Изучая вопрос об альтернативных технологиях энергетики, набрел на конструкцию термостабилизатора грунта.
Технология используется для замораживания грунта фундаментов зданий в области вечной мерзлоты.
Принцип: хладагент закипает снизу, пары поднимаются вверх, охлаждаются и конденсат снова опускается вниз по стенкам трубы. Таким образом происходит процесс термопередачи без внешнего воздействия и затрат дополнительной энергии.
Вот думаю, можно ли это задействовать как систему отопления (а может охлаждения холодильной камеры), небольшого внутреннего помещения до температуры грунта.
На изменения температуры грунта, прежде всего, существенное влияние оказывает сезонное изменение температуры воздуха. Но на определенной глубине сезонные колебания нивелируются, температура грунта остается постоянной. Ближе к полюсам Земли этот слой с постоянной температурой находится на глубине 20-30 м, в тропиках – 5-10 м. Ниже начинают оказывать влияние потоки радиогенного тепла, т.е. тепла недр земли, образующегося при распаде радиоактивных элементов. В среднем температура ближе к центру Земли повышается на 10С на каждые 33 м.
Вопрос в типе хладагента и значении давления и температуры для конденсации, для работы системы.
Может кто подкован в этой сфере, давайте поразмышляем вместе.
Вложения:
Вы описали работу тепловой трубки, такой, как стоят в ноутбуках. Она передает тепло снизу вверх, если внутри ее нет пористого материала. Если внизу холоднее, а вверху теплее, то ни какой передачи тепла не будет. Если тепло снизу, внизу закипает жидкость и передает пары, которые вверху конденсируются, а конденсат по стенкам стекает вниз, так передается тепло, и проводимость тепла очень высокая, . Если есть пористый материал, то конденсат по порам идет вверх, но такие трубки обычно не более 20-40 см, т.к. процесс движения по капилляром медленный. Воздух в трубке откачан, посему внизу конденсат всегда находится при температуре кипения, за счет чего и такая большая проводимость тепла.
Я думаю что уже давно все придумано , на тепловых трубках скорее всего экономически не целесообразно . Тупо закопать трубы и пустить по ним антифриз , насосы не дорогие , упс к нему чтоб без света не встал и все … НО вы наверное слабо себе представляете глубину в 20-30м , одно дело сделать глубокий колодец для воды , другое дело закопать несколько радиаторов на большой площади ибо от малой толку не будет , представьте себе девятиэтажный дом , это грубо 27м , представьте себе теперь яму такой глубины как этот дом , не перехотелось халявного тепла ? Затраты на монтаж всей этой системы не понятно когда окупятся и окупятся ли , гарантии на такие работы никто не даст , ровно как и копать яму таких размеров в заселенном частном секторе …. НО если много денег , не чем заняться и оочеень хочется «поржать» , то чего нет то ?
Почему? Я читал, такое есть: в южном полушарии такое используют, где есть гейзеры с горячей водой, копают колодцы, ставят или тепловые трубки или U образные трубки, кстати, для них и насоса не нужно, горячая вода более легкая идет вверх. Возможно есть такое и в северном полушарии, где холодно и есть гейзеры.
Как мне представляется основная проблема не столько даже в глубине. Теплопроводность грунта не высока. Ну не жидкость это. Закопали теплообменник и что дальше? Он быстренько выбрал разницу температур и остановился.
А чтобы он мог работать ДОЛГО с хорошей мощностью нужна ОГРОМНАЯ площадь теплообмена.
А теперь представим железяку закопанную в грунт. Что с ней будет происходить в химическом смысле? Как долго проживет? Как долго сохранит тепловой контакт? А каковы собственно химические свойства грунта? А электрохимические?
Эта идея не реализуема за реальные деньги и на реальный срок.
Даже если сделать золотые радиаторы, то эта система не окупится НИ-КОГ-ДА.
Идея мертва изначально.
Не говорите ерунды, такое уже давно применяют. За тепловые насосы слышали? Покопайтесь в Интернете, там все есть. У нас в Украине давно ставят тепловые насосы, вот реклама, адреса не пишу, это нарушает правила, но если нужно, можете найти такую фирму сами, 3 пункт, это именно копают колодец до грунтовых вод. У нас нет практически собственного газа, и валежник нам не разрешают вырубать, только по спец. разрешению, вот тепловые насосы для отопления и ставят. А коррозия? Есть ведь пластики, которые и сотни лет в земле будут лежать без изменения, с хорошей теплопроводностью.
А грунтовые воды для чего?
А циркуляция этих самых вод каким образом? Даже если повезло с местом и сумели закопать достаточно большой теплообменник. Просто несколько дольше проработает. Разница температур (аналог напряжения в электроэнергетике) неминуемо будет падать.
