Твердотельный теплоаккумулятор. Размышляем

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Ограничение Т нагрева будет за счёт длинны проволоки, точнее за счёт сопротивления проволоки нужной длинны.
Калькулятор кажет что для 400С при 0,5мм проволоке надо ток 3,13Ампер. Для 0,5мм проволоки такой ток при 240в питания будет если взять кусок 13,5-14метров нихрома.

Идея в том, чтобы основная масса ТА не прогревалась выше 200С, то есть сам нихром и 10-ток кирпичей на котором он будет намотан - пусть греются до 400С.
Мне не нужно (не обязательно) чтобы теплоноситель-песок прогрелся до 400С, достаточно будет 150-200С.

Для того, чтобы весь теплоноситель НЕ успел прогреться до 400С, я посчитал теплоёмкость ТА и делаю её такой, чтобы при нагреве внутренних кирпичей до 400С не хватило мощности на прогрев всего ТА до 400С.

0,58 квт надо на прогрев одного КУБА кирпича/песка на 1С, исходя из этого и считал, чтобы объём ТА таким, чтобы он не успевал за 9-10 часов прогреться выше 150-200С от 3квт обогрева (4*750вт нихрома)

То есть я планирую греть 400С кирпичными кладками песок до 100-150С, может быть 200С - не уверен что он успеет нагреться...
Мне ДОСТАТОЧНО накопить 3*8=24 киловатт-часов тепла, но часть тепла уйдёт на потери (думаю 20% в лучшем случае), - останется 20Квт-часов если для дома, это нормально.

Ограничил температуру нагрева ТА по двум причинам:
1) Чтоб не было пожара - нагрев должен быть существенно НИЖЕ температуры возгорания дерева
2) Чтобы меньше потерь было в землю через теплоизоляцию (чем меньше разница температур, тем меньше потерь).

 

Калькулятор "кажет" для условий на открытом воздухе, или учитывает Ваши условия - кирпич/песок? Температура зависит не столько от тока, сколько от отвода тепла. Температура будет стабильной только когда выделяемая на проводнике тепловая мощность будет равна мощности теплоотведения в окружающий материал. А по мере прогрева материала вокруг нагревателя, будет снижаться теплоотдача, будет расти температура нагревателя, "стараясь" за счет возврату к "нужной" разнице температур увеличить теплоотдачу...
Тут либо не очень простой расчет поможет получить и не превысить температуру в 400'С на нагревателе и около него, либо (что проще) контроль температуры в зоне нагрева и на некотором расстоянии от него (лучше в нескольких местах, на разном удалении).
Иначе, очень вероятно, будет либо недогрев, либо, как тут выше "обещали", куча пережженого нихрома.

Кстати, температуру нихрома можно попробовать определять косвенно - по его сопротивлению (измеряя ток и напряжение на нагревателе). Возможно, так будет проще и точнее. В принципе, можно даже автоматизировать поддержание заданной температуры.

 

Я так понял калькулятор кажет нагрев проволоки в воздухе https://forum220.ru/calc-nichrome-wire.php
Контроль в на расстоянии организовать могу легко, - термостат 130 руб стОт, но он до 110С понимает только. Можно поставить порог нагрева внешнего бетонного блока ТА в 105С, после чего нагрев ТА обесточится. Вилку 100-105С сделать, чтобы поддерживал температуру ТА нагрев.

Либо пойти более простым путём - ограничить нагрев 200С током через нихром, 0,5мм, 21метр провода, 240 Вольт, 435Вт.
Но мощности может не хватить чтобы нагреть весь ТА при этом...
В общем надо проводить эксперемент

 

Повторюсь - током температуру можно ограничить только для конкретных условий теплоотбора. Не зная (довольно точно) теплотехнических характеристик системы (теплоаккумулятор+нагреватель) практически невозможно связать ток и температуру, и знать надо не только количество тепла, запасаемого при определенном нагреве...
В идеале, любой, самый мизерный ток способен расплавить и испарить нихром, если не будет должного отвода тепла.
А если излишне "перестраховаться", то -

А для проведения эксперимента нужно измерение температур.

 

Вот ваты из нихрома точно лезть будут. А вот градусы будут сильно зависеть от отвода вылезших ватов. При плохом отводе могет быть сильно выше 400 и быстро.

 

Теплоотвод будет плохой - то есть теплопроводность песка невысокая.
Но песок же негорючий материал - даже если будет нагрев сильный - в худшем случае перегорит сам нихромовый провод, ИМХО -
15*2 метров провода = 290 руб. За нагреватель в 1400 Вт это копейки.

