19) Приложение 8: Ограничение температуры аккумулятора:
Наш тип теплового аккумулятора не имеет проблем до температур 80-85 град (это подтверждается четырьмя годами работы моего экспериментального аккумулятора), но они могут возникнуть на более высоких температурах его воды. Я не рискнул поднять температуру своего аккумулятора выше 87 град (этот максимум достигался несколько раз), поскольку это был не мой дом (он принадлежит моему брату). Существовала вероятность (это проблема п.5), что высокая температура разрушит аккумулятор, и 4 тонны воды окажется на полу подвала. Это могло бы стать началом большой-большой семейной драмы, которая закончила бы все мои работы. Но я поднимал температуру аккумулятора выше 85 град не меньше десяти раз, а выше 80 градусов – 40-80 раз
Мои экспериментальные коллекторы обычно не работали с высокой температурой тоже, поскольку я берег свой насос (Его характеристики запрещали эксплуатацию с водой, которая имеет температуру больше 60 град). Максимальная температура системной воды была около 85 град
Но я решился на несколько экспериментов с кипящей водой коллекторов 10 июня и 30 июля 2012 (я использовал небольшой аккумулятор с объемом 10 литров). Эти эксперименты дали информацию о процессах, когда температура воды на входе в коллекторы имеет температуру 100 град.
Я вижу следующие шесть проблем, которые ждут нас на высоких температурах воды аккумуляторов 38:
1) Существуют теоретические опасения, что кипящая вода будет плохо проходить путь от аккумулятора до входа насосов 43-44. Существуют опасения, что испарения кипящей воды могут заполнить трубу 56 паром (она имеет отрицательное давление из-за расположения на 10-20 см выше уровня воды аккумулятора и из-за всасывания насосов 43-44), и движение воды через нее остановится. Однако мои эксперименты 10 июня и 30 июля не подтвердили этого. Поэтому вероятность появления этой проблемы – очень-очень-очень малая. Но мы имеем возможность подстраховаться через следующие решения: минимальная высота трубы 56 над водой аккумулятора, ее большой диаметр, минимальное гидравлическое сопротивление гребенок 58-59, изменение конструкции пути воды от аккумулятора до насосов 43-44
2) Возможность плохой работы насосов 43-44 с кипящей водой. Первый источник проблемы – характеристика ограничения рабочей температуры воды насоса. Наши насосы 43-44 должны иметь разрешение максимальной температуры воды 90 град или больше
Второй источник проблемы – это отрицательное давление на входе насоса и кавитация на его лопастях. Поэтому возможно существует смысл опустить насосы 43-44 на 0,5-1,5 м ниже уровня земли (чтобы давление воды на их входах увеличилось до 0,15-0,3 бар). Плюс широкая труба 56 и просторные гребенки 58-59
3) Возможность закипания воды в трубах 12. Я не встретил закипания воды в трубах 12 в своих экспериментах 10 июня и 30 июля (хотя мои трубы 12 шипели, но не сильно). Но шланг (от выхода коллектора до аккумулятора) громко кипел, хотя он продолжал нормальную работу
Проект СТС решает эту проблему через большой напор насосов 43 в комбинации с нужным гидравлическим сопротивлением обратной трубы трубопроводов 39 (методы достижения этого сопротивления – в п.2 Главы 4). Это есть причина высокого давления в трубах 12 (до 3 бар), и это давление запрещает кипение воды до температур 135-140 град
4) Проблема удаления пара во время сбросов лишнего тепла через кипение аккумуляторов (этот метод был упомянут в главе 4). Я наблюдал кипение аккумулятора во время своих экспериментов 30 июля: это был бурный выброс пузырей пара из выхода шланга (который вел воду от коллекторов в аккумулятор), плюс пар шел со всех щелей между полиэтиленовыми пленками, и уровень воды аккумулятора поднялся (это пузыри пара требовали лишний объем для себя). Кипение аккумулятора 38 – это выход до 1,8 т пара в час (на мощности 1,2 МВт ячейки). Около 99,9 % этого пара уходит на улицу, но около 0,1 % (1,5-2 кг воды за час) может конденсироваться под крышей аккумулятора на полиэтиленовые пленки. Я думаю, что