Расчет теплоаккумулятора для теплицы

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Разрядка ТА: В связи с тем, что средняя температура верхней части грунта достигла лишь 14,5 град., то дуть +15 град. смысла нет. Поэтому дуем +10 град. те же 1000 час.
Температура воздуха на выходе трубы:

Средняя температура верхней части грунта (1,4 м):

Тепловой поток из ТА (в среднем 13,6 Вт, что соответствует 1,6 Вт/п. м. трубы. За 1 000 час из ТА (15 труб по 8,5 м) получим 204 кВт*ч энергии):

Температура через 100, 500 и 1 000 час:

Итак, с вентилятором 50 Па и 2 000 м3/ч, доход составит жалкие 548 руб. (при тарифе 2,69).

 

Ну как не заморачивался? Рассматривали же раньше варианты укрытия грунта слоем бутылок, слоем воды, слоем плёнки. Теплоаккумулятором при этом ведь как, считался весь грунт доверху?
А чем отличается грунт ТА и грунт над ТА? Грунт ТА тоже может иметь разную влажность и структуру.
Просто за ТА надо считать не произвольный слой грунта, а весь сверху хотя бы потому, что он накапливает тепло в единицу времени с с сумасшедшим темпом, который быть может на два порядка выше того, которое достаётся грунту через прокачивание воздуха. Но отличие его от внутреннего в том ешё, что он как стремительно запасает энергию днём, так стремительно и теряет её ночью, причём поверхностный слой ещё и через излучение. И если температура поверхности станет ниже температуры внутреннего слоя ТА, то она будет стремительно поглощать его энергию как через контактный слой, так и через воздух.
Короче, считать только какой-то внутренний ТА, ограниченный абстрактными идеальными теплоизоляторами - мне кажется это ни о чём, далеко от реальности.

 

@Cofessor, к сожалению, у меня нет суперкомпьютера, чтобы просчитать комплексную модель теплицы, учитывающую все реальные факторы. Я пытаюсь решать задачу по частям.
Согласен, что солнце прогревает верхний слой почвы значительно эффективней прокачивания воздуха, но при условии, что земля влажная, не затеняется растениями, мульчей и прочим.
Короче, ставь конкретные задачи, а то получается: "Поди туда-не знаю куда, принеси то-не знаю что".

 

Почему нет? А голова? Я не вижу тут какой-то проблемы, нужно только выбрать для расчётов правильную модель.
Поскольку верхний слой земли и грунтовый ТА однородны (между ними нет утеплителя), то можно считать что весь пласт от поверхности и до труб - это ТА. Фактически трубы - теплоизолятор, так что потери тепла после отключения вентиляторов всего пирога через низ 3/4 всего времени намного меньше 15-ти%, а практически весь расход запасённой энергии происходит через поверхность.
Я считаю что толстый пласт земли - не помеха расчётам, потому что в горизонтальных направлениях его можно сколь угодно укорачивать, поскольку в этих направлениях нет перетока тепла.

 

Верхний слой земли мы рыхлим, поливаем, вносим компост, мульчируем, поэтому его свойства отличаются от нижнего.

Это ночью, а днем, наоборот солнце нагревает поверхность почвы. Поэтому, в среднем за сутки можно считать, что теплообмена через поверхность почвы нет.

 

Здрасьте! Пришли к абсурду: Т поверхности весь год пляшет вокруг одного уровня?

 

@юнс, спасибо конечно за расчеты, но есть вопросы сходу. Вы пишите, что в расчеты взяли 700 м3 в час и получили через 1000 часов след результат: дельта воздуха вход/выход 8 градусов, чуть меньше 80 Вт отдача в одну трубу или 1200 Вт в 15 труб. Правильно увидел графики?
Теплоемкость сухого воздуха 1 КДж/кг (влажного больше) или1,18 КДж/м3 при 1 атм (плотность 1,18 кг/м3). Подставив в расчеты получим тепловой поток в ТА - 700000*1,18/3600= 230 Вт на 1 градус или больше 1800 Вт на 8 градусов для сухого воздуха. Почему у Вас в 1,5 раза ниже цифры?
Или я не то что то делаю? Спасибо! Теплоемкость и так у воздуха почти никакая, а у Вас вроде как она занижена?

 

@юнс, далее Вы получили через 1000 часов 80 Вт в ТА с 8,5 метров трубы или порядка 10 Вт на 1 метр погонный. Трубы уложены с шагом 0,7 метра, тепловой поток в верх прекращается, так как там тепло - теплица имеет Твыше чем вогруг труб. Теплопроводность земли в районе2 Вт/м2хК. У Вас тепловой поток в районе 12 Вт/м2. Т. е. на глубине 1 метр от трубы земля имеет Т на 6 градусов ниже? Реальная жизнь немного другая. Вам нужно считать тепловую волну вниз от теплой плоской поверхности нагретой до...например 20 градусов... И посмотреть, сколько будет утекать в Америку через 1000 часов и вычислить, .распределение температуры от глубины. На мой взгляд тепловая волна уйдет на несколько метров от труб за 1000 часов. По Вашим графикам тепловой поток через 500-1000 часов стабилизировался. Я так и думал, спасибо за расчеты!
Расскажите, что за модель ТА у Вас взята в расчеты, что то не стыкуются мощности...

