Systemy zbiorników lodu
- materiał zmiennofazowy

Ogrzewanie lodem.
Zbiornik do ogrzewania budynków.

Fizyczne założenia:
Energia cieplna płynie zawsze od wyższego do niższego stopnia temperatury. W trakcie powstawania lodu ze średnio ciepłej wody, odbierane jest ciepło. Zima woda z jeziora oddaje ciepło do zimnego powietrza i przechodzi ze stanu płynnego do stałego.










W trakcie fazy przechodzenia do stanu pełnego zlodowacenia uwalniana jest stała ilość energii. Ta energia zastygnięcia jest ok. 80 razy wyższa od energii uwalnianej podczas ochładzania wody o 1°C.

Tą fizyczną cechę fazy przejścia ze stanu płynnego do stanu stałego wykorzystuje się do pozyskiwania energii.



Techniczna realizacja:
Aby móc wykorzystać opisane efekty fizyczne, niezbędne są w zasadzie trzy komponenty.

1. Zbiornik z lodem
Jako zbiornik z lodem wykorzystywany jest podziemny zbiornik betonowy wypełniany wodą z wodociągu. Z powodu niskich temperatur można zrezygnować, w przeciwieństwie do zbiorników buforowych, z izolacji.


Wymiennik ciepła (rura PE) wewnątrz zbiornika zapewnia odbiór ciepła z wody oraz pozyskiwanie energii poprzez zlodowacenie.

Ze zbiornika może jednak zostać pobrana tylko ograniczona ilość energii. W zależności od stopnia zlodowacenia oraz udziału zamrożonej wody, ilość energii jest różna. Dla ocieplania budynków wymagana jest nieprzerwana wydajność grzewcza. Zatem lód w zbiorniku musi być regularnie roztapiany i naładowany energią cieplną. Oprócz zgromadzonego w ziemi ciepła, odbywa się to poprzez prosty absorber słoneczny, który wysyła wodę podgrzaną przez słońce drugim wymiennikiem ciepła do zbiornika.



2. Pompa ciepła
Pobór energii ze zbiornika jest dokonywany za pomocą solarnej pompy ciepła. Poprzez wymiennik cieplny woda ze środkiem zapobiegającym zamarzaniu jest prowadzona przez betonowy zbiornik. Dzięki energii pobranej ze zbiornika, energii krystalizacyjnej, wzrasta temperatura cyrkulującego medium.






Do użycia pomp ciepła w celu ogrzania budynków nadają się najlepiej systemy ogrzewania powierzchniowego jak podłogi czy ogrzewanie ścienne, z niskimi temperaturami początkowymi, maksymalnie do 40°C.

Dopiero pompa ciepła pozwala na wykorzystanie energii z wody/tworzenia lodu do celów grzewczych. Woda / mieszanka niezamarzalna oddaje swoją energię poprzez wymiennik cieplny do medium cyrkulującego, do chłodziwa w pompie ciepła, nieodparowanego już przy niskich temperaturach. Elektryczna sprężarka (kompresor) wytwarza wzrost ciśnienia i związany z tym wzrost temperatury chłodziwa już w postaci pary.

Poprzez drugi wymiennik ciepła energia może zostać oddana do systemu grzewczego. Chłodziwo zostaje przez to schłodzone i wraca do płynnego stanu wyjściowego. Po całkowitym upłynnieniu poprzez rozładowanie napięcia, obniżenie ciśnienia, cykl rozpoczyna się od nowa.

Im mniejsze podwyższenie temperatury w pompie ciepła, tym wydajniej instalacja pracuje. Dlatego idealna jest kombinacja z ogrzewaniem niskimi temperaturami.



Budowa mechaniczna
Budowa mechaniczna zbiornika z lodem, niezależnie czy będzie to betonowy zbiornik czy zbiornik PE, jest względnie prosta. Bardziej problematyczne jest zaplanowanie i umocowanie wymiennika cieplnego, ponieważ lód pływa w wodzie i może wytworzyć ogromne siły!

