Kolmen putken systeemi

[J.aila]

Meille tulee kaivoon kolmen putken systeemi. Mielenkiintoista on se, että sain kaksi erilaista ehdotusta sen toteuttamiseksi. Ensinnäkin 2 alas ja 1 ylös ja toisen 1 alas ja 2 ylös. Edellisen logiikan ymmärrän, mutta mitä ideaa on jälkimmäisessä? (On porattu 200 m kaivo, jossa maan osuus n. 35 metriä, laite Nibe F1245-10)

[zta]

Mielenkiintoinen kysymys jota itsekin olen joskus pohtinut.
Olisiko yksi alas-kaksi ylös - järjestelmän idea siinä että viedään kylmä neste nopeasti alas, koska suurin lämpömäärä on kerättävissä kaivon alapäästä. Hidas valuttaminen alas saattaa helpommin jäädyttää yläosan. ?

[sam68]

Kaksi alas ja yksi ylös on yleinen tapa.

http://www.sulpu.fi/index.php?option=com_content&task=view&id=20&Itemid=114

[AAA]

Mikä on kolmen putken hyöty, kun se ei lyhennä reikää?

Kaivosta saa tehoa 35W/m on siinä sitten kaksi tai 10 putkea.

Eli 10kW:n antotehoinen pumppu jonka ottoteho kaivosta on noin 7kW vaatii noin 200 metrin kaivon.

4" reikä mikä on nykytiedon (Ruotsi) mukaan paras, niin sinne ei edes mahdu kunnolla 3 putkea? 5,5" reiässä vesi taasen toimii eristeenä.

Kahdellakin putkella reijän saa jäähän, jos se on liian lyhyt.  :-/

[Matias]

Mikä on kolmen putken hyöty, kun se ei lyhennä reikää?

Kolmesta putkesta yleensä kaksi menee lämpöpumpulta kaivoon.Putkessa kiertävä keruuliuos menee kahta putkea hitaammin kuin yhdessä putkessä.Kaivon vedestä ehtii siirtyä enemmän lämpöä liuokseen ja kaivosta pumpulle menevä liuos on lämpimämpää kuin kahden putken systeemissä.Tämä nostaa lämpöpumpun hyötysuhdetta ja antotehoa.

[seppaant]

J.aila

Meille tulee kaivoon kolmen putken systeemi.

Kolmiputkisysteemissä kannatta laittaa putkien väliin kolmiomaisia tukia, mitkä pitävät putket toisistaan erillään.
Olen nähnyt sellaisesta mainoksen mutta nyt en muista, että missä.

ATS

[Kuumies]

Kolmesta putkesta yleensä kaksi menee lämpöpumpulta kaivoon.Putkessa kiertävä keruuliuos menee kahta putkea hitaammin kuin yhdessä putkessä.Kaivon vedestä ehtii siirtyä enemmän lämpöä liuokseen ja kaivosta pumpulle menevä liuos on lämpimämpää kuin kahden putken systeemissä.Tämä nostaa lämpöpumpun hyötysuhdetta ja antotehoa.

Mielenkiintoinen ajatus, mutta onkohan tuosta ihan tutkittua tietoa? Entä mitä jos hitaampi virtaus taas kuormitta kaivoa liikaa... Tai minkä takia joku Reynolds 'keksi' turbulenttisen virtauksen, jos mateleva virtaus onkin parempi? Eli eikö tuolla perusteella maaputkisto, ja varsinkin vesistöputkisto kannata mitoittaa etanavirtaukselle??

[Matias]

mutta onkohan tuosta ihan tutkittua tietoa?

Joo,jäsen "seppaant" teki tämän syksyn aikana testin jossa mitattiin kaivon veden jäähtyminen LÄ v7 yhden käyntijakson aikana.Mittaustuloksesta näkyi että 25m:n syvyydellä kaivon vesi jäähtyi vain 0,2 astetta kun taas keruuliuoksen neste jäähtyi joka "kierroksella" muutamilla asteilla.Koetin etsiä tuota testiä mutta en löytänyt.

[seppaant]

Joo,jäsen "seppaant" teki tämän syksyn aikana testin jossa mitattiin kaivon veden jäähtyminen LÄ v7 yhden käyntijakson aikana.Mittaustuloksesta näkyi että 25m:n syvyydellä kaivon vesi jäähtyi vain 0,2 astetta kun taas keruuliuoksen neste jäähtyi joka "kierroksella" muutamilla asteilla.Koetin etsiä tuota testiä mutta en löytänyt.

