Höpinää erilaisista kollektoreista, lämpökaivojen virtauksista yms..

[fraatti]

Kyllä, kaivoissa oli bentoniittisaven ja "jokihiekan" sekoitetta täyteaineena.

Suomessa sitä ei käytetä ja edelleenkin yhtenä syynä siihen on, että täytemassaa ei tarvita on tuo kallioperämme alempi lämpötila.
Kalliostamme ei voida imeä niin suuria lämpömääriä, kuin on mahdollista vaillapa Keski-Euroopassa ja Kiinassa.
Keräimen ja kaivon muodostamalla termisellä vastuksella ei ole ratkaisevan suurta merkitystä, kun kallioperän lämpövaranto on varsinainen heikoin lenkki.

Jos kaivosta on otettavissa energiaa vuodessa vaikka 20000kWh niin se voidaan ottaa COP 6:lla niin että valtakunnan verkosta 4000kWh jolloin lopputulos on 24000kWh energiaa.

Jos kaivosta on otettavissa energiaa vuodessa vaikka 20000kWh niin se voidaan ottaa COP 5:lla niin että valtakunnan verkosta 5000kWh jolloin lopputulos on 25000kWh energiaa.

Tämä kuva nyt sattui tulemaan tässä vastaan josta näkee että kun kaivo on ollut "levossa" sieltä saadaan reilusti plussa puolella olevaa liuosta. Pitkän käyntijakson aikana kaivosta tulevan liuoksen lämpötila laskee 0:asteeseen koska lämpö ei siirry kaivosta tarpeeksi hyvin liuokseen. Jos lämpö siirtyisi samaa tahtia liuokseen kuin mitä kaivosta otetaan energiaa saataisiin koneelle käyntijakson aikana lämpöisempää liuosta joka nostaa maalämpöpumpun hyötysuhdetta.

Keräimen tehokkuudella ei ole mitään tekemistä sen kanssa paljonko maasta voidaan ottaa energiaa. Ainoastaan sen kanssa mikä on liuoksen ja kaivon seinämän lämpötilaero. Vai?

[tomppeli]

Tuo 20.000 kWh/vuosi kaivosta saatavissa on pitkän ajan raja, muuten porareiän ympäristön kallioperä menee liian kylmäksi.
Sekään raja ei toki ole ehdoton.
Jos kaivoa käytetään vain vuosi - pari, voidaan ottaa enemmän, koska kalliossa on varastoituneena lämpöä.

Mitoitusohjelmat koettavat mitoittaa keruun määrän niin,
että kallioperään maan pinnalta ja syvyyksistä siirtyvä lämpöenergia
asettuisivat jossain vaiheessa tasapainoon kaivosta otetun lämmön kanssa.
Porareiän lähiympäristön kalliomassan lämpötila asettuu lopulta jonnekin lähelle 1/2 kertaa alkuperäisestä lämpöastemäärästä.

Hetkellisesti voidaan ottaa noin 3 kertaa suuremmalla teholla energiaa.
Jos normaalikuorma Keski-Suomen alueella on noin 10 - 12 W/m, voidaan hetkellisesti ottaa noin 30 Wattia/metri.
Jos otetaan enemmän, menee kaivo jo muutaman tunnin kuluessa jäähän.
Kaivoon ei ehdi siirtyä ympäröivästä kalliomassasta riittävästi lämpöä.

Tämäkään ei aina pidä paikkaansa.
Kaivo voi olla korkeamman maastoalueen reunamilla ja kaivossa voi olla halkeamia,
joiden kautta kaivoon tulee virtaavan veden mukana enemmän tai vähemmän uutta lämpöenergiaa.
Energiakaivo on onnepeliä.
Ehkäpä ei silti kannata alkaa lottokoneella määrittämään lämpökaivon syvyyttä! 

Pienemmän termisen vastuksen omaava keräin parantaa hiukan lämpöpumpun COP -arvoa,
koska sen avulla päästään lähemmäs kaivon veden lämpötilaa.
Samaa asiaa hoitaa kaivon täyttäminen lämpöä hyvin johtavalla täytemassalla, esimerkiksi bentoniittisavella.

