Przepływowe, ekonomiczne podgrzanie wolno płynącej wody.

Przede wszystkim witam serdecznie forumowiczów, to mój pierwszy naskrobany post, zazwyczaj ograniczałem się do czytania

Mam pewien plan do zrealizowania i potrzebuję porady doświadczonych ludzi.

Potrzebuję systemu, który będzie w jak najbardziej efektywny sposób ogrzewał przepływającą wodę. Woda ma mieć przepływ rzędu 2 litry na godzinę ale bardzo ważne jest aby została podgrzana z temperatury "zimnej kranówki" do określonej temperatury w zakresie 26-27 stopni. Jakie urządzenia lub rozwiązania dadzą mi największą oszczędność i najlepszą efektywność. Dysponuję takimi źródłami jak prąd i gaz.

Proszę o pomoc

Zapotrzebowanie mocy cieplnej wyniesie ca 40 kcal/godz. Można to przeliczyć, będzie to ca 50Wh. Nie ma tak miniaturowych podgrzewaczy gazowych. Grzejnik elektryczny dało by się jakoś zrobić, zasilając przez triak. Jakieś rozwiązanie na pewno można znaleźć na "Elektrodzie".

Dzięki za zainteresowanie tematem. Dla mnie to ważna kwestia całego projektu jaki planuję. Tematyka jest na tyle nietypowa dla forum, że nie rozpisywałem się szczegółowo ale teraz naświetlę nieco całą sytuację.

Otóż jestem w trakcie budowy pomieszczenia na strychu mojego domu w którym zamierzam ustawić dwa akwaria po 1000 litrów każde. Takie hobby . Specyfika i wymagania gatunków ryb, które zamierzam tam hodować wymagają dostępu do dużej ilości świeżej wody, chodzi o wyeliminowanie niektórych związków przemiany materii, które gromadzą się w akwarium i na które są te ryby bardzo wrażliwe. Najlepszym sposobem na utrzymanie takich parametrów wody jest jej ciągła podmiana.

Otóż do akwarium będzie doprowadzone źródło wody która po odpowiedniej filtracji będzie w sposób ciągły lecieć do niego. Odpowiednimi zaworkami planuję tak zredukować ciśnienie i przepływ aby w sposób ciągły ilość wody była w granicach 2 litrów na godzinę.
Niestety największym problemem jest jej ogrzanie aby zasilająca akwarium woda nie powodowała spadku temperatury wody w której pływają ryby. Oczywiście ktoś powie, ze istnieją grzałki akwarystyczne itd. oczywiście tak ale z praktyki wiem, ze te źródła ogrzewania wody są stosunkowo mało sprawne i nieoszczędne. Przy założeniu, że ogrzeję zasilającą wodę do odpowiedniej temperatury mógłbym całkowicie wyeliminować używanie grzałki akwarystycznej. Dodatkowo stworzył bym bardzo stabilny system dla moich podopiecznych

Głównym i najważniejszym celem jest pełna kontrola nad temperaturą wody, musi być w zakresie powiedzmy 25-27 stopni. Drugą ważną rzeczą jest ekonomika takiego systemu i tutaj liczę właśnie na pomoc, nie mam doświadczenia ani odpowiedniej wiedzy żeby wiedzieć od czego zacząć i jakiego rozwiązania użyć żeby to było ekonomiczne i generowało jak najmniej strat. Manualnie poradzę sobie ze skonstruowaniem danego pomysłu, jednak nie mam pojęcia od czego zacząć i jaką w ogóle iść drogą. A może nie ma takiego rozwiązania i trzeba się pogodzić z nieustająco włączoną grzałką w akwarium?

Kto pomoże

Pzdrawiam.

Postaw sobie dodatkowy zbiornik obok akwarium i ogrzewaj go zwykła grzałką akwarystyczną (z termostatem) - przepływającej wody raczej stabilnie nie podgrzejesz - musiałbyś precyzyjnie dopasowac moc żeby grzała cały czas płynącą wodę bez wyłączania się.

