Отопление с помощью льда

[einstitut.livejournal.com]

Оригинал взят у einstitut в Отопление с помощью льда

Да, вы не ослышались. «Ледяное отопление» возможно, и применяется на практике. Некоторые производители отопительного оборудования предлагают соответствующие готовые системы для такого вида отопления.

Как это работает?
Существует такое понятие или явление как энергия кристаллизации.
Речь идет о том, что вода при замерзании выделяет очень много тепловой энергии (330 кДж/кг), что почти в 80 раз больше, чем выделяется при её остывании на 1 градус. При этом она фактически не меняет свою температуру (около -1С) пока не замерзнет вся. Это тепло фазового перехода воды из жидкого в твердое агрегатное состояние заманчиво использовать. И инженеры уже достаточно давно нашли соответствующие технологические решения для его использования.


В ледяной системе отопления нет ничего сверхъестественного. Она состоит из теплового насоса, емкости с чистой водой и солнечных коллекторов (или, желательно, воздушных абсорберов - композитных солнечных воздушных коллекторов).



Емкость производится из бетона, и может закапываться на участке рядом с домом. В отличие от традиционного грунтового теплового насоса для установки емкости не нужна ни большая площадь земли (как в случае грунтового коллектора), ни глубокое бурение (как в случае зондов теплового насоса). В емкости находится теплообменник – полимерные трубы по которым циркулирует теплоноситель.


Принцип работы системы отопления с помощью льда схож с принципом работы теплового насоса грунт-вода или вода-вода. Тепловой насос «вытягивает» низкотемпературное тепло воды, которой заполнена емкость. В результате вода в емкости замерзает. При этом для производства тепла используется также энергия кристаллизации. Для регенерации – оттаивания воды – используется тепло, поставляемое солнечными коллекторами (абсорберами). В процесс вовлечено также низкотемпературное тепло грунта и грунтовых вод, окружающих емкость.


Система, разумеется, может использоваться также для охлаждения помещений в летнее время года – когда низкая температура воды в емкости используется для производства холода.



Какое количество энергии может производить система ледяного отопления? Проведем расчет. Энергия кристаллизации воды составляет при температуре ноль градусов примерно 333 кДж на килограмм. Один литр льда (примерно равный 916 граммам льда) даст примерно 306 кДж энергии. Это соответствует примерно 0,085 кВтч: 306 кДж = 306 кВтс =306/3600кВтч= 0,085 кВтч. Энергия сгорания одного литра дизельного топлива составляет 10 кВтч. Таким образом 120 литров льда «соответствуют» приблизительно одном литру дизельного топлива. Бак на 10000 литров, а такова минимальная емкость, применяемая для индивидуальных жилых домов, «содержит» приблизительно 850 кВтч энергии, выделяемой при каждом цикле замерзания.

В европейских странах, в особенности Германии, ледяное отопление находит достаточно широкое применение – существует обширный портфель соответствующих объектов – как индивидуальных жилых домов, так и многоквартирных, офисных, торговых и производственных зданий. В 2014 году под Гамбургом заканчивается строительство целого микрорайона на почти 500 квартир (крупнейшая система ледяного отопления в мире), центральное отопление которых организуется с помощью льда в емкости на 1,5 миллиона литров воды.



Тем не менее, данный вид отопления пока ещё остается достаточно экзотичным.
Система отопления с помощью льда сравнима по стоимости с традиционным способом организации отопления на основе обычного теплового насоса. Её использование может быть оправдано в случаях, когда место на участке ограничено и/или существуют ограничения по устройству глубоких скважин для зондов теплового насоса.
Кроме того, ограниченный объем энергии, обусловленный размерами емкости, а также подходящее «по природе» для тепловых насосов низкотемпературное отопление (теплые полы) предполагает использование ледяного отопления только в зданиях высокой степени энергоэффективности, очень качественно спроектированных и хорошо утепленных домах.

Источник

Comments

[Алексей Королев (from livejournal.com)]

а как быть, если солнечного и окружающего тепла недостаточно для оттаивания? Резко похолодало на неделю например и тучи.

[victor-12.livejournal.com]

Можно продублировать какой-нибудь системой.
Подключиться к электросети, (дорого, но временно) или какая-нибудь печка (газ, уголь) и т. п.