[euroshopperi]

Nyt oli siis täyskierto päällä ja mittarit näytti tasan 3600 L/h kiertoa ensiöllä. Tulo kaivolta 5,4 astetta meno 0,8 astetta. Toisiolla pyörii wilon 1-7 sen, mitä 28 mm putki pystyy työntämään 5 m matkalla varaajaan. Toision sisääntulo on 27 astetta ja tuon pystyy nostamaan 34 asteeseen. Vaikuttaisi melkein siltä, että nyt alkaa kaivotkin joutua töihin, kun tuo kiertovesi on pudonnut yli 10 asteen verran aikaisemmasta. Nämä on siis otettu 20 min käynnin jälkeen.

[fraatti]

Joko löysit koneestasi höyrystymislämpötilan/paineen?

[euroshopperi]

Täytyy yrittää ettiä. Tuo elektronisen paisuntaventtiilin prosenttiluku huitelee nyt yli 60%, kun se aikaisemmi, alkoi yleensä 3:lla eli 30-40% luokkaa.

[fraatti]

Tämän jossain välissä tänne olikin jo kirjoittanut mutta laitetaan virkistykseksi...

U-putken lämmönkeräyskyky on heikko korkean lämpövastuksen vuoksi, eli lämmönsiirtoaineen ja kallioperän lämpötilaero on suhteellisen suuri. Tämä johtuu putkimateriaalin heikosta lämmönjohtavuudesta, sisäänmeno- ja ulostuloputkihaarojen välisestä lämmönsiirtymisestä (thermal shunt), putkihaarojen sijainnista suhteessa porakaivon seinään ja porakaivon täytemateriaalin (Pohjoismaissa yleensä pohjavesi) suhteellisen heikosta lämmönjohtavuudesta. (Acuña 2010)

Lämmönsiirtoaineen virtauksen U-putkessa tulisi olla turbulentti. Turbulentti virtaus aiheuttaa pienemmän lämpövastuksen kuin laminaari virtaus U-putkessa. Siten lämmönsiirto on tehokkaampi putken sisäpinnalta lämmönsiirtoaineeseen. (Acuña 2010)

Ja tuosta lisää luettavaa:
TOMMI LAHTI
LÄMPÖKAIVOKENTTÄ LÄMMÖNLÄHTEENÄ
Diplomityö

[jetz]

Moro!

Omaa projektia suunnittelemassa ja mietityttää kaivon mitoitus. Tai oikeastaan minua kiehtoisi mitoittaa kaivo reilusti yli tarpeen. Syinä tähän on mm se, että mitä lämpimämpää litkua sieltä saa pihalle, niin ainakin esim patterikohteessa tällä tavoin saisi kohottettua COPpeloa ja muutenkin vehkeet toimii paremmin.
Kysymys kai kuuluu, kuinka suuri ylimitoitus olisi vielä järkevää. Jos mitoituksissa on annettu arvoja 160-190m kaivolle, mutta haluaisin saada niin syvän kuin pystyisi ilman, että tarvitsisi alkaa kauheasti vaihteleen MLP-koneen liuospumppuja yms.
Tässä oppinut, että harva MLP-toimittaja osaa rehellisesti vastata näihin kysymyksiin ja parasta onkin, että selvittää mahdollisimman hyvin asioita itse.

P.s. Huippufoorumi tää! 

[tomppeli]

Mitoituslaskelma antoi kaivon aktiivisyvyydeksi 194 metriä.
Tavallinen maalämpöpumppu pystyy kierrättämään ihan hyvin 200 metrisen lenkin.
Jos laitat vähän suurempi läpimittaisen keräimen, voi kaivon syvyys olla vaikka 300 metriä.
Tavallinen keräin on 40 millinen.
Isompiakin on saatavissa.

[jetz]

Mielenkiinnolla seurannut myös tuota http://www.maalampofoorumi.fi/index.php?topic=6509.msg87608#msg87608 projektia, jossa siis 300m kaivo ja 2x50mm keräin.
Edellisen elämäni MLP-projektissa meni juurikin Vaillantin kanssa alkuun taisteluksi keruupumpun riittämättömyyden vuoksi, joka vaihdettiinkin kaksi kertaa isommaksi. Ilman tämän foorumin tietoutta siellä pyörisi varmaan vieläkin keruut >8dT lämmöillä......