Akwarystyka jest mi raczej obcym tematem... Ale rozwiązanie Twojego problemu jest dosyć proste. Polega na zastosowaniu wymiennika ciepła, gdzie woda wypływająca będzie ogrzewała wpływającą. Wielkość wymiennika zależy od różnicy temperatur wody wlotowej i wylotowej. Tłumacząc prościej, odzyskujesz ciepło z wody ogrzanej, czyli nie tracisz energii na podgrzewanie wody pobieranej z zewnątrz. Prądu, potrzebujesz jedynie do utrzymania temperatury w zbiorniku i zasilania pompy. Nie wiem czy takie elementy występują gotowe, ale samodzielna budowa nie powinna być zbyt skomplikowana.

Bardziej mnie zaniepokoiło to, gdzie chcesz umieścić zbiorniki,czyli strych. Brałeś pod uwagę wytrzymałość stropu? W sumie planujesz dołożyć ponad dwie tony do obciążenia, a to może się nieciekawie skończyć

Dodano po 17 [sekundy]:

Akwarystyka jest mi raczej obcym tematem... Ale rozwiązanie Twojego problemu jest dosyć proste. Polega na zastosowaniu wymiennika ciepła, gdzie woda wypływająca będzie ogrzewała wpływającą. Wielkość wymiennika zależy od różnicy temperatur wody wlotowej i wylotowej. Tłumacząc prościej, odzyskujesz ciepło z wody ogrzanej, czyli nie tracisz energii na podgrzewanie wody pobieranej z zewnątrz. Prądu, potrzebujesz jedynie do utrzymania temperatury w zbiorniku i zasilania pompy. Nie wiem czy takie elementy występują gotowe, ale samodzielna budowa nie powinna być zbyt skomplikowana.

Bardziej mnie zaniepokoiło to, gdzie chcesz umieścić zbiorniki,czyli strych. Brałeś pod uwagę wytrzymałość stropu? W sumie planujesz dołożyć ponad dwie tony do obciążenia, a to może się nieciekawie skończyć

Zastosowanie wymiennika ciepła do wstępnego podgrzania 2l na godzinę nie ma sensu ekonomicznego,a tylko skomplikuje konstrukcję podgrzewacza

Chris_W napisał:

Postaw sobie dodatkowy zbiornik obok akwarium i ogrzewaj go zwykła grzałką akwarystyczną (z termostatem)

I dobrze by było żeby zbiornik dodatkowy był
większy 5-10l ,bo większy zbiornik ma większą bezwładność termiczną i dopływ zimnej wody uzupełniającej wypływającą z niego ciepłą wodę będzie miał mniejszy wpływ na temperaturę wody w zbiorniku

A czy akwarium będzie miało taką izolację cieplną, że temperatura dopływającej wody będzie miała duży wpływ na temperaturę w akwarium?

To ja się wypowiem jako akwarysta, nie-elektronik.
Po pierwsze istnieją akwarystyczne grzałki przepływowe do filtrów zewnętrznych.
Po drugie, jeśli planujesz oświetlenie LED, to masz tam sporo ciepła do odprowadzenia, wystarczy mądrze poprowadzić wodę.
Po trzecie nie sądzę byś dał radę wyeliminować bezpośrednie ogrzewanie zbiornika.
Po czwarte nie ma czegoś takiego jak tańsze i droższe ogrzewanie elektryczne. Każde w eksploatacji kosztuje tyle samo, a grzałka bezpośrednio w akwarium to minimalizacja strat do powietrza.
Po ostatnie. Gazem będzie taniej, ale jak to doprowadzić? Ja bym wyciągnął sobie kawałek rury z instalacji C.O., dał zawór termostatyczny i przeprowadził to np. pod akwariami lub do sumpa, jeśli planujesz taką filtrację.

Koszt eksploatacyjny ogrzewania elektrycznego może być niższy, jeśli zastosujemy pompę ciepła. Pytanie, czy możliwość zmniejszenia zużycia energii np. o połowę uzasadnia wydatek na taką pompę? Najprostszym i chyba najtańszym rozwiązaniem z pompą ciepła jest użycie modułu Peltiera (on z jednej strony grzeje, z drugiej chłodzi - tą grzejącą stronę trzeba użyć do grzania wody), ale korzyści z niego niewiele (niska sprawność).

