Морозить грунт тепловым насосом или не морозить?

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Awlan.
Я правильно понял по фото. У Вашей системы два контура в земле (скважины) + СК вакуумных коллекторов и все это хозяйство приходит параллельно в систему ТН с одним типом теплоносителя?

 

Я счас глянул Улан-Удэ ... хоть и дубак зимой конкретный, но с солнцем... нам остается только лишь позавидовать ...
Оно у них всю зиму и вообще почти 400 дней в году!
Сам бог помоему велел СК ставить... .

 

Для таких регионов вероятно нам все же придется взять СК на вооружение

 

Для ТН конур один.

СК через ТО (самая верхняя и самая "толстая" труба) подогревает "рассол" из скважин.

Ну и еще одна "фишка" на этом же, скважинном контуре, есть петля (на фото самые левые трубы, на них свой насос) для пассивного охлаждения веранды летом, а весной и осенью немного тоже подогревает "рассол".

Теплоноситель для скважин до ~-15*С, для СК до -40*С.(сначала залил до -30*С, при -35*С замерз пришлось менять).

 

А сколько примерно стоил/стоит этот СК из 120 трубок с учетом монтажа? Если, к примеру, теплообменник в ТА для СК уже есть?

Радиаторы под такое отопление от СК с двойным запасом числа секций, наверное, нужно?

Я у Вас был в гостях в конце февраля или начале марта, если память не изменяет. Был 7ой час вечера и солнце было уже низко. А теплосчетчик от СК показывал выдаваемую коллекторами мощность в 4кВт. Это в самом деле такая мощща прет при заходящем почти зимнем солнце или я куда-то не туда посмотрел?

 

Конечно же я так не думал, только показал разницу тепловых потоков от замерзающей воды и конденсирующегося пара в грунте.
Это довольно грубая прикидка, тем не менее показывающая возможный порядок максимальных цифр.
Даже не учитывая того, что сконденсировавшаяся вода тоже возможно замерзнет, отношение максимального теплосодержания (воды к водяному пару) в кубе грунта составит примерно
200 000/8=25 000 раз
Хорошо, давайте в цифрах посмотрим сколько же водяного пара может пройти через грунт сечением 1 м2 и толщиной 1 метр.
Если это происходит в атмосфере, то мы видим как переносятся по планете из одного места в другое и переходят из одного состояния в другое гигантские объёмы энергии в виде воды и водяного пара.
Паропроницаемость атмосферного воздуха (сухого) велика.
Кроме того, атмосфера довольно подвижна, что позволяет и влажному, уже насыщенному водяным паром воздуху (и условно уже паронепроницаемому так как нет градиента парциального давления водяных паров) быстро мигрировать с места на место, что создаёт видимость его паропроводности.

Да, понижая температуру, мы снижаем парциальное давление и часть пара конденсируется в воду, выделяя теплоту.
Но нельзя рассматривать водяной пар отдельно от воды в водонасыщенном материале, это единая система, где вода постоянно переходит в пар, а пар в воду, обмениваясь энергией.
Молекулы водяного пара (Н2О), сталкиваясь с поверхностью воды выбивают оттуда молекулы воды (те-же Н2О), которые становятся молекулами пара, а те, первые, остаются в воде.
Общий баланс при этом не меняется.
Парциальное давление водяного пара над поверхностью воды не может быть больше определённого уровня для этой температуры.
Меньше этого уровня давление водяного пара быть может, но тогда пар будет не насыщенным и конденсироваться не станет и жидкой воды под ним тоже не будет.
Если попытаться отделить их друг от друга, то возникнет дисбаланс теплоты парообразования и теплоты конденсации, что с успехом используется в холодильных машинах.
Если пар ненасыщенный, то несомненно он будет более подвижен в грунте, чем жидкая вода, но в воду он конденсироваться не будет, пока не снизится температура или не увеличится его парциальное давление до точки росы для этой температуры.
Всё, что сверх возможного парциального давления водяного пара для этой конкретной температуры будет конденсироваться в воду, которая будет мешать подвижности пара в грунте и скорее всего заставит конденсироваться излишки водяного пара не там, где нам нужно.

Чем грунт влажней, тем меньше градиент парциального давления водяного пара и в результате меньше абсолютная паропроницаемость грунта.

