Устройство геотермального "рассольного" контура для ТН

За 10 часов осилит 80 метров траншеи глубиной 3.5 м и засыпет ее.

 

Это как ВЫ с ним договоритесь.
Исходя из моего маленького опыта использования компактного контура в 50 м (комплекс зондов10м+двух этажка, охватывающих более 1000 куб земли), могу смело заявить, что это самый оптимальный контур из новых. И незачем копать сотни метров земли.

 

Так некоторые кубами нащитать могут, аж по 2.200р.за куб. А так час работы от 1200р.

 

Решил рассчитать зонд из ПНД. Надеюсь, что с расчетами не ошибся . Температуру земли по глубине аппроксимировал степенной зависимостью t/t_100 = (z/12)*0.24. Полагал, что на глубине 100 метров температура равна 12 град. Расчет сделан для зондов 50 и 100 метров глубиной. Видно, что температура нарастает линейно. Есть небольшие хвосты на выходе, где тепловой поток уходит в минус. 50-метровый зонд на выходе дал прирост температуры в 3 градуса. 100-метровый - в два раза больше. Вывод один: если уж и делать теплообменник, то только не из ПНД-трубы.

 

Извиняюсь, формула температуры земли написана неверно. Лучше вот так: t = 12*(z/100)*0.24

 

Всего один вывод?
Какие именно мысли к этому привели?

 

Мысль лежит на поверхности: ПНД-труба это скорее теплоизолятор, чем проводник тепла. Если я правильно понимаю назначение зонда, то он как-бы должен отобрать у земли побольше тепла. Буровые работы дороги - значит надо повышать эффективность зонда. Для примера я выполнил расчет со вставкой из дюралюминия, уменьшив при этом коэффициент теплопередачи вдвое для подстраховки. Глубина зонда 50 м. Как видно из графика температура теплоносителя выросла на 7,91 градуса. То есть мы получили выигрыш в 30% по сравнению с зондом глубиной 100 м! Конечно и охлаждаться грунт будет быстрее, но это зона находится вне пределов сезонного колебания температуры. Скажите, где у меня ошибка в рассуждениях?

 

Теплопроводность ПНД не намного отличается от теплопроводности грунта, где-то в 2 раза.
Только полиэтилена всего навсего 3 мм отделяет теплоноситель от окружающего массива грунтов, а самого грунта метры, поэтому эта 2-х кратная разница не играет сколь-либо значительной роли.
Если на 1 метре грунта потери температурного напора будут скажем 3 градуса, то на 1 миллиметре 0,003 К, пусть даже с учетом нелинейности вблизи трубы будет в 10-20 раз больше 0,03-0,06 К, тогда на 1 мм полиэтилена разница будет 0,05-0,1К, а на стенке толщиной 3 мм 0,15-0,3 К.
В жизни конечно бывает несколько больше из-за неплотности контакта грунта с трубой, но ведь эта проблема не материала трубы и его теплопроводности.
Если труба зонда будет не в грунте, а в движущейся воде, тогда материал трубы желательно поменять на более теплопроводный.
Хотя вода тоже скорее теплоизолятор (0,56 Вт/(м*К), но её большая теплоёмкость и подвижность позволяют значительно увеличить отбор мощности с поверхности теплообмена, а на стенке ПНД будет уже сравнительно большая потеря температурного напора.
В случае с неподвижным грунтом, даже водонасыщенным, от которого нельзя отнимать более 50 Вт с метра, лишние полградуса потерь температурного напора на стенке ПНД трубы особой погоды не сделают.
Применив металл, можно вернуть эти полградуса, зато значительно потерять в стоимости зонда, мощность при этом не увеличится.
Увеличится только температура приходящего рассола на полградуса и обратка на полградуса, что повысит СОР на 1-2%

 

Вообще-то грунт отдает тепло и его теплопроводность никакой роли не играет. Это внешняя среда по отношению к воде, по значению температуры которой определяется величина теплового потока к воде. Теплопроводность грунта будем учитывать только тогда, когда станем считать его охлаждение водой. А пластик, напротив, нагреваемая стенка и ее термическое сопротивление важно, когда считается тепловой поток от грунта к воде.

Тут я вообще ничего не понял. При чем здесь теплопроводность воды? Здесь имеет место конвективный теплообмен между стенкой трубы и водой и термическое сопротивление есть обратная величина коэффициента конвективного теплообмена. Чтобы дальше в этом духе не дискутировать, отсылаю к учебнику "Теплопередача" любого автора в раздел "Теплоотдача при вынужденном течении жидкости в трубах". По моим расчетам термическое сопротивление от конвекции равно 0.0004658, а термическое сопротивление пластиковой трубы - 0.00863, то есть в 20 раз больше. Зато термическое сопротивление дюралевой трубы 0.00002.

По моим расчетам (а я им верю) дюраль позволяет вплотную приблизиться к температуре грунта. Расчеты также показывают, что мантра про 50 Вт с метра никогда не выполняется. Вначале эта величина больше, а на обратном ходе меньше (см. график предыдущего поста). Для того я расчет и сделал, чтоб разобраться в работе зонда. Кстати, взгляните на график изменения теплового потока, там где дюралевая вставка. Видите, как взлетел тепловой поток в небеса? Так что материал зонда играет роль и очень большую.
Дать количественную оценку влияния температуры теплоносителя из зонда на СОР не могу, так как я поверхностно знаю предмет. Последний раз читал студентам курс термодинамики 30 лет назад. Но потрепаться можно. Это же форум. Итак 1.5 куба в час при дельте в 5 градусов достает 8.3 кВт из земли. Компрессор отберет это тепло, повысив температуру, на что будет затрачена некая работа, равная разности теплот на выходе и входе. Пусть количество тепла на выходе константа. Теперь подняли дельту t на входе на 1 град. Тогда количество тепла на входе увеличилось на 20%. Следовательно, СОР также увеличится на значительную величину. Вот Вам и один лишний градус.
Засим разрешите откланяться. Искренне Ваш, Грабарник Сергей

 

Вообще-то играет. См рис 1.