Alla tämänpäiväiset lämpötilat, kun ulkona -10C ja pumpun käyntiaste 63%

http://[URL=http://www.aijaa.com/v.php?i=7185173.jpg][IMG]http://i8.aijaa.com/b/00748/7185173.jpg[/IMG][/url]

[Jamppe]

Täällä on myös pohdinnassa tuollainen kolmiputkinen tsydeemi.

Kannataako kolmiputkinen kaivo siis porata yhtä syväksi kuin kaksiputkinen? Myyjät myy, että jos kolmiputkinen kaivo niin sen voi tehdä 20% normikaivoa matalammaksi ja sama lämmöntuotto...

Eikös tällöin ole vaarana kaivon jäätyminen, ihan niinkuin missä muussakin matalassa kaivossa? Vaikutaako isompi kaivon vesimäärä tuohon kuinka?

Lähinnä tuossa kolmiputkisessa kaivossa(160mm-165mm) kiinnostaa se, että kesällä tuosta voisi saada helpommin tuota kasteluvettä kuin pienemmällä halkaisijalla varustetusta kaivosta.

[sam68]

Täällä on myös pohdinnassa tuollainen kolmiputkinen tsydeemi.

Kannataako kolmiputkinen kaivo siis porata yhtä syväksi kuin kaksiputkinen? Myyjät myy, että jos kolmiputkinen kaivo niin sen voi tehdä 20% normikaivoa matalammaksi ja sama lämmöntuotto...

Eikös tällöin ole vaarana kaivon jäätyminen, ihan niinkuin missä muussakin matalassa kaivossa? Vaikutaako isompi kaivon vesimäärä tuohon kuinka?

Lähinnä tuossa kolmiputkisessa kaivossa(160mm-165mm) kiinnostaa se, että kesällä tuosta voisi saada helpommin tuota kasteluvettä kuin pienemmällä halkaisijalla varustetusta kaivosta.

Saman syvyinen kannattaa tehdä. Kaivostahan saa lähes puolet takas kotitalousvähennyksellä.
Kasteluvettä ei tule yhtään sen paremmin. Sitä tulee pienestäkin jos on tullakseen.

Itse laittaisin tällaisen kolmiputkisen vain jos kaivon tarve olisi yli 200m. Muuten käyttäisin euroja 20m lisäsyvyyteen pienemmässä reiässä. Niitä saa kuitenkin jo 27€/m hintaan lähes kaikkialle Suomeen. Isoista joutuu varmaan maksamaan paljon enemmän..

[pta]

Olen miettinyt sitä, että alas menisi 2 turbulenttiputkea (muovitech) ja ylös tavallinen sileä putki.
+ Pieni reikä olisi aika täynnä putkea ja putken kylki lähellä kalliota.
+ Matala virtausvastus syvässä kaivossa
- Kaallimpi kuin 2-putkijärjestelmä

Kukahan hitsailisi tuollaisen kasaan? Alapäähän en huoli messinkiä ja jotut porarit eivät tahdo ottaa vastuuta alapään hitsauksesta - he sälyttäisivät sen vastuun putken valmistajalle. Haarautuuko nuo alaspäin menevät putket vasta kaivossa? Sillä voisi ehkäistä kaivon yläpään jäätymistä.

[Jamppe]

Vielä on kaivon tilaus auki.

Kolmeputkinen olisi käytännössä samanhintainen kuin kaksiputkinen(noin 27-28e/m) mutta vielä jäi pari asiaa mietityttämään:
-kun kaksi putkea liitetään toisiinsa kaivon pohjakohdassa(liittimet/ultraääni?), niin eikö tällöin ole vaara, että aikojen saatossa liitoskohta antaa periksi?
-onko tällä kolmiputkisella jonkinlainen merkitys automaattisesti säätyvään kiertovesipumppuun, joutuuko pumppu esim. työskentelemään kovempaa kun kaksi putkea alas?

Jos kaivon vesituotto on hyvä niin miten/millä sitä kasteluvettä kannattaa kaivosta nostaa?

[sam68]

Yksi liitos lisää mutta kestävä tuo varmasti on.
Pienempi virtausvastus eli helpommalla pääsee pumppu.
Vesiautomaatilla imet 8m syvyydestä.

