Умозрительный опыт по превращению тепла в холод.
Ни политики, ни, боже упаси, экономики.
Три недели отпуска в Крыму пролетели мгновенно. Сидя в перегретом автобусе Керчь-Анапа, я пытался отогнать от себя грустные мысли о предстоящих трудовых буднях. А для этого решил загрузить мозг какой-нибудь нерешаемой задачей. На фоне испепеляемых солнцем таманских посёлков задача сформулировалась мгновенно – как превратить солнечную жару в холод. При сопутствующих условиях: никаких панелей, электричества, фреонов, материалы – в пределах ассортимента хозмагазина, технологии – доступные пионеру-шестикласснику в школьной мастерской. Задача увлекла. Процесс её решения из автобуса перекочевал на верхнюю полку купе и к приезду домой ответ был готов. Трудовые будни отвлекли от вариантов трансформации тепла в холод. Но давеча прочёл на АШ статью о дефиците электроэнергии в Краснодарском крае из-за дружной работы кондиционеров и решил поделиться своей идеей.
Представим, что у нас есть двухэтажный дом.
С южной стороны дома смонтирован длинный воздушный канал. Поперечное сечение канала показано на картинке в двух вариантах. Канал должен обеспечить максимальный нагрев воздуха, находящегося внутри. Для этого нагреваемая, обращённая к солнцу, сторона выполнена из стекла либо из профилированной тонкостенной стали. В результате разогретый до 70 – 80 грС воздух устремляется вверх по каналу и формирует тягу. Тут важный момент – канал по вертикали должен быть максимально длинный, поэтому дом нужен двухэтажный.
После перехода на крышный участок в канале расположен узел подсоса воздуха.
Узел подсоса – это эжекторный насос, и нужен он для создания разряжение и подсоса воздуха из двух боковых каналов, связывающих основной канал с центральным охладителем.
Центральный охладитель – это бак с водой вытянутой прямоугольной формы с наклонным днищем. Он расположен на чердаке под крышей в непосредственной близости от узла подсоса.
Вода занимает только нижнюю часть бака. В верхней воздушной части, соединённой с узлом подсоса, образуется разрежение. Атмосферный воздух под действием перепада давлений через сопло попадает в верхнюю часть охладителя и с большой скорость проходит над поверхностью воды. Благодаря такому «сквозняку» вода интенсивно испаряется и охлаждается. За счет наклонного дна холодная вода концентрируется в нижней части, откуда выходит трубопровод подачи охлаждённой воды на комнатные охладители.
Вариантов комнатного охладителя может быть множество, но мне показалась оптимальной следующая конструкция.
 |
Вертикальный корпус диаметром 25 см и длиной 1,3 м из любого материала, внутри которого размещена спираль из алюминиевой трубки. В корпусе два боковых патрубка: сверху – для входа тёплого комнатного воздуха, снизу – для выхода охлаждённого воздуха. По спирали снизу вверх, постепенно нагреваясь, двигается охлаждённая вода. Из конуса внизу корпуса по трубочке удаляется конденсат (можно на полив комнатных цветов). |
В целом схема выглядит так:
Так как центральный охладитель находится на чердаке, а комнатные охладители расположены ниже в жилых помещениях, то циркуляция хладоносителя, в качестве которого используется обычная вода, обеспечивается гравитационным методом без всяких насосов. Также как и движение воздуха через комнатные охладители. Осталось добавить подпитку воды в бак охладителя из водопровода с помощью поплавкового клапана. И можно пользоваться!!!
Итого: благодаря нагреву мы получили охлаждение. Возникает, конечно, большой вопрос: а какую мощность отвода тепла сможет обеспечить такая конструкция. На что я отвечу: надо больше холода – сделайте больше установку).
Комментарии
А какая дельта температуры будет на вашем устройстве, а то может и заморачиваться не стоит из за пары градусов
Прямо скажу: полноценный расчет всей системы я не проводил, да и не осилить мне.
