Тепловые колодцы
Известно, что вода может находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном.
Именно фазовый переход воды из жидкого состояния в твердое и определяет ее практическое использование в локальных тепловых источниках для тепловых насосов. Удельная теплоемкость воды составляет 1,16 Вт/кг*оC. Энергия фазового перехода воды в лед 7,5 Вт/кг*оС. Т.е. для образования льда в резервуаре потребуется приложить энергию почти в семь раз больше энергии охлаждения воды.
Можно установить герметичный колодец, смонтировать внутри теплообменник (первичный контур теплового насоса), заполнить его водой и откачивать тепло. Расчеты такого аккумулятора не представляют особой сложности.
Определенным преимуществом такой системы можно рассматривать тот факт, что первичный источник теплового насоса занимает малую площадь на территории участка, в сравнении с вертикальной системой геотермальных зондов и тем более с горизонтальной укладкой труб.
На снимке видно образование льда на теплообменных трубах. Для сохранения энергетического баланса грунтового теплоаккумулятора требуется дополнительный источник тепловой энергии.
Обычно, в качестве дополнительного источника используют включение солнечных коллекторов. Эта система наиболее выгодна для производства тепловой энергии, благодаря минимальной цене производимого условного киловатта.
На фото видно образование льда на трубах теплообменника, это изображение получено в экспериментальном режиме тестирования системы. При практической эксплуатации 100% замораживание не допускается. Граничный режим допускает образование водо-ледяной смеси.
Система работает надежно и эффективно. Качество работы теплового насоса определяется правильным расчетом при проектировании системы в целом.
Слева представлена схема комбинированного теплового источника работающего на основе фазового перехода воды.