Пластиковый теплообменник. Не уверен, что так уж просто создать конструкцию с развитой поверхностью и способную десяток-другой лет работать. В условиях неравномерного давления. И грунтовые воды это такая вещь, они не только переносят тепло, они еще и переносят грунт. Т.е. создают неравномерности опоры. Подмывают. Размывают. А пластик штука текучая. Не любит он десятки лет без опоры…
Если говорить об установках с небольшой удельной мощностью, то как вы себе представляете срок окупаемости?
Словом я не считаю такого рода системы интересными и перспективными. Там, где есть гейзеры — возможно они и станут рентабельными, да и то не факт. Впрочем, это мое личное мнение. Научных изысканий не проводил. Но ошибаюсь сильно вряд ли. Тем более читал, что с геотермальными установками не так все просто оказалось. А там ведь разница температур на порядок выше.
А тепловые насосы работаю,
При чем здесь тепловые насосы? Их работоспособность никто и не отрицает. Но они тоже потребляют энергию.
Плотность энергии. Ключевой момент. Должна быть «Разность потенциалов» либо температур. Достаточная, чтобы снять энергию. Если разность невелика, придется компенсировать площадью. Лично я не уверен, что стадиона хватит для отопления дома на сотню квадратов. Для охлаждения — может быть, если недалеко море и грунт хорошо пропитан до хорошей глубины. Вдали от больших теплоемких водоемов очень проблематично.
Если чтобы получить 1 квт устойчиво и долговременно нужно закопать установку стоимостью лям и еще сотню тыс тратить на обслуживание — оно того будет стоить? Или покупать энергию выйдет дешевле?
А плотность энергии далеко не везде гейзерная. Ну и бизнес… он разным бывает. Многие вот продают разного рода «Исцелин» и ничего вроде, до сих пор на свободе…
При чем здесь тепловые насосы? Их работоспособность никто и не отрицает. Но они тоже потребляют энергию.
Да, потребляют энергию, но гораздо меньше. КПД тепловых насосов 400% .
КПД меряется у тепловых насосов по другому, 400%, это значит: на 100 квт/час затраченной энергии в комнату попало 400 квт/час тепла, 100 квт/час с сети и 300 квт/час с другого источника энергии, откуда тепловой насос ее качает. Это тот же холодильник, только морозильную камеру опкстили в землю, а конденсатор (где выделяется тепло) в комнату.
И потребляют тем больше энергии, чем эта разница меньше.
Конечно, чем больше разница, тем выше затраты. Это же обратный цикл Карно. Вот, КПД при 100% эффективности (в реале эффективность 0,5-0,7)
КПД= Тмах/(Тмах-Тмин)*100% Если на улице 30 оС, значит разница 50 оС или
293*100/50=586% при полной эффективности, в реале оказывается ок 400%.
Т.е. чем меньше знаменатель, тем выше КПД,
Будет меньше неоправданных затрат. Я вовсе не противник нового. Мысленный эксперимент рулит. И иммунитет к прпаганде.
Будет постоянное отставание, и в результате большие расходы, что бы догнать.
Вот, где тут пропаганда? Или доводы кончились.
Если плохо понимаете закон сохранения энергии. Возможно последняя попытка. Совсем на пальцах.
Рассмотрим на примере солнечных панелей.
На экваторе будут работать на ура в большинстве случаев. А если ставить установку на 80 параллели? Да еще в месте, где преобладает плотная облачность?
Да работать будет. Только вот площадь и стоимость установки будут в разы выше, чем на экваторе при той же мощности. И глубоко не факт, что за цикл своего существования полученная энергия окупит все затраты на систему. Точнее, факт, что НЕ окупит.
Еще раз. Медленно : ПЛОТНОСТЬ ЭНЕРГИИ.
Да работать будет. Только вот площадь и стоимость установки будут в разы выше, чем на экваторе при той же мощности. И глубоко не факт, что за цикл своего существования полученная энергия окупит все затраты на систему. Точнее, факт, что НЕ окупит.
Тут я согласен, что ближе к полюсу, эффективность теплового насоса падает. Я говорю за Украину, тут климат более мягкий, чем в центральной и северной России, там действительно падает плотность тепла , но у нас плотность энергии достаточна и тепловые насосы работают с успехом. И у Вас, в России южные районы вполне могли осваивать тепловые насосы, что освободило некоторое количество газа, что создало бы переизбыток газа, и соответственно его удешевление, что бы люди не валежником топили, а выгодно было топить газом.
Вот, данные по средней температуре по Украине. Как Вы думаете, будет эффективно работать тепловой насос?