[einstitut.livejournal.com]

Необходимо надлежащее проектирование - не только системы, но и дома. Система подходит для домов с высокой тепловой инерционностью.
Емкость устраивается (частично) ниже глубины промерзания грунта - регенерация происходит за счет тепла грунта. Тепловой насос в любом случае не предполагает непрерывную работу - паузы используются также для регенерации (оттаивания).

[norguhtar.livejournal.com]

Это скажем система для экономии отопления и охлаждения дома в летние периоды, как замену можно рассматривать только осторожно.

[termistcom.livejournal.com]

Мы тут с мужиками внизу немного пообсуждали Ваш вопрос, и я решил, что сама статья написана, мягко говоря, не совсем корректно.
Дело в том, что вся эта система предназначена для того, чтобы экономить используемую для обогрева электроэнергию. Именно ЭКОНОМИТЬ, а не заменить. Так что тучи вокруг или похолодало, или солнышко светит, все равно идет питание от сети. А то, что на схемках по рассеянности авторы эту сеть не изобразили, спишим на их забывчивость.

[print-design.livejournal.com]

Т.е. я правильно понимаю, что это для климата, где обычно температура как минимум чуть выше нуля? Про длительные снежные зимы речь не идет?

[alll]

При температуре атмосферы выше нуля эта штука очевидно бесполезна. Но в тексте упоминались солнечные коллекторы.

[general-drozd.livejournal.com]

А эта штука при всей рекламе (текст-то очевидно рекламный, скорее перевод) не может использоваться как основное средство. Как аккумулятор тепловой энергии для оптимизации работы энергоустановок и сглаживания кривых - да, может.

[nahtigal.livejournal.com]

Именно ледяные отопители - да, поскольку они привязываются к точке замерзания воды. Но вообще тепловые насосы могут применяться даже в зонах вечной мерзлоты. Просто нужен соответствующий хладагент.

[vinylice.livejournal.com]

Где взять столько льда?

[einstitut.livejournal.com]

Из воды

[alikr.livejournal.com]

Вариант теплового насоса.

[einstitut.livejournal.com]

Да, тепловой насос. Особенность - в использовании энергии кристаллизации

[alll]

Интересно, а в жарких странах кондиционеры на таком принципе не делают? Ночью (когда холоднее) наморозить льда, а днём его использовать для охлаждения.

[sinclair-sc.livejournal.com]

Что-то мне подсказывает, что фазовый переход вода->лёд несёт больше затрат энергии, чем экономии. Плюс требования к теплозащите хранилища большие. ИМХО, градирня эффективнее охлаждает теплоноситель.

[ed-jan-lt.livejournal.com]

Делают. Только не зацикливаются именно на использовании энергии кристаллизации. Образование льда связано с техническими сложностями - ведь, вода расширяется когда превращается в лёд и может разрушать конструкции. Проще просто охлаждать воду не доводя до образования льда.
( и кстати, заготавливают "холод" ночью не столько потому, что в этот время прохладнее, сколько по тому, что ночью электроэнергия дешевле).

[antontsau.livejournal.com]

в крупных чиллерных системах иногда строят баки-накопители, которые примерно для того и используются - по ночам тот же чиллер их охлаждает, все равно ни одного хомяка в здании нет и на улице не +40, а днем это весомая прибавка к задыхающемуся компрессору. Но там не используют фазовые переходы, просто холодная вода, так что емкость не очень большая.

[zelanton.livejournal.com]

1) Делают.
2) Дорого. Очень.
3) Ночью - не потому что холодно, а скорее потому что тарифы на электричество ночные.

[mdmx.livejournal.com]

очередной тепловой насос, кмк основная фишка в скорости возможного теплообмена в единицу времени

[konstantin gluhov (from livejournal.com)]

Посчитаем для Германии
В соответствии с WSchV95, теплопотери здания за отопительный период должны составлять 54-100 квт.ч. /кв.м., возьмем среднее значение - 78 кв.ч./кв.м., соответственно для не большого домика (120 кв.м.), нужен бассейн с объемом 110 куб.м. (бассейн в размер участка 6 соток с глубиной 1,8м.)

Думаю для России считать не надо.