Maty kapilarne zastosowane w tej instrukcji montażu zostały przygotowane w regałach z tworzywa sztucznego Oferują one, jeśli się wyjmie półki pośrednie, miejsce dla mat o wysokości ok 1 m. Są one nawinięte w przeciwnym kierunku, ustawione w regałach i unieruchomione opaskami zaciskającymi.






Założenie mat kapilarnych następuje spiralnie z dwoma spiralami zwiniętymi w przeciwnym kierunku (zobacz na rysunku), dzięki temu 1 WT energii może zostać pobierany, a drugi WT może się regenerować.










Użyte maty kapilarne w tym przypadku użycia zostały specjalnie wyłożone.

Moc przenoszenia ciepła - Mata może przenosić w wodzie ok 500 wat, względnie pobierać energię z lodu.

Dla pompy ciepła o mocy grzewczej 5 kW: 1 kW mocy elektrycznej + 4 kW mocy chłodzenia, potrzebne są maty 2 x 4, czyli 8 sztuk.

Technicznie przepływowo optymalna długość wynosi 6 m, wysokość 1 m.





Budowa systemu:

- Solarna instalacja termiczna
- Zbiornik lodu 6 kbm cysterna
- Pompa ciepła

V1 mniejszy - V2, tzn. Brak solaru
Zamyka M1+M2
W małym obiegu zbiornik ziemny jest
przełączony na pompę ciepła

V1 wyższy - V2
Otwiera M1+M2 i otwiera się duży obieg
Solar dopływa do pompy ciepła
i zbiornika ziemnego



Profesjonalny zbiornik lodu

Budowa
Zbiorniki na lód to zbiorniki PE wypełnione wodą. Jest to zbiornik bardzo bezpieczny, o niskiej wadze, ponieważ jest on napełniany dopiero na miejscu. W zbiorniku tym znajdują się zwinięte w spirale szczelne rury PE, testowane na ciśnienie (PN 6 bar), w których płynie przenośnik ciepła - solanka (woda glikolowa). Sprawdzona konstrukcja jest wolna od korozji oraz mostków cieplnych.

Rury PE są zamontowane według zasady prądu przeciwnego, aby uzyskać optymalną, homogeniczną wymianę ciepła i dzięki temu możliwie szybki załadunek i rozładunek.

Zasada
Zbiorniki z lodem są zbiornikami z materiałem zmiennofazowym, które magazynują energię zimna w formie lodu w fazie przejścia z wody do lodu ("załadunek"). Ta energia zimna może w procesie roztapiania ("rozładunku") zostać zbyt szybko w 100% oddana do sieci chłodzenia. W zasadzie załadunek odbywa się nocą, a rozładunek w dzień. W ten sposób zostają pokrywane szczyty obciążenia chłodzeniem z systemu zbiornika z lodem, podczas gdy chłodzenie cieczy (z tym także zdolność chłodzenia zwrotnego, do zainstalowania) musi pokryć tylko podstawowe obciążenie.

Rentowność
Poprzez użycie zbiorników z lodem szczytowe obciążenia są w dzień ograniczane i w ten sposób chłodziarka może zostać zwymiarowana do wyraźnie mniejszej - do połowy dziennego szczytowego obciążenia. W nocy lód jest wytwarzany za pomocą chłodziarki, dlatego też można zastosować w tym celu niższą taryfę nocną. W zbiorniku z lodem 6 kbm można, przy zastosowaniu zmiennego ciepła topnienia lodu, zmagazynować ponad 500 kWh energii.

Przykładowa budowa zbiornika lodu z betonowym zbiornikiem

Jako zbiornik z lodem / wodą użyty został standardowy betonowy zbiornik. Jest on niezaizolowany na ścianach bocznych, osadzany pod ok. 1 m warstwą ziemi. Aby uniknąć strać ciepła do góry, stosuje się płaszcz izolacyjny nad zbiornikiem. - 8 cm styroduru, im grubsza płyta tym lepsze działanie izolacyjne.