Я прикинул параметры комнатного охладителя: расчётное снижение температуры с 30грС до 20 грС в комнате размерами 6х4 метра. Для этого потребуется спираль из 32 метров алюминиевой трубки 14х1 (20 руб/метр).
Именно такое устройство изобрели в Персии в одном из дворцов царя, еще до Р.Х.,точно сказать период не могу, только это все было под землёй наверх выходили каналы с холодным воздухом, хладагент текущая по подземной галерее вода, принцип тот же самый
Не совсем, тут предлагают эжектор, раньше не было
Купола. Тёплый воздух вверх, расширившись и охладившись, став тяжелее, падает вниз, вытесняя нагретый вверх. Шпили, в Европе, для сугреву делали ; )
Внизу холода много, только без помощи насосов он от туда не вылезет.
Что-то мне говорит, что нифига не обеспечивается...
Вот это гарантирую. В прошлой жизни спроектировал и организовал монтаж кучи систем отопления на естественной циркуляции.
Сомневаюсь.
С воздухом это работает, но у воды изменение плотности от температуры в десятки раз меньше. Т.е. с водой это работать будет, но в соответствующие десятки раз менее эффективно.
Нет, если воду кипятить, т.е. обеспечить дельту температур градусов хотя-бы 50 - то таки да, а тут - нет.
Это вопрос соотношения гравитационного напора и сопротивления сети. Гравитационный напор зависит от двух параметров:
- перепад температур на подаче и обратке (у нас мало);
- перепад высот у нагревателя и охладителя (у нас много).
Ну и с сопротивлением сети нужно аккуратно, без экономии на диаметрах, благо ни давления, ни температуры нет.
И тогда всё зациркулирует.
Гольфстрим работает по этой схеме, грея Скандинавию ,вплоть до Мурманска
> В прошлой жизни спроектировал...
Буддист со стажем?
Да, линия жизни на левой ладони кривоватая.
См. бадгиры и малькафы... все же у нас не так жарко, чтоб такой огород городить.
В Крыму, Краснодарском крае жарковато, особенно мне - северянину. Да и масштаб огорода невелик - материалы копеечные.
Ну да, уже десятки веков в Иране и Месопотамии - работают до сих пор.
Устройство называется "Багдир", их строят до сих пор, они в определенных условиях эффективнее современных кондеев и не требуют электроэнергии, главное чтобы малейший ветерок был, а в Персии он всегда есть, в силу климата
Ну вот, я уже поднялся разумом до древних персов. Всё уже придумано до нас!!!
А публика ниже говорит, что ничего не получится. Всех в Персию...
Только - бадгир (они же - малькафы у египтиян https://novate.ru/blogs/300519/50535/)
Если не ошибаюсь, градирня способна снизить температуру воды до 6 градусов ниже температуры воздуха, т.е если на улице +30 °С, то вода охладится до +24 °С, но это градирня - штука оптимизированная под это. И сама её форма (гиперболоид), и форсунки, разбрызгивающие воду тончайшими капельками, образуя "туман", чтобы получить максимальную площадь поверхности, с которой будет идти испарение. Если просто дуть на поверхность воды - такого эффекта не получить...
Кажется, что 6 градусов - неплохо. Но затем сообщить такую температуру с воды воздуху - это нужен офигеннейший теплообменник. Если внутренний блок кондиционера разобрать - уже прифигеть можно, какая там площадь поверхности, всё испещрено пластинками, но даже такая штука не может охладить воздух В ТОЧНОСТИ до температуры фреона, получается градиент градусов 10. Это при механическом побуждении фреона в трубках испарителя (как-никак компрессор стоит!) и механическом побуждении воздуха, т.к естественной конвекцией он через столь узкие каналы не пойдёт. Причём напор там нужен неплохой. У меня был "детский" опыт - делал "кондиционер" из радиатора печки ВАЗ и компьютерных вентиляторов. Через радиатор гнал холодную колодезную воду, вентиляторов навесил 4 штуки, по всей площади, и толку - НОЛЬ. Такие вентиляторы напор не способны давать, для этого нужен "родной" ВАЗовский центробежный вентилятор, 12 вольт 17 ампер - не хухры мухры!
