Ämne: Hur mycket värme kan jag plocka ur nollgradigt vatten?

[Bjober]

Tänkte att denna fråga kan passa under grundläggande kylteknik.
Har ett tag funderat på grundvattenvörme. Har en brunn som håller ca plus 2 grader och ibland lägre ändå. Så det är bra nära frysgränsen . Läser man på lite så ser man att det går ju utvinna väldigt mycket värme från det att vattnet når noll grader tills det fryser till massiv nollgradig is. Men hur funkar det i praktiken, där hittar jag ingen info?
Om jag kyler vattnet under fryspunkten i en värmeväxlare, kommer den sakta men säkert att fyllas med iskristaller? Kan jag ta ut hela frysentalpien om 334 kJ/kg i värmeväxlaren så länge jag har flöde på vattnet men sen kommer min mottagarbrunn frysa ihop till solid is istället?
Hur funkar det med underkylt vatten? Kan jag kyla vatten till minusgrader med mindre än 334 kJ/kg men det stiger till nollgradigt när frysningen aktiveras?
Eller blir det 334 kJ/kg plus underkylningen?
Jag har väldigt rent vatten i brunnen så underkylning är nog möjligt.

[Lexus]

För att kunna räkna med energi från fasomvandligen vatten till is, så måste det ju bli is.

Blir det is så stoppas flödet d.v.s. det kommer inte att fungera.

[Bjober]

Alltså kommer kylt strömmande vatten som hindras att frysa att bli underkylt?
Tar jag ut 30 kJ/kg , dvs mindre än 10% av frysentaelpien så kommer små fryskristaller tillslut stoppa flödet?

[Rickard]

2 grader i en grundvattenbrunn, var bor du?
Så låga temperaturer hittar man bara allra längst upp i norra Sverige, möjligen.
Tror det blir svårt, om det väl börjar frysa i en värmeväxlare brukar det gå fort att frysa alltihop.

[Bjober]

Brunnen finns i härjedalen. 3 meter djup.
Har mätt tempen lite då och då för att kolla att det inte fryser. En annan närliggande brunn med sämre isolering brukar frysa på ytan. Det är nog möjligt att tempen stiger om man börjar omsätta mer vatten.

Men det är mest ett teoretiskt resonemang än så länge.
Vill veta mer om vad som händer i stadiet mellan nollgradigt vatten till nollgradig is. Jo det kommer frysa ,men hur? Tycker inte texterna jag hittar är så tydliga där.

[Rickard]

Jag tänker så här.
Du ska förmodligen ha en plattvärmeväxlare.
Flödet i växlaren kommer att variera beroende på var man kikar, ute i hörnen kommer flödet vara lägre, och där kan det börja frysa.
Gasen kan vara typ -30 grader och när det väl fryser i en liten del av förångaren så blir det RIKTIGT kallt där, isen breder ut sig, och även om flödeshastigheten ökar i andra delar av växlaren så är risken överhängande att den riktigt kalla delen av förångaren rätt snart breder ut sig.
Om en del av förångaren fryser så ökar vattenflödet i andra delar, men inte "linjärt" så att totalflödet blir detsamma, mängden värme som tillförs från bunnen kommer alltså att minska och gasens kyleffekt kommer att snabba på frysningen av förångaren då kyleffekten är mer eller mindre konstant.
Så tänker jag i alla fall.

Har någon annan en annan uppfattning får ni gärna förklara hur ni tänker?

[Lexus]

I förångaren cirkulerar det en blandning av etanol/vatten, så där är det inte något problem.

Det funkar säkert att cirkulera någon eller några minusgrader genom den externa värmeväxlaren, utan att få problem med flödet.

Men när man börjar räkna med energi från fasomvandlingen, så blir det lite fel.

Exempel, med en 6 kW värmepump och +2° i brunnen. Kyleffekten är 4,5 kW som med ett flöde på 0,35 l/s, ger en returtemperatur på -1°.

Dumpas flödet i samma brunn, så blir det snabbt ett problem med temperaturen. Dumpas det på annat ställe, kan det bli problem med tillgången av vatten.

[Bjober]

Tack för era inlägg.
Era råd ligger väl i linje med mina egna resonemang.
Det är ungefär 0,3 till 0,6 l/s som brunnen ger vid konstant pumpande under några dygn. 
Så det finns inga marginaler om man vill plocka ut 4-5 kW. Därav föddes tanken på om och hur det i praktiken funkar med underkylt vatten. Bara lite ideer.
Nu kan jag grubbla vidare på nått annat istället.

[svenske kocken]

Ett hål i marken brukar fungera utmärkt