А теперь попробуйте пофантазировать ...представьте, что труба у нас выполнена из грунта (допустим, грунтовая труба которая не пропускает жидкость).

В таком случае, чем такая постановка задачи отличается от той где труба выполнена из пластика или из металла?
Да ни чем. Во всех случаях теплоотдача от зонда будет примерно одинаковая, и будет ограничена скоростью теплообмена грунта (а скорость в свою очередь зависит от теплосопротивления грунта).

 

Dekabrino и есть тот очень полезный учебник по абсолютно всем важным и разнообразным вопросам относящемся непосредственно к теме.

А Вы уперлись в теплопроводность одной только стенки зонда... и ничего другого не видите и не хотите понять и услышать ...

 

Хорошо, приблизились вплотную.
Дальше что?

Вода весело журчит в трубе, с помощью её достаём 8,3 кВт из грунта, к температуре которого постарались приблизится "вплотную" через дюраль.

Час прошёл, 8,3 квтчас из земли достали.
Пора учитывать?
Считаем насколько грунт охладился водой?
Или ещё рано?
Неужели грунт вблизи трубы ещё недостаточно охладился, несмотря на то, что уже достали оттуда 8,3 кВтчас?

А если всё-же отдаёт тепло, то неплохо учесть теплоёмкость близлежащих к трубе слоёв грунта, затем их теплопроводность, чтобы узнать как быстро тепло к трубе будет подтягиваться от более дальних слоёв.

Зонд не один час должен работать, а тысячи часов отопительного сезона и желательно чтобы температура грунта, от которого отнимается тепло, не падала непрерывно, а после некоторого начального снижения всё же остановилась на какой-то отметке.
Чем выше эта отметка, - тем лучше будет СОР ТН.

Хорошо, раз по температуре воды внутри трубы определяется величина теплового потока к воде от внешней среды, то есть от грунта, давайте возьмем трубу потолще, скажем 50 мм, пустим туда 10 кубов в час, скорость будет метра 2-3 в секунду, ещё вполне терпимо по гидропотерям, но уже даст неплохой коэффициент теплоотдачи.
10 кубов воды в час на дельте 5К "достанут" 60 кВт
Надо метров 5-6 квадратных теплообменной поверхности трубы для температурного напора 5К и скорости протока около 3 м/с, для 50-ой трубы это всего-то каких-то 40 метров погонных.
Это на глазок, без Re, Pr и Nu.
1,5 кВт с погонного метра зонда - неплохо, а?
Даже если ошибся в 1,5-2 раза, всё равно ведь неплохо?
Да только это по внутренней стороне трубы, где бежит вода.
Если было бы так же шикарно и для наружной стороны трубы, где лежит неподвижный грунт, то для таких цифр можно и медь в землю закопать, а не только дюраль, да и оребрение ещё приладить.

Вы пытаетесь оптимизировать теплообмен воды со стенкой трубы, подбирая материал трубы, площадь теплообмена, скорость потока и пр. критерии, призывая на помощь Рейнольдса, Нуссельта, Прандтля и других, а нас отсылаете изучать учебники:

Нас сейчас жидкости в трубах не интересуют, мы верим Вам, что:

Да это сейчас нам и неважно.
Какую только трубу не закапывай, хоть медную, хоть серебряную, с наружной её стороны нет конвекции грунта, нет вынужденного течения грунта, а есть только тупая прямая теплопроводность и теплоёмкость грунта и при теплопроводности около 1 Вт/(м*К) больше 30-50 Вт с погонного метра грунта, окружающего трубу, не получить, при условии, что это будет третий-десятый-сотый-тысячный час работы.
За первые полчаса-час конечно можно высосать всё тепло, что есть в прилегающем к трубе грунте.
Но сколько там его?
1-2 кДж/(кг*К) всего?
И сколько килограмм грунта, прилипшего к зонду, можно окучить, пока не начнёт влиять его низкая теплопроводность?
Ну а если вдруг всё-же будет журчать грунтовая вода и снаружи труб, то...
Но это уже другая история...

 

А я тут вот о чем задумался. Допустим ставлю я 02-эви. Вроде как для горизонтального контура мне нужно снять с грунта 6 кВт, т. е. 600 метров трубы. НО это же только тогда, когда ТН на полную катушку работает?
А если он у меня слегка переразмерен (теплопотери дома 6,8, а ТН 7,8 выдает). К тому же у меня ДК в подмогу есичо есть. Так ли страшен укороченный ГК? В среднем по отопительному сезону мне от ТН ваще 3,5 кВт понадобятся... Или я неправ где-то?

 

Кстати, был сегодня на участке - сосед копал яму под приемный колодец - глина и сильно обводненная. Я так понимаю, что при рытье многоэтажки это проблемы - валиться стенки будут, т. е. надо будет "захватками" метров по 15 работать, но вот теплосъем у меня будет что надо...

 

Сосед Ваш рано полез в землю. Грунтовые воды еще высоко. А так по глине самое то, стоять траншея будет все лето.