С водой (льдом) еще много других проблем:
1. увеличение объема при кристаллизации на 10%
2. низкая теплопроводность у льда (трубки обмерзнут, а большая часть воды в бассейне еще достаточно долгое время будет в жидком состоянии)

p.s. давно уже есть сравнительно дешевые системы строительства грунтовых коллекторов (650-750$ за квт. тепловой мощности, под ключ), не надо изобретать велосипед.

[einstitut.livejournal.com]

Благодаря интернету я уже давно не удивляюсь людям, которые уверенно высказывают свои мнения по вопросам, в которых разбираются недостаточно. Ссылку на уже более десяти лет не действующие немецкие нормы Вы для солидности привели? Для среднего индивидуального дома объем емкости составляет 10 м3, проверьте расчеты, ознакомьтесь с решениями производителей, у Viessmann, например, поглядите, там есть картинка с емкостью для ИЖД, благо вся информация доступна. 
Велосипед тут никто не изобретает, уже существует такое энергоэффективное решение, которое находит практическое применение, и, в первую очередь как раз в Германии, на которую вы зачем-то ссылаетесь. Я бы себе ставить не стал, но это не отменяет факт уже достаточно долгого существования данного решения.

[antontsau.livejournal.com]

ну то есть аккумулятор в чистом виде, набирает тепло когда оно есть и отдает когда его нет, при помощи теплового насоса. Все конечно хорошо, но только пока это короткие циклы, не непрерывное отопление с октября по май.

[roquefort-tln.livejournal.com]

330 кдж/кг = 93 квтч/кг

Отопление моей квартиры - ок 9 МВтч в год. Хороший частный дом, чсх, - примерно столько же
итого всего сто кубов воды на сезон :)

(да, я знаю, умножить на кпд и разделить на разницу эстонского и немеццкого климата)

[anton-lyskov.livejournal.com]

850 кВт*ч энергии даже "из розетки" стоят в России примерно 1-2 т.р. Стоимость системы с учетом грунтовых работ, сотен метров трубы, трудозатрат и самого теплового насоса - 2-3 сотни т.р. минимум. Отсюда срок окупаемости - минимум 100 лет. В Германии первая цифра будет 5-10 т.р., вторая - 4-5 сотен т.р., срок окупаемости минимум 50 лет. Надо ли говорить, что срок службы насосов и подземного хозяйства с красивой немецкой картинки - лет 20-30 от силы.
Блин, я как вижу все эти бесчисленные европейские глянцевые россказни в инете и на Усадьба-ТВ, в первую очередь думаю, что таблицу умножения неплохо бы после младших классов повторно учить в средних и перед сдачей выпускных, для полного и неотвратимого усвоения на всю жизнь.

[einstitut.livejournal.com]

В цифрах малость плаваете. Даже в 30 тыс. евро вряд ли уложитесь. Это для маленького домика.
При чем здесь 850 кВтч ? Система должна обеспечить отопление. Годовой расход энергии на отопление существенно выше даже в небольшом и качественно утепленном доме. А так, да, дорого, кто ж спорит, что не отменяет факта практического применения. Видимо, с таблицей умножения нелады и забывают у вас консультироваться.

[b-graf.livejournal.com]

На Форумхаусе обсуждается вопрос о возможности создания такой системы в кустарных условиях. (Ну, там много чего: вот этой зимой опытным путем не менее опытный любитель солнечных коллекторов отказался от использования в системе парафина)

[skopylov.livejournal.com]

Я не понял откуда изначально лед берется?
Зимой намораживается??

[einstitut.livejournal.com]

Изначально наливается вода, которая замерзает, потому что работает тепловой насос - сначала обмерзает коллектор и т.д

[sweden-info.livejournal.com]

Из текста поняла, что это крупномасштабное оборудование. Известно ли Вам имя производителя?
В Швеции тоже есть альтернативные методы теплодобычи: бурение скважины, прокладывание шланга на участке, прокладывание шланга в воде, если водоем рядом и т. д. Все это можно использовать для малого жилищного строительства.

[einstitut.livejournal.com]

То, что вы описали есть не "в Швеции", а везде. Так работают тепловые насосы - используют низкотемпературное тепло грунта или воды для отопления и нагрева воды. Что касается производителей "ледяного отопления", у Viessmann, например, есть комплект оборудования в каталоге.