[Kuumaa_kalliosta]

-kun kaksi putkea liitetään toisiinsa kaivon pohjakohdassa(liittimet/ultraääni?), niin eikö tällöin ole vaara, että aikojen saatossa liitoskohta antaa periksi?

Putket liitetään ennen niiden laskua pohjapainoon ja toisiinsa. En ole kuullut, että nämä liitokset olisivat kellään pettäneet.

-onko tällä kolmiputkisella jonkinlainen merkitys automaattisesti säätyvään kiertovesipumppuun, joutuuko pumppu esim. työskentelemään kovempaa kun kaksi putkea alas?

Keruuesteen virtausvastus on kiinni sitä ylösnousuputkesta. Alas menee puolta hitaammin, jos nestettä vie alas kaksi putkea ja ylös tuo yksi. Keruuneste lämpiää nopeammin, mikäli nesteen virtaus putkessa on pyörteistä (turbulenttista) eikä suoraviivaista (laminaarista) Katsopa tästä viestiketjusta.
 

Jos kaivon vesituotto on hyvä niin miten/millä sitä kasteluvettä kannattaa kaivosta nostaa?

Vaikkapa keruuputkien ympäröivässä betonirenkaassa tai sen vieressä olevalla yksinkertaisella vesipumpulla, josta menee enintään kymmenmetrinen takaiskuventtiilillä varustettu imputki kaivoon keruuputkien lomaan. Imukorkeudella on ne fysikaaliset rajat, joten et saa imettyä kymmenenkään metrin vesipatsasta millään pumpulla.

[ego]

Olen hiihtoloman pilannut nusseltin, reynoldsin ja Prantlin luvuilla, joita en osaa edes tavata.
Eräitä havaintoja:
kallion lämpötila on 2-3 astetta vuotuista paikkakunnan keskilämpötilaa korkeampi eli pohjoisessa kovin kylmää.
Syvän porakaivon pohjala on pari astetta lämpimämpää.
Virtausnopeuden tulee olla kolmiputkijärjestelmässä sellainen, että pysytään turbulenttisella virtausnopeuden alueella Re>2300 myön silloin kun virtaus jakautuu kahdelle putkelle.
seuraavassa kaivossa jonka toteutan paino tehdään 6m rst teräsputkista jotka parantavat lämmönsiirtoa kaivon pohjalla.
Pohjoisen jäätymisherkillä alueilla tekisin järjestelmän yhdellä "siniraita" laskuputkella ja kahdella ohutseinäisellä nuosuputkella.
Tällöin kaivo jäätyy vähemmän ja nuoseva maaliuos ei joudu kulkemaan umpijään läpi, ehkä.
Täällä Lapin maakunnassa porakaivon jäähdyttäminen jäädyttää kaivoa monessa tapauksessa koska kallio on kylmää ja 3x 4,2 on paljon vähemmän kuin 330 eli jäätymisestä vapautuu huomattavasti energiaa.
Etelän lämpimien kallioiden mailla ongelmat ovat toisenlaisia! 8-)

[seppaant]

Olen hiihtoloman pilannut nusseltin, reynoldsin ja Prantlin luvuilla, joita en osaa edes tavata.

Jos olet jo hiihtolomasi pilannut, niin yksi kysymys:
Mitä sait laminaarin ja turbulentin virtauksen rajanopeudeksi?

ATS

[ego]

30% etanoliliuokselle kylmässä ds36mm putkessa 0,12m/s

[seppaant]

30% etanoliliuokselle kylmässä ds36mm putkessa 0,12m/s

Maaviinan termodynaamisille ominaisuuksille löytyy lähdekirjallisuudesta varsin vaihtelevia arvoja.

Minä sain rajanopeudeksi 0,45m/s kun käytin seuraavia arvoja
- Lämpötila 0C
- Dynaaminen viskositeetti 6,7*10-3 Pa*s
- Tiheys 965kg/m3
- Re 2320

Mitä arvoja käytit ja mistä sait ne?

ATS

[ego]

En löydä enää käyttämääni nettiaineistoa, jossa viinan viskositeetti oli  1.73      cP [=mPa.s]

Oletan, että olet oikeassa ja se tarkoittaa sitä. että viinalle pitää saada kyytiä.

Mitättömät vesivoidellut kiertopumput eivät saa yhteiseen 222m putkeen o.45m/s x 2 =0,9 m/s virtausnopeutta. KO nopeus tarvitaan, että kahteen virtausreittiin jaettu kaivoputki pysyy pyörteisenä.