Wiele widziałem, ale pompy ciepła do ogrzewania akwarium jeszcze nie Skoro puszczamy wodzę fantazji i skoro to poddasze, to może fotowoltaika? Kolektory słoneczne raczej nie, bo działają jak jest ciepło, a jak jest ciepło to woda w akwarium nie wymaga mocnego podgrzewania. Od siebie dodam, bo pewnie nie każdy uczestnik dyskusji wie, że ogrzewanie do akwarium dobiera się wg reguły 1W na litr wody.

Oj, to powinno być proporcjonalnie do powierzchni (a nawet mniej, niż proporcjonalnie) - ciepło odpływa przez powierzchnię, dlatego duże akwarium łatwo przegrzać.

_jta_ napisał:

ciepło odpływa przez powierzchnię, dlatego duże akwarium łatwo przegrzać.

A ja myślałem że trudniej ,bo duże akwarium ma też dużą bezwładność cieplna i zmiany temperatury zachodzą bardzo powoli.

1W/litr ogrzeje o 0.9°C w ciągu godziny.

mlewan napisał:

Po pierwsze istnieją akwarystyczne grzałki przepływowe do filtrów zewnętrznych.
Po drugie, jeśli planujesz oświetlenie LED, to masz tam sporo ciepła do odprowadzenia, wystarczy mądrze poprowadzić wodę.
Po trzecie nie sądzę byś dał radę wyeliminować bezpośrednie ogrzewanie zbiornika.
Po czwarte nie ma czegoś takiego jak tańsze i droższe ogrzewanie elektryczne

1. Grzałka przepływowa nie sprawdzi się w takim układzie, ona działa w stałej cyrkulacji, czyli woda z akwarium wiele razy przepływa przez nią i jest podgrzewana. W moim systemie woda zasilająca podmianę przepłynie tylko raz i "wpadnie" do akwarium. Taka grzałka nie ogrzeje jej odpowiednio.

2. Odzysk ciepła z oświetlenia to jest pewne rozwiązanie, niestety woda ma płynąć przez całą dobę a oświetlenie działa tylko jakąś część dnia - odpada

3. Jeżeli odpowiednio ogrzeję wodę zasilającą a w pomieszczeniu będzie panowała prawie stała temperatura to nie widzę przeszkód żeby osiągnąć taki stan kiedy nie będzie potrzebne bezpośrednie ogrzewanie zbiornika.

4. Być może nie ma ale...

Stała podmiana wody, całodobowa, polega na tym, że woda odpowiednio "oczyszczona" zasila akwarium z wydajnością 2l/h co daje nam odpowiednie wartości tygodniowe, miesięczne itd. Niestety jest to system ze stałą stratą i tego jestem świadom. Otóż woda wpadając do akwarium miesza się z tą, która tam już jest a jej nadmiar przelewa się poza akwarium. Mając system oparty na wewnętrznym ogrzewaniu, powiedzmy tradycyjną grzałką wewnątrz akwarium, wydaje mi się, że mogę nie uzyskać stabilnych warunków, woda może się miejscami mieszać w nietypowy sposób i może się okazać, że mieszanina wody świeżej (chłodnej) i tej z akwarium (ogrzewanej) nie zawsze w tych samych proporcjach będzie się przelewała z akwarium. Jednak stosując ogrzewanie na wejściu i zasilając wodą już odpowiednio ogrzaną mam 100% stabilności warunków w akwarium. Ewentualny spadek pod wpływem kontaktu szyby akwariowej z otoczeniem pomieszczenia można raz uwzględnić dobierając odpowiednio temperaturę na wejściu/zasilaniu.

Być może faktycznie nie ma co szukać jakiegoś niespotykanego rozwiązania bo oszczędność będzie nie wielka, jednak jak każda metoda oddawania energii charakteryzuje się swoją EFEKTYWNOŚCIĄ. Głównie o to mi chodziło, o jak najbardziej efektywny sposób ogrzania wody zasilającej a co za tym idzie o najmniejszych stratach energii.

Myślę że sobie niepotrzebnie komplikujesz sprawę bo przy 1000l wody te 2l stanowi 0,2% dopływu i to w ciągu godziny więc gdybyś jej nawet w ogóle nie podgrzewał to spadek temperatury w akwarium byłby nie zauważalny ,większe straty będziesz miał z powodu utraty ciepła z powodu różnicy temperatury między akwarium a pomieszczeniem w którym się ono znajduje.

