Отопление с помощью льда
Jul. 3rd, 2014 05:55 pm![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
einstitut.livejournal.com posting in ![[community profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/community.png){kind=small}
engineering_ruОригинал взят у ![[livejournal.com profile]](https://www.dreamwidth.org/img/external/lj-userinfo.gif)
einstitut в Отопление с помощью льда
einstitut в Отопление с помощью льдаДа, 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
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).
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
![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
no subject
Date: 2014-07-03 02:54 pm (UTC)no subject
Date: 2014-07-03 03:03 pm (UTC)no subject
Date: 2014-07-03 03:50 pm (UTC)Нененедэвидблейн, "энергия кристаллизации" - она одноразовая, как вся вода замёрзла, так она и кончилась, после чего надобно её из какого-то другого источника восполнять. Так что это скорее не "также используется", а "позволяет аккумулировать".
no subject
Date: 2014-07-03 05:09 pm (UTC)no subject
Date: 2014-07-03 07:00 pm (UTC)no subject
Date: 2014-07-03 07:45 pm (UTC)no subject
Date: 2014-07-04 03:10 am (UTC)Температура грунта ниже определенной глубины круглый год плюсовая.
Вопросы?
no subject
Date: 2014-07-04 07:17 am (UTC)Никакой энергии помимо тепла, поступающего из грунта, в данном случае нет. Емкость с замерзающей водой - не более, че аккумулятор этой энергии.
no subject
Date: 2014-07-04 07:29 am (UTC)no subject
Date: 2014-07-04 08:10 am (UTC)1. Что, даже в районе теплообменника, через который циркулирует хладоагент с температурой заметно ниже нуля?
2. Зачем тогда вообще вся эта затея с водой, если можно просто прикопать радиатор площадью побольше и наслаждаться?
3. Почему резервуары для воды на фотографиях из статьи имеют форму, явно не предназначенную для интенсивного теплообмена с грунтом (у цилиндра далеко не самое лучшее соотношение объёма с площадью поверхности)?
no subject
Date: 2014-07-04 08:17 am (UTC)1. Что, даже в районе теплообменника, через который циркулирует хладоагент с температурой заметно ниже нуля?
-1 это заметно ниже нуля? :)
Зачем тогда вообще вся эта затея с водой, если можно просто прикопать радиатор площадью побольше и наслаждаться?
Вы физику в школе учили? У какого вещества самая большая теплоемкость?
Почему резервуары для воды на фотографиях из статьи имеют форму, явно не предназначенную для интенсивного теплообмена с грунтом (у цилиндра далеко не самое лучшее соотношение объёма с площадью поверхности)?
Я думаю что эффективность от увеличения площади сильно не увеличится, а вот стоимость вырастет сильно. По этой причине сделан цилиндр.
no subject
Date: 2014-07-04 01:20 pm (UTC)> Я думаю что
А я думаю, что вовсе напротив. Похоже мы зашли в тупик. :)
no subject
Date: 2014-07-03 03:46 pm (UTC)"Для регенерации – оттаивания воды – используется тепло, поставляемое солнечными коллекторами (абсорберами). В процесс вовлечено также низкотемпературное тепло грунта и грунтовых вод, окружающих емкость."
Т.е. вода видимо используется только в качестве буфера (теплоаккумулятора с относительно удобными для теплового насоса параметрами).