Laminaarivirtaus toimii kuten lämmöneristys! Pp

[sailor]

Laminaarivirtaus toimii kuten lämmöneristys! Pp

Teoriassa ehkä näin, mutta miten käytännössä?

Vaikuttaako asiaan, ja kuinka paljon:

- putket eivät ole kaivossa tai maapiirissä "suorassa"
- liikkuvan nesteen sisään muodostuu lämpötilaeroa (lähempänä seinämää oleva neste lämpenee enemmän)
- mitäs tapahtuu pohjalla kun tulee U-käännös ja survotaan kahden putken nesteet yhtä putkea ylös?
- mikä on osittaisen laminaarisuuden suhde putken keruupinta-alaan?
- eikö laminaarisuuden ja turbulenttisuuden raja ole liukuva ja niiden raja "ihmisen keksintöä".

Laminaarisuuden uhallakin laittaisin kaivon täyteen keruuputkia lämmönsiirtopinta-alan maksimoimiseksi.

[seppaant]

Teoriassa ehkä näin, mutta miten käytännössä?

Oma käsitykseni tuubilämmönvaihtimen laminaari/turbulenttivirtauksesta on seuraava:

Lämpöpumpun lämmönkeruuputkisto on tuubilämmönvaihdin, jossa on vain 2-4 tuubia pituudeltaan 100 - 200 m.
Minulla 3-tuubijärjestelmässä keruunesteen yksi kierros kestää n. 17 minuuttia. Todennäköisesti putkissa on laminaari virtaus.
Väitän, että tämän 17 min aikana keruunesteen jokainen nestepartikkeli, huolimatta laminaarista virtauksesta, ehtii käydä lukuisia kertoja putken seinämän lähellä ja kaikkialla muualla putken sisällä.
Virtaus ei missään tapauksessa mene koko putkiston läpi yhtenä pötkönä kuin "jääpuikko"

Aivan eri asia on ns. normaalit tuubilämmönvaihtimet, joissa tuubien pituus on korkeintaan muutamia metrejä, lämpöpumppukäytössä muutama kymmenen cm.
Tällaisissa lämmönvaihtimissa neste viipyy tuubissa vain muutaman sekunnin. Näissä tapauksissa on ehdottoman välttämätöntä, että virtaus on turbulenttia.

ATS

[AAA]

Jos ei nyt ruveta uusiksi keksimään virtaustekniikkaa...

Turbulenttivirtaus on pakko saavuttaa, jotta homma toimii.

Lisäksi pitää huomioida virtausnopeus, että dT ei kasva höyrystimessa.

[seppaant]

Jos ei nyt ruveta uusiksi keksimään virtaustekniikkaa...

Turbulenttivirtaus on pakko saavuttaa, jotta homma toimii.

Ei ole turbulentti ja homma toimii hyvin

ATS

[Loppusijoituspaikka]

tomppeli kirjoitti toisaalla

Kolmiputkista lämmönkeräintä porakaivoon kannattaa harkita aina, kun on kyseessä vähintään 180 metrinen porakaivo. Virtausvastus pienenee ja keräimen lämpöä vastaanottava pinta-ala kasvaa. Valitettavasti sellainen vaatii vähän isomman porausläpimitan.

Miten iso porausläpimitta tarvitaan?

115mm ei riitä.

Riittääkö 140mm? Jos ja kun oikein hahmottelin niin pitäisi riittää...

[sailor]

tomppeli kirjoitti toisaalla

Kolmiputkista lämmönkeräintä porakaivoon kannattaa harkita aina, kun on kyseessä vähintään 180 metrinen porakaivo. Virtausvastus pienenee ja keräimen lämpöä vastaanottava pinta-ala kasvaa. Valitettavasti sellainen vaatii vähän isomman porausläpimitan.

Miten iso porausläpimitta tarvitaan?

115mm ei riitä.

Riittääkö 140mm? Jos ja kun oikein hahmottelin niin pitäisi riittää...

Taitaa olla 160-165mm... http://www.porakaivot.fi/lampokaivo.html

[Loppusijoituspaikka]

Hmmm... Alla liitteessä hahmotelmani. Miksei mahtuisi? Ainakin teoriassa    [en näköjään vielä osaa liittää kuvaa suoraan tähän foorumiviestiin]

[sailor]

"Me olemme käyttäneet lämpöreikänä aina 160-165 mm reikää, koska siihen on helppo asentaa lämmönkeräysputkisto konemallista riippumatta."