Ilmeisesti siis nykyiset MLP-vehkeet tosiaan on mitoitettu pyörittään n. max 200m 2x40mm lenkkiä? Kollektorin kasvattaminen 2x50mm kokoon lisää tätä arviolta siis tuonne noin 300 metriin tai karvan alle? (Karkeasti yleistäen, toki pumppukohtaista)

[tomppeli]

Muovitech esittelee Helsingin Messukeskuksessa 12. - 14.10.2016 FinnBuild-messuilla uuden Muovitechin 45mm Turbo-kollektorin.
Heillä on nyt 40 - 45 - ja 50 mm kollektorit.
Kun porakaivon syvyys menee yli 200 metrin, kannattaa kollektoriksi valita 45 millinen.
Kun kaivon syvyys menee yli 250 metrin, on syytä valita 50 millinen kollektori,
jotta lämpöpumpun maakeruupiiriin saadaan riittävästi massavirtausta ja pumpulle saadaan hyvä hyötysuhde.

[tomppeli]

Lainasin toisesta ketjusta tällaisen viestin:

Uusi tieto:
Geopipe Oy toimittaa porakaivoon tarkoitettua aivan uutta erikoisputkea, jonka halkaisija on  50mm. Tämä putki mahtuu 115mm reikään.
Lisätiedot:www.geopipe.fi

Mielenkiintoinen keräinputki.
On sama aukko, kuin 50 -millisellä putkella, mutta on litistetty hiukan, jotta mahtuu 115 mm porareikään.
Sallii reilustikin yli 200 metrin kaivon syvyydet.
Meno- ja paluu putket erillään toisistaan.
Tässä kuva.

[luu5]

Vaikka onkin vanha ketju, niin tässä oli paljon asiaa. Esimerkiksi tuo GP:n soikioputki.

Mutta kysytään tässä tuota askarruttanutta asiaa tuossa oman kohteen mitoituksessa:

• Kaivon painehäviö 0,5 l/sek virtauksella ja 45 mm putkilla, ΔT = 3,3 K               0,33 bar (33 kPa)

Onko tämä siis siinä tilanteessa, että otetaan "kaikki irti" pumpusta ja kaivosta?

Katsoin mitä sanoo 12kW pumpulla:

Tarvitaan 214 aktiivimetrin lämpökaivo. Keruun virtaus oltava vähintään 0,71 l/s.               
Kaivon aktiivisyvyydellä tarkoitetaan sitä kaivon syvyyttä, jossa keruuputkisto on aina veden ympäröimänä.               
Alla keruupiirin painehäviö sileäseinämäisille keräinputkille:               
• Kaivon painehäviö 0,71 l/sek virtauksella ja 40 mm putkilla, ΔT = 3,3 K               1,39 bar (139 kPa)
• Kaivon painehäviö 0,71 l/sek virtauksella ja 45 mm putkilla, ΔT = 3,3 K               0,72 bar (72 kPa)
• Kaivon painehäviö 0,71 l/sek virtauksella ja 50 mm putkilla, ΔT = 3,3 K               0,4 bar (40 kPa)

Kun katsoin tuota Niben 1255-12 käppyröitä, en noin isoa virtausta saa edes aikaiseksi. Eli miten tuollaisesta pitäisi 12kW saada irti? Käyrät loppuu 0,5l/s ja silloin on jo kiertovesipumpun(?) teho 100% ja käytössä oleva paine tippunut <40 kPa.

Olenkohan tämän virtausjutun ymmätänyt oikein?

[tomppeli]

Olenkohan tämän virtausjutun ymmätänyt oikein?

Olet mielestäni ymmärtänyt täysin oikein!

[kjg]

Mitä tapahtuu, kun tuo pumppu käy täydellä 12kw teholla ja virtaus yltää vain 0,5l/s? Tulevan ja lähtevän nesteen lämpötilaero kasvaa ja hyötysuhde heikkenee? Muita vaikutuksia? Täystehokohteessahan tuo taitaa koskettaa vain muutamia päiviä vuodessa.