Filip Pokora napisał:

2. Odzysk ciepła z oświetlenia to jest pewne rozwiązanie, niestety woda ma płynąć przez całą dobę a oświetlenie działa tylko jakąś część dnia - odpada

Przez około 10 godzin w ciągu dnia, jeśli masz licznik dwutaryfowy, w nocy płacisz połowę mniej. Więc możesz wodę podgrzewać w dzień chłodząc jednocześnie LED-y, nocą ogrzewać bezpośrednio grzałką elektryczną.

Filip Pokora napisał:

1. Grzałka przepływowa nie sprawdzi się w takim układzie, ona działa w stałej cyrkulacji, czyli woda z akwarium wiele razy przepływa przez nią i jest podgrzewana. W moim systemie woda zasilająca podmianę przepłynie tylko raz i "wpadnie" do akwarium. Taka grzałka nie ogrzeje jej odpowiednio.

Pamiętaj, że przepływ przez filtr jest daleko większy od tego, który planujesz. Poza tym jeśli nawet, to co stoi na przeszkodzie, by dać dwie grzałki?

L_M napisał:

Myślę że sobie niepotrzebnie komplikujesz sprawę bo przy 1000l wody te 2l stanowi 0,2% dopływu i to w ciągu godziny więc gdybyś jej nawet w ogóle nie podgrzewał to spadek temperatury w akwarium byłby nie zauważalny ,większe straty będziesz miał z powodu utraty ciepła z powodu różnicy temperatury między akwarium a pomieszczeniem w którym się ono znajduje.

I to by było na tyle, grzałka z termostatem w akwarium wystarczy, wszystko co wykombinuje tylko zwiększy koszty, bez widocznych korzyści.

L_M napisał:

Myślę że sobie niepotrzebnie komplikujesz sprawę bo przy 1000l wody te 2l stanowi 0,2% dopływu i to w ciągu godziny więc gdybyś jej nawet w ogóle nie podgrzewał to spadek temperatury w akwarium byłby nie zauważalny ,większe straty będziesz miał z powodu utraty ciepła z powodu różnicy temperatury między akwarium a pomieszczeniem w którym się ono znajduje.

Nie bardzo rozumiem, woda nie ma płynąć przez jedną godzinę ale non-stop, 24 godziny na dobę więc będzie spadek temperatury w akwarium.
Utrata ciepła wobec temperatury w pomieszczeniu ma być uwzględniona odpowiednim nastawieniem temperatury na wejściu, czyli minimalnie większym od docelowej.

Dobra nie widzę sensu dalej brnąć w temacie, myślałem o wyszukaniu alternatywy o jak największej sprawności bo i tak muszę wodę ogrzać wstępnie. Jak widać nie ma złotego środka

Hm... 2 litry/godzinę przez 24 godziny, o temperaturze powiedzmy o 16 stopni mniejszej, niż temperatura wody w akwarium, obniżą temperaturę wody mniej, niż o 0.8 stopnia. A gdyby mieć przez połowę czasu tańszą energię i na zmianę 12 godzin podawania wody ogrzanej i 12 godzin zimnej, to wahania temperatury wody w akwarium (max-min) będą niecałe 0.4 stopnia. Jeśli to jest akceptowalne, należy podgrzewać wodę wtedy, gdy mamy tańszą energię.

Ale oprócz dopływającej wody zmiany temperatury wody w akwarium będą wywoływane przez przepływ ciepła i wydzielanie się ciepła w akwarium (źródła światła, to co w nim żyje) - może się okazać, że będą one miały większy wpływ na temperaturę, niż dopływ ciepłej, albo zimnej wody - wypadałoby najpierw ocenić ten wpływ, bo może się okazać, że można się obyć bez podgrzewania wody, albo że trzeba podgrzewać wielokrotnie bardziej.

Jeśli przewidywany koszt energii zużywanej do podgrzewania wody będzie to uzasadniał, to można użyć pompy ciepła - są takie, które zużywają ponad 3 razy mniej energii, niż potrzebowałaby grzałka - jest kwestia, czy wydatek na taką pompę się zamortyzuje i po jakim czasie.

