотя выходящая из установки вода имеет температуру около 0, а температура незамерзайки (которая контактирует с водой через мембрану) около - 7 град.
Подозреваем что виноват в этом воздух растворенный в незамерзайке (так как система у нас открытая и поэтому незамерзайка имеет контакт с воздухом) и начинающий выделяться при каждом цикле её нагрева (цикл = 2 мин).

Наличие или отсутствие этого пузыря мы смогли проверить только косвенно, так как теплообменник сварен из металла и доступ внутрь теплообменника в процессе работы невозможен.
Для устранения этого эффекта наверное придется применить некий воздухоотводчик самодельного типа.

Но самое интересное даже не это, а то, что счетчик электроэнергии показал нам, что потребляемая установкой мощность была около 0,5 Квт*ч, а мощность теплового потока от установки (в виде теплого воздуха) была около 1,5 Квт*ч.
Соответственно кпд установки примерно 3, что на данный момент весьма неплохо.
Для сведения: температура входящего в теплообменник кондиционера комнатного воздуха была +20 град., а выходящего воздуха + 39град. (dT = 19 град.).

Дальнейшая оптимизация установки будет заключаться в более хорошей теплоизоляции теплообменника, установки воздухоотводчиков и некоторых других изменениях, которые позволят мне наконец увидеть жидкий лед на выходе, хотя и без этого понятно что установка работает.

 

Сегодня, продумывая вариант полиэтиленового теплообменника, придумал единую систему, включающую в себе и теплообменник для отопления, и рекуператор для вентиляции в одном флаконе. И рекуператор и теплообменник помогают друг другу работать, симбиоз так сказать.
Расписывать не буду, хватит- только чертеж. Сейчас времени нет, но сегодня постараюсь нарисовать и вот потом можно будет критиковать...

Нам бы тоже увидеть... Видео будет?

 

На счет видео пока не знаю, так как хочу показать уже окончательный результат, а не показывать все этапы нашего многотрудного пути.
Могу попросить сделать фото установки.

 

Не так всё страшно. Теплица 5*10*2 метра имеет объем 100 м3, в переходном режиме вода -лед можно получить около 30 000 мДж тепла или около 9 000 кВт*ч. Это приличные цифры. Нет проблем сделать теплицу больших размеров.
Лед можно использовать для охлаждения жилья летом.

 

Итак, предлагаю на суд читателей проект теплообменника. Сразу прошу прощения за корявые рисунки, и, скорее всего путанное объяснение.
Сначала общий принцип. Из полиэтилена делаем корыто, которое наполняем водой, под корытом пропускаем воздух, идущий на обогрев кондея. Периодически уровень воды повышаем-понижаем, вместе с водой уводя и лед. План рис. 1.
Итак. Сначала изготавливаем короб нужного размера из любого материала, допустим из досок. Берем 2 канализационные трубы 160, набиваем их крупными булыжниками, это будет адсорбцинный рекуператор.
Их кладем по краям. Сверху первый слой пленки с напуском на борта короба. Чтобы сформировать короб, поперек труб рекуператора и сверху их кладем поперечины из любого материала, например из бруса 50*50, и закрепляем к бортам короба. Рис. 2.
Между трубами рекуператора и сверху пленки кладем трубу канажку 50мм, она будет работать как коробообразователь, чтобы пленка сверху и снизу не слипались. Благодаря тому, что трубы полые, они не будут сильно уменьшать сечение, плюс создавть турбулентность. Сверху этих труб, труб рекуператора, и поперечных брусков укладываем второй слой пленки с напуском на борта короба. Этот второй слой образует корыто, ограниченное трубами рекуператора и поперечными брусками. Рис. 3,4.
Скручиваем края обеих пленок, соединяя их, и закрепляем к бортам, а свободные концы спереди и сзади крепим к вентилятору и испарителю.
На рис 5. изображена работа теплообменника. Воздух подается под короб с водой, проходит под ним, нагревается и идет к испарителю кондея. Периодически уровень воды в корыте уменьшается/увеличивается, благодаря чему колебание верхнего слоя пленки также уменьшается и увеличивается, то есть много воды- образуется лед, мало воды- он стряхивается. Соответственно, подаем воду-откачиваем лед.
Собственно, все. Сразу оговорюсь- я понимаю, что у такого теплообменника есть ряд недостатков, самый главный из которых- задействовано не более 55-60% от возможной площади теплообмена, лечится это установкой отражателей в воздуховоде через некоторый промежутки, которые как трамплины будут откидывать поток воздуха вверх к поверхности теплообмена.(на схеме не отображены), а также увеличением воздухообмена в теплообменнике.
Во-вторых, это воздушная система, ее эффективность непресказуема и наверняка потребует настройки, но это согласуется с моими планами создания чисто воздушной системы, при этом я не сравниваю ее с водяной, понимая, что это просто разные вещи. Но не об этом сейчас.
Наконец, в данном посте я умолчал о ряде узлов, таких как осушитель, использующий входящий поток рекуператоа, который включается перед рабочим циклом и сублимирует влагу системы на рукаве, а не на испарителе, работе самого рекуператора, системе воздуховодов и вообще о концепции воздушного отопления. Мне кажется, что сначала надо убить медведя, а потом делить шкуру. Сначала забрать тепло, а потом его преобразовывать и распределять.
Итак, на рисунках
1- короб
2- пленки
3- рекуператор
4- вода
5- воздуховод.

 

Кстати, а какой КОП может быть у кондея, если на него подавать воздух 0...-3, с температурой кипения не более -15, а конденсации не менее 45?