эта вода должна быть удалена (иначе она может ухудшить теплоизоляцию аккумулятора и ускорить старение его деталей). Существует много идей ее удаления: уход этой воды обратно в аккумулятор (через отверстия в полиэтиленовых пленках), ее удаление водным пылесосом, вентиляция пространства под крышей (через вентилятор или через использование ветра). Кроме этого, существуют идеи перекрытия ненужных путей пара, открытия нужных путей (на улицу), защиты деревянных и стальных деталей (и теплоизоляции) от влаги и идея игнорирования этой воды (поскольку она будет самостоятельно уходить из аккумулятора из-за диффузии, небольшой вентиляции ветра и колебаний температуры аккумулятора)
5) Проблема увеличения вероятности разрыва полиэтиленовых пленок. Увеличение температуры уменьшает прочность этих пленок. Например, результаты испытаний прочности полиэтиленовой пленки моих аккумуляторов: один слой пленки (ее толщина около 100 мкм) держал 110 см водного столба при температуре 96 град (более высокий столб быстро растягивает пленку и рвет ее), в то время как прочность при температуре 62 град – 310 см водного столба. Это не есть удивительное, поскольку разнообразные марки полиэтилена имеют температуру плавления от 105 до 120 град. Но:
— Разрыв происходит только на «водных пузырях», которые не имеют опоры (я испытывал пленку на выходе трубы с наружным диаметром 32 мм). Если вся пленка будет лежать на пенополистироле дна или на прочной пленке (мои аккумуляторы используют пленку «гидробарьер»), то «водных пузырей» не будет, и разрывов не будет тоже
— Аккумуляторы имеют две-три пленки, и поэтому сила разрыва увеличивается в 2-3 раза
— Существуют полиэтиленовые пленки более толстые, тугоплавкие и легированные на прочность
— Риск разрыва пленок уменьшается, если мы уменьшаем высоту водного пространства аккумулятора
— (Если насосы 43 есть выключенные) Дно аккумулятора имеет более низкую температуру воды, чем его верхние слои
Кроме этого, существует идея перехода от полиэтиленовых пленок на другой материал. Например, существует очень хороший рынок пленок для искусственных водоемов: сотни компаний производят пленки толщиной 0,5-1,5 мм и шириной до 15 м и больше (плюс существуют технологии склеивания этих пленок клеем или лентой). Обычно, это есть пленки из следующих двух термостойких материалов:
— ПВХ (с температурой плавления от 150 до 220 град)
— Бутилкаучук (с температурой деструкции – 160-165 град)
6) Возможность необратимого сжатия пенополистирола аккумулятора на очень высоких температурах. Я не увидел этой проблемы на своем аккумуляторе (и не увидел ее во время моих экспериментов с установкой кипящих кастрюль на пенополистирол). Однако, производители называют максимальную рабочую температуру своего пенополистирола в диапазоне от 70 до 90 град (хотя существуют сообщения о марках с максимумом 110 град). Но допустимая кратковременная температура пенополистрола – около 110 град. Internet говорит, что пенополистирол после 90-100 град начинает медленно размягчаться, усаживаться и деформироваться
Тем не менее, наши надежды на пенополистирол основываются на следующем. Высокая температура – это только проблема внутреннего слоя (толщиной 5-10 см) пенополистирольной теплоизоляции. Если температура воды – 100 град, то температурный градиент – это уменьшение на 10 град через каждые 3-4 см толщины пенополистирола
Варианты решения этой проблемы:
А) Мы имеем возможность сделать 5-10 см внутреннего слоя из листов более термостойкого пенополистирола (например, специального или с высокой плотностью)
Б) Мы можем заменить 5-10 см внутреннего слоя пенополистирола на:
— Плиты других пенопластов: фенолформальдегидный (рабочая температура до 200-250 град), на базе полиуретановой пены (мой баллон с полиуретановой пеной говорит, что ее термостойкость 100 град) и др.
— Минеральные плиты: пеностекло (толщина 8-15 см), пенобетон (18-30 см), перлит (10-18 см) и др.
— Минеральные гранулы (под слоем ровного бетона): керамзит (8-18 см), шлак (15-30 см) и др.
(ЭТО ЕСТЬ ВСЕ)