Luulisin että tuo 160-165mm on vettä tuottavan porakaivon normihalkaisija ja kovin ahtaaseen reikään sovittamisesta tulee ongelmia. Reikä kun ei ole "luotisuora" ja seinämätkin voivat olla rosoisia.

[Loppusijoituspaikka]

No niin. Nyt on asiaa kysytty suoraan kokeneelta porarilta, joka meidänkin kohteeseen on vakavasti ehdolla. Halvin hän ei ole.

Eli 140mm mahtuu 3-putkijärjestelmä.

115mm kaivoon 3-putkijärjestelmä ei mahdu nimenomaan sen putkiston alaosaan tulevan yhdistelmäkappaleen vuoksi.

Hinta nousee tuon ylim. kollektoriputken verran. Meidän tapauksessa (n. 200m kaivo, arviolta 10m maaosuus) kaivon lopullisessa hinnassa olisi n. 8-9% hintaero, ainakin tältä toimijalta tilattuna. On niitä jonkun verran laittanutkin, mutta vähän skeptisesti suhtautui, kenties siksi että jossain lähiseudulla näitä oli laitettu nimenomaan matalempiin kaivoihin ikäänkuin paremman kaivon tehon toivossa.
Tämä porari korosti, että putkien määrästä riippumatta kaivo antaa n. 30-35W/m.

[tomppeli]

Tämä porari korosti, että putkien määrästä riippumatta kaivo antaa n. 30-35W/m.

Tuo teho on riippuvainen siitä, missäpäin Suomea kaivo sijaitsee ja kuinka syvä se kaivo on.
On aika iso ero saatavalla teholla ja energialla onko kyseessä Lapissa oleva lämpökaivo,
jossa kallioperän lämpötila on esimerkiksi +2,5 C tai Suomen etelärannikolla, jossa kallioperän lämpötila on +7,5 C.
Kaivosta voidaan imeä lämpöä vain siihen saakka, kun veden lämpötila siellä pysyy plussan puolella.

Kun kaivo menee kunnolla jäähän, rutistuu keräinputki jään puristuksessa vähän kasaan ja lopulta useamman puristelun seurauksena keräimen putki on niin huonossa kunnossa, että siellä ei kierrä riittävästi maanestettä ja pumppu ei pysty toimimaan.
Pahassa tapauksessa keruuputkiston alapään liitokseen voi tulla vuoto.

Kolmiputkinen keräin on hyödyllinen syvässä kaivossa, koska se alentaa virtausvastusta ja kiertopumppu jaksaa kierrättää maanestettä kunnolla reilusti yli 200 metriä syvässäkin kaivossa.
Suurin osa maalämpöpumpuista sietää maksimissaan vain noin 400 metriä pitkän keruupiirin.
Sen takia syvään kaivoon on pakko laittaa kolmiputkinen keräin.

Joskus laitetaan ns. turbokollektoriputkia ( http://www.muovitech.fi/?page=products&category=Energiakollektorit&id=763 ),
joilla kerätään tehokkaammin energiaa lämpökaivosta. Näin tapahtuu myöskin kolmiputkisella keräimellä.
Jos kerätään energiaa loputtoman tehokkaasti, saavutetaan se raja, jossa kaivo todellakin asettaa rajansa; sieltä ei vaan kerta kaikkiaan saada irti enempää.
Tai sitten on koko kaivo lähiympäristöineen pakkasella!

[sailor]

Tämä porari korosti, että putkien määrästä riippumatta kaivo antaa n. 30-35W/m.

Tuo on totta, mutta vain pitkässä juoksussa. Koska Suomessa ei ole pakkasta koko vuotta niin tärkeää on saada lämpö siirtymään kaivon vedestä keruuputken seinämän läpi keruunesteeseen silloin kun sitä lämpöä tarvitaan, eli talvella.

Matala kaivo hyötyy myös useampiputkisesta järjestelmästä, koska siinä pinta-alaa on mataluudesta johtuen vielä vähemmän.

Seurantakäyristä ja kaivon lämpötilanmittauksista saa sellaisen käsityksen, että kaivon vesi on +3-4 asteista - mutta keruuneste on pakkasella kun lämpö ei siirry muoviseinämän läpi.