Хотя вода в то же время может бежать через поры этого грунта ручьём, это уже другое агрегатное состояние и относится к водопроницаемости, при которой нет нужных нам тепловыделений от конденсации водяного пара.
Чтобы водяной пар прошел сквозь водонасыщенный материал, излишки его, относительно парциального давления для этой температуры, должны сконденсироваться в материале, отдав тепло влажному материалу на этой стороне, соединиться с влагой, содержащейся в материале, далее под действием капиллярных, гравитационных или других сил в виде воды просочится на другую сторону и там испариться, отняв тепло от материала или окружающей среды.
А вот найдётся ли на другой стороне материала необходимое количество тепла, чтобы поддерживать этот процесс, зависит от окружающих условий на той стороне, теплопроводности, теплоёмкости материала, парциального давления водяного пара на той стороне и пр.
Ведь повышая температуру среды на выходе мы этим повышаем парциальное давление, которое будет противодействовать перемещению пара, хотя воде под действием капиллярных сил температура не помеха.
Вода может бежать по капиллярам в одну сторону, сливаться не испаряясь, так как парциальное давление водяных паров не позволит этого, а испарятся может только с другой стороны, на входе в капилляры, там где парциальное давление позволяет.

Водяной пар в этом агрегатном состоянии воды - по сути газ и паропроницаемость материала это газопроницаемость, усугублённая процессами конденсации и испарения этого газа (паров воды) на поверхности и в толще материала, так как окружающее давление и температура подходят для фазовых переходов воды из одного состояния в другое.
Чего не скажешь про азот, кислород и прочие газы, содержащиеся в атмосферном воздухе.

Паропроницаемость зависит, кроме как от герметичности (газопроницаемости) материала, ещё и от парциального давления по сторонам этого материала.

Для начала (для справки) паропроницаемость некоторых материалов мг/(м*ч*Па)
Столько мг водяного пара проходит через 1 кубический метр материала за 1 час
при разности парциального давления 1 Па

песок 0,17
кирпич полнотелый 0,11
кирпич пустотелый 0,17
бетон 0,03
пенобетон, керамзитобетон 0,1-0,3
гранит, мрамор, асфальтобетон, битум 0,008
линолеум 0,002
рубероид 0,001
дерево поперёк волокон 0,05-0,06
дерево вдоль волокон 0,3-0,32
минвата 0,5-0,6
гипсокартон 0,07-0,08
пенополистирол, пенополиуретан 0,05
пенополистирол экструдированный 0,013
керамзит 0,2-0,3
полиэтилен 0,0002
медь, сталь, алюминий, стекло 0,0

Берём песок, наверно он лучше пропускает пар, чем глина.

Смотрим свойства водяного пара на линии насыщения.
При 0 С парциальное давление 610 Па, при +10 С парциальное давление составляет 1230 Па

Около трубы грунтового контура водяной пар начинает конденсироваться, значит он насыщенный, парциальное давление около нулевой отметки будет 600 Па.
Чуть дальше от контура, там где температура +10 С, пусть даже всего в одном метре, парциальное давление насыщенного водяного пара будет 1200 Па, ненасыщенного меньше.
Максимальная возможная разница 600 Па.
Значит через сечение 1 м2 песка толщиной 1 метр за один час "протиснется"
0,17*600=102 мг пара, сконденсировавшись у контура в 0,0001 кг воды, высвободив при этом дополнительные (2,5 мДж* 0,0001 кг)/ 3,6= 0,00007 кВтчас тепла.

Вернёмся к началу:

Да, процесс не остановится, но каждый час будет конденсироваться всего 0,1 г воды, вместо 5 г, которые могли бы содержаться просто в кубе влажного воздуха при нулевой температуре.
Теперь разница теплосодержания между водой и водяным паром не 25 000 раз, а в 50 раз больше, но зато каждый час, то есть наши первоначальные 5 грамм пара через куб песка пройдут за 50 часов.
Даже если около трубы контура мы будет мгновенно замораживать весь водяной пар, обеспечив там парциальное давление 0 Па, то разность парциальных давлений не превысит 1200 Па, это даст в 2 раза большую пропускную способность песка.
А если толщина песка, отделяющего контур с нулевой температурой от источника водяного пара с температурой +10 не один метр, как мы приняли выше, а больше?
При этом в метре от трубы грунтового контура будет скажем температура грунта только +5 С, или всего +3 С?
Ещё в 3 раза меньше пара через песок пройдёт?

 

Не даром зовется, солнечная Бурятия, 300 дней солнце

 

Солнечный коллектор на 20 трубок брал у нас за 1100$.

Отопление не от СК, а от ТН. СК работает только на низкий контур. Поэтому и СО рассчитывается под ТН.