[luu5]

Mitä tapahtuu, kun tuo pumppu käy täydellä 12kw teholla ja virtaus yltää vain 0,5l/s? Tulevan ja lähtevän nesteen lämpötilaero kasvaa ja hyötysuhde heikkenee? Muita vaikutuksia? Täystehokohteessahan tuo taitaa koskettaa vain muutamia päiviä vuodessa.

Tämä kiinnostaa, koska myös tuo 6/8kW pumpun laskelma on aika rajoilla.

Vai ottaako tuo 12kW pumppu vain noin 9kW kaivosta ja lopun verkosta? Mutta eikö tuo @tomppelin laskelma ota huomioon COPpia jollain tavalla? Eli jos laitan pumpun tehoksi 12kW niin laskee tarvittavat virtaukset oikein.

[tomppeli]

Mitä tapahtuu, kun tuo pumppu käy täydellä 12kw teholla ja virtaus yltää vain 0,5l/s? Tulevan ja lähtevän nesteen lämpötilaero kasvaa ja hyötysuhde heikkenee? Muita vaikutuksia? Täystehokohteessahan tuo taitaa koskettaa vain muutamia päiviä vuodessa.

Kun menon ja paluun välinen ero, Dt kasvaa, aiheutuu siitä eniten haittaa siksi, että kaivosta tulevaa jäähdytetään enemmän ja kaivoon palaava menee mahdollisesti niin kylmäksi niin, että kaivoon palaava putki saa ympärilleen jäävaipan, joka alkaa nostaa sitä putkea ylös kaivosta. Putkeen tulee mahdollisesti vekki ja keruun kierto vaikeutuu.

[luu5]

Kun menon ja paluun välinen ero, Dt kasvaa, aiheutuu siitä eniten haittaa siksi, että kaivosta tulevaa jäähdytetään enemmän ja kaivoon palaava menee mahdollisesti niin kylmäksi niin, että kaivoon palaava putki saa ympärilleen jäävaipan, joka alkaa nostaa sitä putkea ylös kaivosta. Putkeen tulee mahdollisesti vekki ja keruun kierto vaikeutuu.

Kasvaako dt myös siinä tilanteessa, että on tehokas pumppu jota ajetaan osateholla ja hitaasti virtaavalla liemellä, koska paksut keräimet? Eli voiko putkien kasvattaminen aiheuttaa myös ongelmia (jos unohdetaan laminaari/turbulentti tästä)? Vai voiko kiertopumppua kierrättää kovempaa jotta dt pienenee?

[tomppeli]

Kasvaako dt myös siinä tilanteessa, että on tehokas pumppu jota ajetaan osateholla ja hitaasti virtaavalla liemellä, koska paksut keräimet? Eli voiko putkien kasvattaminen aiheuttaa myös ongelmia (jos unohdetaan laminaari/turbulentti tästä)? Vai voiko kiertopumppua kierrättää kovempaa jotta dt pienenee?

Ei Dt kasva, jos pumpun annetaan käydä riittävän isolla teholla.
Suurempi putken sisäläpimitta aiheuttaa vähemmän virtausvastusta ja näin saadaan pienemmällä sähköteholla riittävä virtaus ja riittävän pieni Dt.
Pieni putken sisäläpimitta aiheuttaa suuremman virtausvastuksen ja painehäviön. Maakiertopumpun tehoa on pakko nostaa, jotta se jaksaa korvata suuren painehäviön.
Isompi keruuputken läpimitta siis säästää kiertopumpun sähkön kulutusta ja parantaa sen ansiosta ihan vähän maalämmön COP -arvoa.

[euroshopperi]

Putkien isompi koko varmistaa sen, että höyrystimen virtaama on varmasti riittävä. Dt saa olla reilusti alle 3 astettakin, jos siihen ei käytetä ylenmäärin energiaa. Kaivo on kuitenkin lämpösummakeräin ja siellä kaivossa itsessään ei virtauksen nopeus tarvitse olla nopeudeltaan suuri, jotta lämmönvaihto tehostuu. Liian tarkkaan mitoitetut kaivon syvyydet on suurempi paha.