А прошлым летом попытался чисто пассивный охладитель сделать, "холодный потолок": https://nabbla1.livejournal.com/400303.html
опять из колодца воду брал, +10 °С. И да, охладить воздух до +25° (когда на улице +30°С) получилось, если бы только с потолка не начал капать конденсат... На это лето запланировал новый эксперимент: подо все батареи отопления проложил желоба, и новая идея: сначала колодезную воду пустить через все батареи, сильно они комнату не охладят (тоже проверено: стоят они не там, где-то у пола холодный воздух появляется, но вверх принципиально не идёт!), но на них будет конденсат выпадать и по желобку сливаться в баночки, которые, так и быть, буду опустошать время от времени. Воздух необходимо осушать, иначе при понижении температуры влажность станет 100%, и находиться в помещении будет ничуть ни лучше. А вода, нагревшись аккурат до точки росы, пойдёт на холодный потолок, и обеспечит охлаждение, и уже без конденсата.
В общем, дело это очень интересное, но "с нахрапу" сложно добиться хороших результатов...
Как жена относится к экспериментам с капающим с потолка конденсатом?)))
Про температуру охлаждающего воздуха думал, тут желательно на северной стороне дома из кирпича массивный канал выложить, чтоб ночной холод аккумулировал. И с него по гофре воздух уже в охладитель подавать. Глядишь градусов 20 на входе будет.
Прочитал. Познавательно. Жму руку.
Сначала попробовать модель, макет.
Нужен опытный участок.
Граждане!!! Кто поделится двухэтажным домом в Крыму для эксперимента!!!!!!!
На чердаке воздух (который заходит в центральный охладитель) очень горячий сам по себе, а нужен воздух холодный, чтобы охлаждать теплоноситель, а не нагревать его. Надо забор воздуха делать из подвала. И прогонять его наверно не над зеркалом воды а через трубчатый теплообменник.
Зимой данная система автоматически превращается в нагреватель. Ибо тепловой насос. Какая у него полезная мощность предположить не берусь, а считать лень.
Кстати вторая проблема после жары - это вода, вернее её дефицит. Эксперементировал пару лет назад с попытками конденсировать атмосферную влагу. Но хорошей точки росы и сколько нибудь существенного выхода воды не добился.
На чердаке воздух ещё и пыльный, в результате хладоноситель быстро станет пыленосителем.
Как уже писал выше, тут желательно на северной стороне дома из кирпича массивный канал выложить, чтоб ночной холод аккумулировал. Или правильно пишете - подвал, только линия подачи длинная будет. И с него по гофре воздух уже в охладитель подавать. Глядишь градусов 20 на входе будет.
Прогонять воду, думаю, надо именно над зеркалом, со скоростью, чтоб волнение возникало, потому что нужно испарение жидкости, а не только прямой теплообмен.
Воздух на югах сухой, конденсата с него много не получить.
Да, проще просто холодный воздух из подвала подавать в комнаты посредством вентиляции.
На югах подвал для холодного хранения нужен. Если начнём выкачивать из него холодный воздух и замещать уличным горячим, подвал перестанет быть подвалом.
Совершенно верно, охлаждение создаётся за счет испарения воды. В поезде высовывал за окно бутылку воды, завернутую в мокрую тряпку, вынимал ледяной - и это при температуре за бортом за тридцатник. Так что можно просто на закрытый теплообменник ткань положить и ее смачивать.
А сколько времени бутылка была за окном?
Немного, но приходилось раза три выставлять - тряпка высыхала почти мгновенно.
Спасибо, это очень полезный опыт!
Узнаю родной Автокад, что радует. Что не особо радует, так это отсутствие цифр. Нет, какое-то охлаждение, конечно, будет, но стоит ли игра свеч - большой вопрос.