_jta_ napisał:

to co w nim żyje

Ryby są zmiennocieplne

Wiem. Ale to nie znaczy, że w ramach swoich procesów życiowych nie wytwarzają ciepła - jakkolwiek wytwarzają go mniej. Być może jednak to "mniej" wciąż może oznaczać znaczącą ilość ciepła.

Do zmniejszenia strat ciepła poprzez wymianę wody można zrobić wymiennik ciepła, w którym napływającą wodę ogrzeje wypływająca. Czy autor tematu wie, co to jest wymiennik ciepła i jak działa?

_jta_ napisał:

wymiennik ciepła, w którym napływającą wodę ogrzeje wypływająca

Bardzo dobry pomysł, wystarczyłoby rurkę z wodą odpływającą wsunąć w rurkę z wodą dopływającą.

Albo odwrotnie, bo dopływająca pewnie jest pod ciśnieniem. Oczywiście powinny płynąć w przeciwne strony, żeby to był wymiennik ciepła.

Czy odwrotnie, czy nie, to zależy od tego, czy chcemy odbierać jeszcze dodatkowo ciepło z powietrza.

Filip Pokora napisał:

Nie bardzo rozumiem, woda nie ma płynąć przez jedną godzinę ale non-stop, 24 godziny na dobę więc będzie spadek temperatury w akwarium.

Oczywiście że będzie spadek temperatury bo w ciągu 24 godzin wymienisz 4,8%wody tylko ten spadek temperatury będzie bardzo powolny i grzałka z termostatem z łatwością to wyrówna.Jeśli zaś chodzi o wymiennik ciepła to przy takiej ilości wody 48l/dobę to jego zastosowanie pewnie byłoby konieczne tylko wtedy, gdyby akwarium to znajdowało się w rakiecie lecącej na Marsa.

Powiedzmy, że takie akwarium ma kształt sześcianu o boku 1 metra - więc ma powierzchnię 6m2. Dla izolacji okrywamy je styropianem o grubości 10cm - to zwiększa efektywną powierzchnię o 20%, czyli do 7.2m2. Typowe przewodnictwo cieplne styropianu jest 0.035 W/(m·°K), mnożąc to przez powierzchnię i dzieląc przez grubość otrzymujemy 2.52 W/°K. Jeśli woda w akwarium będzie o 8C cieplejsza od otoczenia, to do utrzymania tej temperatury potrzebna jest moc 20W. Ogrzanie 1 litra wody o 15°C (woda wodociągowa ma 11°C, albo i więcej) wymaga energii ponad 60kJ, jeśli to ma być w ciągu godziny, to potrzebna moc będzie 17W. Widać, że bez sporej warstwy styropianu (i to ze wszystkich stron) głównym źródłem strat energii jest przepływ ciepła do otoczenia.

Aha, powiedzmy że w ciągu godziny dostarczamy do akwarium 1g tlenu, który zużywają ryby żyjące w akwarium, wytwarzając 4kcal ciepła - to odpowiada mocy 4.5W - mało, żeby ryby miały szansę ogrzać akwarium przy takiej izolacji (10cm styropianu), to musiałyby dostawać co najmniej 4 razy więcej tlenu (zakładając, że stosujemy wymiennik ciepła, żeby ogrzać napływającą wodę, bo na dostarczenie 1g tlenu potrzeba 25 litrów wody). Trzeba by jeszcze policzyć, ile ciepła dostarczy oświetlenie akwarium - może zrobić je tak, żeby np. LED-y były pod wodą?

_jta_ napisał:

Dla izolacji okrywamy je styropianem o grubości 10cm l

I zamiast na piękne akwarium z pływającymi rybami będziemy się patrzeć na bryłę styropianu.

A może szyby termoizolacyjne? 3-szybowe szkło izolacyjne wypełnione argonem 44mm: 0,6 W/m2°K (INOUTIC: Współczynnik przenikania ciepła), dla 6m2 i 8°C powyżej temperatury otoczenia wychodzi 29W.

_jta_ napisał:

A może szyby termoizolacyjne? 3-szybowe szkło izolacyjne wypełnione argonem 44mm: 0,6 W/m2°K

To byłby dobry pomysł tylko chodzi jeszcze o wytrzymałość i cenę.

Są jeszcze z kryptonem, które lepiej izolują, ale drożej kosztują... (argonu jest prawie 1% w atmosferze, a krypton jest drogi).