 

@юнс, какая толщина трубы У Вас заложена в расчеты? Теплопроводнсть ПНД в 4 раза хуже земли и чем тоньше, тем лучше. "Синяя" 110 канализационные вроде 2 мм, а гофра 0,5. Это начинает влиять на расчеты при больших потоках энергии, когда выше скорость и температурный напор. В моем случае скорей всего это не существенно, но все же, вдруг у Вас красная ПНД заложена в калькулятор. Для наружной канализации точно вредно использовать.

 

Дельта за летний сезон изменяется с 15 С в начале (пока грунт холодный) до 8 С в конце. В среднем 11 С. Такая большая величина говорит, имхо, что скорость продувки недостаточна, и ТА не успевает зарядиться за летний сезон.

Действительно расчет по формуле не совпадает с программой. Спасибо за критический взгляд. Дело в том, что в программе есть 2 параметра: Конвективный тепловой поток и Тепловой поток (конвекция). В предыдущих расчетах я складывал Конвективный тепловой поток на входе и на выходе трубы (они противоположны по знаку), и все совпадало. В последнем расчете вывел Тепловой поток (конвекция) через боковую поверхность трубы - получилось некорректно. Представляю корректные графики теплового потока в ТА при зарядке (среднее значение 197 Вт) и из ТА при разрядке (среднее значение 17,9 Вт).

Все остальные графики верные.
Итак, ТА запасет за 1000 час. 197 Вт * 15 труб * 1000 час = 2 955 кВт*час, а вернет за 1000 час 268,5 кВт*час (доход 722 руб.).

Я брал среднюю теплопроводность 1 Вт/м2хК. Повторил расчет с 2 Вт/м2хК. Сравните две картинки, тепло продвинулось ниже незначительно:

Возможно я использую слишком высокую теплоемкость грунта 2500 Дж/кг/К. Плотность грунта 1400 кг/м3.

Трубы в расчете не используются, просто отверстие в грунте:

 

Cofessor, призываю вести разговор более корректно. В цитате

суточные колебания температуры почвы, а в ответе годовые.

 

Плохо понимаю что Вы пишите про "Конвективный тепловой поток и Тепловой поток (конвекция)", главное, что Вы признали, что через трубу в Ваших расчетах в конце зарядки скорее 120 Вт, чем 80. Видимо часть мощности не вывели на график, а программа брала все те же 120 Вт.

Поясните, в каком направлении Вы считаете тепловой поток? Спасибо! Нужно только вниз, потому что вверх и в бока не нужно брать расчет при долгой зарядке, туда ничего не будет утекать через 100-200 часов...

 

Не брать в расчет горизонтальное движение тепла это тоже будет неправильно.
Вот например мои расчетные модели для вертикального зонда в ТА считают распространение тепла по кругу от центральной трубы, не учитывается только направления вниз и вверх (площадь сечения трубы намного меньше площади боковых стенок).
Если труба лежит горизонтально, то тоже надо считать по всему кругу, можно пренебречь только направлением параллельньм с осью трубы.

 

@kivik71, если Вы уложили трубу одну одинешеньку в бесконечном грунте то да, считайте во все стороны. Если же Вы с шагом 0,5-1 метр уложили трубы параллельно, то Вы можете считать тепловые потоки вбок, но через сечение "зеркалирующей" поверхности энергия перетекать не будет. "Зеркалирующей" я назвал поверхность, которая должна быть построена между двумя трубами на одинаковом расстоянии и параллельно трубам.
Я хочу сказать, что энергия горизонтально будет расходоваться на зарядку ТА, но теплопотерь не будет. Следовательно, если зарядка ТА будет осуществляться достаточног долго, то Т между трубами станет раной Т у трубы и все на этом, теплопоток вбок прекратился. Это произойдет не сразу, а после того, как земля отогреется. Т. е. вначале отогревается активно цилиндр вокруг трубы. Далее когда цилиндры соседних труб пересекутся и нагреются, энергия вся пойдет вниз от полностью отогретой поверхности между трубами и математика расчетов меняется. Можно уже рассматривать не трубу в земле, а плоскость. Время отогрева и превращения в плоскость зависит от теплоемкости грунта, общих тепловых потерь ТА и мощности, которую закачиваем в эти трубы.
Далее, про потери вверх. Их рнеально нужно выкинуть из расчетов. Тепловые потоки верх так же прекращаются, если сверу теплей чем земля вокруг трубы.
В расчетах @юнс теплопритоки сверху не учитывает, а они есть реально и они огромны. Так как сверху Тгрунта +25 и на глубине 0,7 метра тепловой поток получаем в районе 30 Вт/м2! (теплопроводность 2 Вт/м2хК, Тземли он показал 15 градусов, глубина 0,7 метра).
Так что это еще одна ошибка в расчетах.

 

Программа считает тепловой поток по всем направлениям, но я могу изменять размеры грунта в поперечном сечении трубы, а также граничные условия на границах модели. Например, идеальная теплоизоляция или температура стенки. Чтобы считать только вниз от трубы необходимо отодвинуть нижнюю стенку подальше, чем боковые и верхнюю, с такой целью, чтобы тепловая волна не успела бы достигнуть дна за интересующее нас время, в данном расчете это 1 000 час. На картинках выше видно, что грунт в нижней части остался синим, т. е. +4 С, что говорит о верном расчете.