А вот данные за последние 3 года. нашей области за январь (самый холодный месяц).
Вложения:
Как Вы думаете, будет эффективно работать тепловой насос?
Такое я сказать не могу. Это надо считать. И при этом понимать, что расчет скорее всего буден неверен. Слишком много сопутствующих факторов. От кислотности почвы, до налоговой политики. И большинство факторов будут меняться со временем.
Чтобы узнать эффективность, надо разговаривать с теми, кто уже эксплуатирует такие установки. Эксплуатирует, а не продает. Причем не свежеустановленных, а проработавших достаточно продолжительное время.
Я уже сталкивался с подобными ситуациями. По части установки приборов учета тепла. Так вот там все расчеты оказались бессмысленными. То оборудование выходит из строя и требует замены, то изменяются правила приемки в эксплуатацию, то изменяют стоимость услуг и т.п.
А суммарно затраты на тепло и покупку, установку, обслуживание, поверку установки сильно превышали затраты на тепло без этой установки. Но чтобы прочувствовать это в полной мере, понадобилось несколько лет.
Кроме того даже солнечные панели, которые куда проще подобных установок, далеко не везде окупаются по факту длительной эксплуатации. Даже в Европе с их Гольфстримом.
Поэтому я крайне скептически отношусь к системам такого рода. Которые должны снимать энергию небольшой плотности (т.е. должны иметь большие размеры, и стоимость), да еще длительное время работать в агрессивной среде. Да к тому же обслуживание их практически невозможно. Т.е. требуется очень большой запас прочности.
Важна именно разница. Температур сверху и в глубине. И даже не столько она, сколько способность грунта передавать тепло. Если у вас сверху 50 и внизу 48, это тоже самое, что сверху 10, а снизу 8. А если суглинок и так и вовсе без разницы. Температуры выровняются и все. И суглинок станет шубой вокруг теплообменника.
Предположим у вас скала. Просверлили отверстие и все. Подаете воду туда и оттуда выходит допустим 10 градусов. А наверху 30. Ну можете кондюшник включать (тоже тепловой насос). И вот через пару дней у вас уже не 10 град из скважины, а 20. И кондюшник еле тянет. А через месяц 28 и кондюшник потребляет куда больше. У камня хорошая теплоемкость, но плохая теплопроводность.
Важна именно способность источника, в данном случае грунта в глубине, долговременно поддерживать поток энергии (разницу температур) на достаточном уровне. Та самая плотность энергии. Иначе вам нужно очень сильно наращивать площадь теплообменника.
Другой нюанс. Вот вы качаете через скважину теплоноситель. И вдруг его расход сильно возрастает. Трещина в породе. Вы начинаете закачивать больше. И у соседа проседает дом. Скромный особнячок за 50 млн зелени. И сосед грозит оторвать яйца виновнику когда найдет…
И перед вами маячат светлые перспективы…
Слишком много составляющих. Слишком много неопределенностей. Требуется очень качественное обследование конкретного места установки. Очень много чего требуется… И это все требует денег. Считайте сами. Уж не говоря о том, что найти грамотных специалистов на такое обследование ой как непросто. И недешево.
тут плотность энергии позволяет эффективно использовать
Не могу сказать однозначно. И вы не можете. Температура сама по себе не является источником энергии. Важна именно разность. Разность потенциалов в некотором смысле.
Если воздух 30 и в грунте 30, то тепловой насос будет перекачивать энергию ровно с таким же успехом, как и просто на воздухе.
Если в грунте 10, то разница резко повысит эффективность и будет смысл в этой установке. Но останется вопрос — как долго сможет держаться разница температур в районе закопанного теплообменника. Если теплопроводность грунта невелика, то эффективность установки резко упадет через некоторое время.
Вам же не на 5 минут надо и не пару дней всего. Вам надо годы. А для этого должен быть приток энергии в зону теплообмена. Постоянный. И достаточно значительный. Плотность этого притока и определяет экономический смысл установки. Например подземная река — хороший источник разности потенциалов. Но она же и трудности создает немалые. Спокойный грунт. Глина — скорее теплоизолятор. И строить там установку смысла не имеет точно. Или надо строить очень большую по площади. И как то защищать. Протекторы вы на ней заменять не сможете (электрохимическая защита).
Пример. Золото есть везде. Прямо в полу, на котором вы стоите. Возможно считанные молекулы на кубометр, но есть. Вы же понимаете, что добыча его из этого пола не окупится 100%.
Точно так же и с энергией. Далеко не в любом месте имеет смысл ее добывать.
Другой пример. Ставить ветряк в низине, полностью защищенной от ветра. Сам он дорогой, а энергии даст совсем мало. И заранее можно сказать, что не окупится.