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.

[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?

[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).

[vinylice.livejournal.com]

Где взять столько льда?

[alll]

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

[print-design.livejournal.com]

Тогда не понимаю, как оттаивать лед с т-рой -1С предполагается при температуре за бортом ниже нуля?

[alikr.livejournal.com]

Вариант теплового насоса.

[einstitut.livejournal.com]

Температура грунта ниже определенной глубины круглый год плюсовая. За счет этого работают геотермальные тепловые насосы. В данном случае помимо, собственно, низкотемпературного тепла грунта, которое используется тепловыми насосами в обычном случае, также используется энергия кристаллизации.

[einstitut.livejournal.com]

Из воды

[norguhtar.livejournal.com]

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

[einstitut.livejournal.com]

Да, тепловой насос. Особенность - в использовании энергии кристаллизации

[alll]

Ну вроде в тексте есть слова
"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).

[alll]

> также используется энергия кристаллизации

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".

[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]

В реальности подобные системы работают по большей части не за счёт системы оттаивания, а за счёт тепла земли. http://einstitut.livejournal.com/20691.html?thread=40659#t40659

Солнечные батареи - это лишь добавка к тому количеству тепла, которое получают из земной коры. Актуально только для установок большой мощности, где имеется резервуар с большим объёмом воды, но относительно малой площадью контакта с грунтом.

[ed-jan-lt.livejournal.com]

Система подходит для домов с высокой тепловой инерционностью.
Что за глупость?! Как именно тепловая инерционность отапливаемого объекта может повлиять на источник энергии?

[mdmx.livejournal.com]

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

[ed-jan-lt.livejournal.com]

Температура атмосферы не имеет значения. Тепловой насос " выкачивает" энергию из более холодного тела и передаёт её более тёплому телу. За счёт понижения давления температура хладагента сильно падает и когда мы прокачиваем его через змеевик, погружённый в ледяную воду, она нагревает этот хладагент, скажем - до 0С. Потом хладагент поступает в компрессор, где тот нагнетает давление (при этом температура хладагента подскакивает до 80-90С, он ещё и превращается в газ при этом) после чего горячих хладагент поступает в радиатор, которым нагревают воду или воздух в помещении. Отдав тепло, хладагент превращается в жидкость и снова засасывается в зону пониженного давления и цикл повторяется.

Так что, даже когда на улице +30, эта штука спокойно может нагревать воду в бойлере до +65. А без неё, используя просто бочку на крыше, этого не сделаешь.

Но, доля истины в ваших словах есть - основное предназначение поверхностных геотермальных систем - обогрев помещений зимой.

[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).

[ed-jan-lt.livejournal.com]

Верно. Вода используется как аккумулятор, причём - не только энергия её кристаллизации, но и -просто тепло. За лето грунт (и соответственно - вода тоже) успевают прогреться дo ~16С. Пока всю воду в колодце остудишь до 0 - выкачаешь сотни кВт*ч тепла.

[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.

[einstitut.livejournal.com]

Смысл-то в том, что "одноразовая" умножается на количество циклов замерзания/оттаивания. В противном случае не было бы смысла городить этот огород.