[luu5]

Tämä selvä. Luulin, että jos putkessa virtaus on hidas, voi dt kasvaa suureksi koska pumppu vetää paljon energiaa. Ja että paksussa putkessa näin voisi käydä "helpommin" kuin ohuessa. Tosin ohuessa taas painehäviöiden takia virtaus voisi jäädä liian hitaaksi. Ehkä?

[tomppeli]

Tuo sana paksu putki on tässä yhteydessä oikeastaan vähän harhaan johtava.
Pitäisi ennemminkin puhua isommasta putkesta.

Isommassa putkessa on sisäläpimittaa ja vesitilavuutta enemmän.
Sen sisällä ei virtausnopeuden tarvitse olla kovin suuri, kun putkessa on metriä kohden enmmän litratilavuutta.
Lämmön kuljetuksen kannalta on tärkeätä se, kuinka monta litraa minuutissa pumpulle saadaan tulemaan lämpöä tuovaa litkua.

Nesteen virtauksen vauhti on se tekijä, joka nostaa putkessa virtauksen kitkaa ja aiheuttaa painehäviötä.
Jos virtausnopeus on alhainen, on kitka ja painehäviökin alahainen.
Jos nesteen virtausnopeutta putken sisällä nostetaan kasvaa painehäviö jyrkästi.
Jotta painehäviö ei olisi liian suuri, on pakko lisätä putken sisällä olevan virtausaukon kokoa.
Samalla kasvaa putken ulkoläpimittakin.

Tässä muutamia putkityyppejä ja niiden litratilavuus metriä kohden:
PE40x2.4   0,97 litraa
PE45x2.7   1,23 litraa
PE50x3.0   1,52 litraa
PE63x3.8   2,55 litraa

Painehäviö ei kuitenkaan kasva vain tilavuuden mukaan.
Painehäviötaulukko näyttää suunnilleen tällaiselta, kun putkessa virtaa maaviinaa 30 litraa minuutissa (=0,5 l/s):

    Pituus    Putki        litraa/metri    Koko tilavuus   Painehäviö
     97 m   PE40x2.4   0,97 litraa/m        94 litraa    12,9 kPa
   175 m   PE45x2.7   1,23 litraa/m       216 litraa   12,9 kPa
   293 m   PE50x3.0   1,52 litraa/m       446 litraa   12,9 kPa
   960 m   PE63x3.8   2,55 litraa/m    2 450 litraa   12,9 kPa

Isoa putkea PE63x3.8 saa olla jopa 960 metriä, jotta siinä syntyisi yhtä suuri painehäviö (12,9 kPa), kuin 97 metrissä PE40x2.4 putkea.

Esitän asian vähän toisin.
On 16 kW lämmitystehoinen maalämpökone lattialämmitystalossa (COP = 5, Dt = noin 3,14, yksi 300 metriä syvä kaivo).
Pumppu tarvitsee näissä olosuhteissa vähintään 1 l/s (= 60 l/min) nestevirtaaman.
Kaivoon tarvitaan 2 x 300 metriä = 600 metriä keruuputkea.
Kaivossa olevan keruuputken painehäviö näyttäsi nyt eri putkilla suunnilleen tällaiselta.:

Pituus   Putkityyppi   Tilavuus         Painehäviö          
600 m   PE40x2.4      584 litraa   326 kPa   (3,26 bar)
600 m   PE45x2.7      739 litraa   186 kPa   (1,86 bar)
600 m   PE50x3.0      912 litraa   113 kPa   (1,13 bar)
600 m   PE63x3.8   1 531 litraa     31 kPa   (0,31 bar)

Isommalla putkikoolla painehäviö laskee reippaasti ja keruun kiertopumpulle tarvitaan huomattavasti vähemmän tehoa voittamaan tuo painehäviö.
Isommalla putkikoolla on myöskin suurempi kosketuspinta kaivon veteen. Lämpö siirtyy paremmin kaivon vedestä putkessa kiertävään maaliuokseen.