Все верно, 4квт. и было на закате. При максимуме СК 10м.кв. выдают 7,7квт. или 770вт./м.кв., если принять излучение 1000вт./м.кв. получается СК работают с КПД 77%. За март СК выдал 1199квт., за апрель будет тоже больше 1000квт.

 

За сезон вы опустили температуру вокруг скважин до -2С с начальной +6С (например).
Теперь даже бесконечное время не вернёт температуру к первоначальной, так же как 1/х никогда не персечёт ось Х.

Что бы вернуться к первоначальному состоянию, вам надо залить в землю те же 10000квтч (или 100квтч на 1 погонный метр)
Или с дельтой прегрева 4С греть землю 8 месяцев, так же как вы отбирали тепло с дельтой 4С 8 месяцев, только в обратную сторону.

Но в реальности у вас есть на восстанавление только 4 месяца, и нет прегрева в 4С, которые интенсифицировали откачку тепла зимой.

Не вдаваясь в точные расчёты, понятно, что грунт восстановится максимум до половины пробега от -2С до Т начальной.
Если не греть грунт СК, то на следующий год конечная Т будет ниже -2С, скажем -3С, и так далее год к году.

 

PipilatsMotors, Вы разочеровались в своей системе по поддержке ТН от СК, которую продвигали в "массы" много раз. Или я ошибаюсь?

-2*С это температура рассола из скважин, "туда" уходило -6*С. Начальная температура грунта у нас +5*С.
Температура грунта колебалась около 0*С. С середины марта Солнце т. е. СК подогревали рассол днем до плюсовых температур, а с середины апреля уже и утром из скважин шло 0*С +1*С т. е. "заморозки" грунта и не было.
Система работает третий сезон (с СК первый), ТН у меня реверсивный, летом охлаждаю дом.
За прошедший сезон с октября по май ТН выработал 38622 квт., потребил 12552квт., СК выдали 4385квт., таким образом считаю что одна скважина выдала 10842квт., т. е. больше примерно на 10%, чем без СК.

Что сейчас, температура в СК поднимается до 49*С, в скважины уходит максимум 19*С, утром из скважин +6*С.
Что будет. Еще одна скважина 100м.(уже пробурена, надо обвязать). Более мощный (примерно в два раза) ТН. Попробую заморозить грунт.

 

Почему разочаровался? Отнюдь.
Продвигали и будем продвигать.
Может дальше будет не СК, а ФМ+ТН.
Но в любом случае ТН на втором месте. Не в помощь ТН, а ТН - как вспомогательный элемент в системе,
просто насос для перекачки тепла, а не единственный генератор тепла.

P. S.
С конца 2011, мы не сделали ни одной скважины глубже 15м, и видимо уже больше ни когда не сделаем. И наши дилеры, то же.
К этому придут все в России, просто должно пройти время.

А может это просто ни кому не надо будет, произойдёт чудо, Газпром опомнится и будет всем подключать газ бесплатно и продавать по 10коп за квтч.

 

PipilatsMotors, а что это за зверь ФМ?

 

Эта статья опубликована в журнале Энергосовет № 5 (18) за 2011 г

Перспективы применения тепловых насосов в России​

взято здесь.

4. Учет фактора охлаждения грунта при эксплуатации ТНУ. Потребление тепловой энергии к концу отопительного сезона вызывает вблизи регистра труб системы теплосбора понижение температуры грунта, которое в климатических условиях большей части территории России не успевает компенсироваться в летний период, и к началу следующего отопительного сезона грунт выходит с пониженным температурным потенциалом. На севере этот фактор выражен сильнее, чем на юге. Потребление тепловой энергии в течение каждого последующего отопительного сезона вызывает дальнейшее охлаждение грунта. Снижение температуры грунта имеет экспоненциальный характер, и примерно через пять лет эксплуатации его температура выходит на квазистационарный уровень, пониженный относительно естественного на 1-2º и более. При проектировании систем теплоснабжения необходим учет такого охлаждения грунта, что делает ее еще более затратной.

 

RuslanGu, ну, т. е. получается если рыть скважину скажем 80 метров, там на глубине температура, скажем 8 градусов, а стабилизируется она на 5-6?

 

Так не угадаешь через 5 лет будет видно сколько получиться.

Да не бойтесь вы так сильно 2-3 градуса для ТН можно и в самом ТН потерять на испарителе, или из-за цирк насосов или из-за скважин.

Так что смелее.