Увы расчет все системы мне не осилить, многое забылось, да и времени потребуется много.
Может кто-то хотя бы последовательность расчетов сформирует, я бы посидел в Екселе.
Вот на этом этапе и гибнут идеи.
На крыше ставят емкость с водой - солнце ее нагревает: это ваш источник энергии для создания тяги + горячая вода для бытовых нужд.
Вокруг емкости по восходящей спирали несколько раз оборачиваете воздуховод - это ваш воздушный насос: достаточно одного этажа.
В частных домах со скважинами для холодной воды имеется накопитель - это источник холода, для системы охлаждения.
Остальное аналогично.
Но КПД , даже на вскидку будет низкий, т.к. используются испарительные системы.
Если сделать миниградирню - для охлаждения воздуха струйками холодной воды эффект сразу заметен, но встает вопрос что делать с нагревшейся водой: для полива она еще холодная, сбрасывать в канализацию - нерационально. Плюс возрастет нагрузка на насос скважины.
А я кстати колхозил лет несколько назад на даче кондей на водопроводной воде, радиаторе от нивы и бытовом вентиляторе.
Но там вода летом +4 из крана течёт.
Простор для экспериментов натурных и умозрительных бесконечен. Вопрос в начальных условиях.
Я экспериментировал без электричества.
Материалоёмкость изделия, трудоёмкость монтажа такие, что проще и дешевле повесить кондиционер и солнечную панель на пяток киловатт.
Ну или, что бы уж поддержать стимпанк идею - генератор на стирлинге, который греет солнце через систему зеркал :)
В стирлинге, чтоб он работал, давление рабочего газа должно быть в районе 20 МПа. Для школьной мастерской не подойдёт.
Кондей с панелью конечно прощее, но скучно и не интересно))
Да откуда такое давление?
Вон на алишке недавно видел сувенирный стоваттный стирлинг + гена за 25т₽. По виду из
говна и палоктонкостенной латуни или силумина сделан. Нету там 200 атмосфер нигде точно.Пруф увы, найти не могу.
Сувенирные они и от тепла ладони работают. Видел видео.
Вопрос мощности, а она зависит:
- от перепада температур между нагревателем и охладителем;
- от количества рабочего тела (газа), а увеличить количество в ограниченном объёме можно только давлением.
В тех стирлингах, которые пытались в качестве двигателей на авто использовать, давление рабочего газа было около 20 МПа. Как раз, как в кислородных баллонах, потому и запомнил.
Потому, в духе дискуссии, скажу, что 100 Вт за 25 тыр это очень дорого!
... мощность в десять-двадцать раз больше необходимой для работы кондиционера. Так что осетра по давлению можно урезать тоже раз в 10-20.
Так это же сувенир. Ясен пень он весь красивый и нарядный. Его не для работы делали, а понты кидать.
Там и десятиваттные от 4 начинаются. Игрушка же на подарок.
Можно только удельная мощность падает, которая кВт/кг. В результате получаете туже 100 кг-ю дуру, но мощность в 10 раз меньше.
Не это, стирлинги это прецизионная техника, потому дорогие, потому и не пошли в народ. А для подарка в самый раз!
Кондюр дешевенький 12 тыр стоит. Хитрый бак с водой обойдется так же.
Кондюр на одну комнату, а тут система на весь дом.
Да и бак слесарными методами из оцинковки согнуть можно, не дорого это.
А когда он через N лет потечет в дом?
Ни что не вечно.
Поэтому через N-1 год надо бак поменять, это дешевле платы за обслуживание сплит-систем.
Надо будет ещё воду раз в год менять, вычищать пыль из охладителей. Всё требует внимания и обслуживания.
Год назад в Крыму у тёщи целый день потратил на прочистку дренажной трубочки у кондея. Её уличные жучки-паучки листиками законопатили, запасы делали.
Ни куда от обслуживания не денешься!
Страницы