офтопС о нагреве песка
Я пробовал греть стальное ведро с песком тэном для воздуха 800вт таким https://www.electro-mpo.ru/catalog/obogrevateli_vodonagrevateli_elektrokotly_oborudov/b84_teny_obshchepromyshlennye_dlya_nagreva_vozdukh/b8405_ten_100_a13_0_8_s220_0_8kvt_220v_dlya_vozdukh/
Насыпал песка и засунул тен вертикально в ведро. Грел минут 20-25 наверное.
Прогревалось ведро меееедленно и неравномерно, выключил и оставил на улице (в августе) - минут через 40 ведро было всё горячим - песок внутри прогрелся равномерно...Написано что 450С у этого тэна температура.
Вынул тэн - он был немного в чёрной саже - наверное пыль из песка обгорела.

 

При прогреве бетона проводом ПНСВ (стальная жила) ориентируются на следующие параметры:
Удельная мощность тепловыделения:

• конструкции неармированные — 35-40 Вт/п.м.;
• армированные — 30-35 Вт/п.м.;

Среднее сопротивления жилы:

• кабель с диаметром жилы 1,2 мм — 0,15 Ом/м; 1,4 мм — 0,10 Ом/м

Рабочий ток 14-16 А.

Как максимум допускается порядка 100-150 Вт на погонный метр.
Конечно, бетон не нужно греть до 200 град и теплопроводность его лучше, чем песка.
И провод ПНСВ в пластиковой изоляции, т. е. не должен нагреваться выше 120-150 град.
Думаю, что можно рассчитывать нагреватель исходя из 150-200 Вт с погонного метра.

 

Условия отличаются не только этим. В бетоне провод растягивают линейно, а тут в ТА планируется на кирпичи наматывать. Т е., мощность на метр провода даст "немного" другой результат, чем линейный провод в бетоне.

 

Ну так линейный провод в бетоне тоже не "один в поле". Он укладывается по типу теплого пола.
На кубометр рекомендуют укладывать порядка 60 м. Естественно, что для равномерного прогрева надо провод стараться распределять равномерно по объему.

 

Обогрев в бетоне мне нравится бОльше - тем что Температура провода будет явно меньше 100С, скорее всего 60-70С и можно проводом обмотать с шагом 2-3 см между петлями для того чтобы бетон навномерней и быстрей прогревался.

Одно НО - проводом я нагрею до 80С дай бог, ну 90 может быть. - то есть теплоёмкость ТА будет небольшая...
1,5*0,5= 0,75куба бетона нагретых до 80С (с нуля) даст 0,58*0,75*80=34 квт-ч...
Мне вроде достаточно 30квт-ч. Подходит!

Идея с ПНСВ 1.2мм (0.14ом) реализуема легче.
Если не ТА сверху не будет стоять что-то тяжёлое то достаточно будет как мне кажется самой тухлой марки бетона.
Песок с цементом + арматура, без щебня - прокатит ? для бетонного ТА размером 1-1,5м глубиной 0,5м (в земле 20 см). Бетон М100 наверное достаточно будет.
Не развалится он ?

 

В общем да. Важно только, чтобы пористость была поменьше, т. е. вибрировать надо. Чем меньше пор тем лучше теплопроводность. И наличие щебня увеличит теплопроводность и теплоемкость. Но повысит риск повреждения провода. (щебеночку помельче?)
Удачи!

 

Если с щебёнкой, то могу засыпая бетон ручным замесом (ведро) повредить провод.
Если без щебёнки-то теплоёмкость меньше.

Спасибо! буду думать.

Есть идея - сделать такой ТА под крыльцом новым, сделав из него фундамент для крыльца и тёплый пол одновременно. На бетон положить теплоизолятор тонкий и на него доски 30-ку. Попробую сделать - всё равно надо крыльцо монстрячить

 

Фундаментальная проблема мелких и горячих теплоакумов да без фазовых переходов - к ним нужна сложная и потому дорогая и малонадежная система разряда. Т. к. через простое и надежное теплосопротивление они будут разряжаться экспоненциально. И это испортит комфорт во время разряда - сначала будет жарко, потом холодно.

 

Это не проблема, а особенность, причем, не требующая особых дополнительных затрат, если ТА планируется использовать эффективно и удобно. Просто система отбора тепла делается принудительная - насосом (простым и надежным хоть жидкостным, хоть воздушным, в зависимости от особенностей системы). Тогда тепло можно отбирать из ТА сколько надо и когда надо.

 

Ой ужас - насос еще какой-то отдельной и дорогой энергией питать надо. Кроме слома насоса еще может питание сломаться. И к насосу нужен робот для управления разрядом теплоакума. Роботу чтобы исполнять алоритм теплостабилизации нужны датчики температуры. Их нужно купить и они могут сломаться. При сломе любого элемента с правильной мощностью разряда теплоакума будут проблемы.
А вот поломать теплопроводность или конвекцию гретого воздуха или излучение гретой материи намного труднее. И они сами из нагретого без насосов лезут.