Lämmönvaihdin kiukaaseen/takan yläosaan

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Olen tässä jo jonkin aikaa kehitellyt ilmasta-veteen lämmönvaihdinta, kuten Hopealoimu -yrityksen tuote. Totesin hyötysuhteen olevan olematon. Olihan se arvattavissa, kun kerran ilman lämpökapasiteetti on niin heikko.
Nyt olen kokeilemassa kiukaaseen taivuteltua pehmythehkutettua kupari putkea lämmönkeräimenä. Myöhemmin toteutan saman takoissa, joita tulee yhteensä kolme kappaletta. Kerron mietinnässä olevasta rakenteesta yksityiskohtia, jos joku niitä kaipaa.
Mutta osaisitteko vastata seuraaviin kysymyksiin:
-Minkälaisella kaavalla voisin arvioida veden lämpenemistä tuossa kupariputkessa? (Kaavassa tulisi varmaan olla muuttujina ympäröivä lämpötila, putken halk., vedenvirtausnopeus ja putken pituus)

Itse osaan laskea seuraavaa seuraava:
MUUTTUJAT:
Veden t_alussa=50*C ; Kupariputken halk.=12mm ; Putken pituus=4m ; Veden virtaus=7,5L/min ; Putkea ympäröivä lämpötila=120*C
VAKIOT:
Veden C= 4,19kJ/kgK ; Kuparin λ=390W/m²K

LASKELMAT:
Putken pinta-ala: π0,012x4≈0,150m²
Koska vesi on putkeen tullessaan 50*C, niin kuparikin on 50*C, lämpötilaero putken ja ympäröivän ilman välillä on 70*C. Lämpöä siis johtuu maksimissaan 390W/m²K x 0,15m² x 70*C=4095W putken läpi.
Putkeen mahtuva vesimäärä: π0,006²x4≈0,45L eli 0,45kg
Koska veden virtaus on 7,5L/min on tuo 0,45L putkistossa 0,45L/7,5(L/min)≈0,06min ajan eli 60s*0,06=3,6s . Koska W=J/s niin voidaanko laskea että veteen siirtyy energiaa 4095(J/s)*3,6s=14742J ?
Tällöinhän 1kg vettä lämpenisi 14742J/4190(J/kgK)=3,51 *C
0,45L lämpenisi yhden asteen 4,19(kJ/kgK)*0,45kg≈1,88kJ energialla. Täten 0,45L lämpenisi 14742J/1880(J/K)≈7,8 *C

Todellisuudessahan tuo lämpeneminen lienee selvästi pienempää, kaikenlaisista häviöistä johtuen. Tämähän ei ole eristetty systeemi, kuten laskelmien toimivuus edellyttäisi.
Olisiko mitään tarkemmin paikkaansapitävää kaavaa/tapaa laskea lämmön siirtymistä veteen?

Sivut

Kommentit (47)

vorrester
Seuraa 
Viestejä615
Liittynyt22.7.2005

Puolassa käydessä erään valtatie ravintolan (hirsi) lämmitys oli hoidettu takalla. Huoneita oli useampi ja lämpö johdettiin takasta muihin huoneisiin.
Ideana oli vapaakiertoiset patterit ja paineeton paisuntasäiliö/allas katonrajassa.
Itse lämpö otettiin takasta arinan päältä olevalla rautaputki lenkillä. Eli tuli ja hiillos lämmitti rautaputkea ja sen sisältämää vettä, joka vapaakiertoisesti lämmitti muiden huoneiden patterit.
Rautaputket oli n. tuuman luokkaa, eli kestää kyllä tulet vielä vesi sisällä.
Eli simppelin näköinen kyläsepän viritelmä. Uskoakseni toimiva systeemi, kun opettelee hallitsemaan takassa sopivat tulet, muuten voi kuppilasta tulla höyrysauna.

Kupari on hiukka huono lämmönkestoltaan, voi lurahtaa alas jos jostain syystä ei vettä olekkaan putkessa ja tuli lämmittää sitä.

Aivopierun tunnistaa rivin alun merkistä *

Paul M
Seuraa 
Viestejä8560
Liittynyt16.3.2005

Minä en suoraan laittaisi vettä putkessa liekkiin. Putki nokeentuu. Sieltä voi ottaa johtumislämpöä rakenteen läpi pihalle. Nerokkaalla lämpölaajenemiseen perustuvalla ilmaraolla voi estää kiehumisen. Johtumislämpöä voi ottaa kuparillakin. Tähän toki voi joku neropatti älähtää nyt jotta kupari sulaa. Minä taasen vastaan ettei sula tuumainen tanko, joka on johdettu vaipan kautta ulos.

Ja seuraava neropatti kehittelee jo lämpöpiippua. No hyvähän se olisi lämpöpiippukin. Teräsputki tuleen vinosti ulos tullessa nousevasti ja muutama tippa vettä sinne hermeettisesti putkeen. Sen verran laskentaa, että vesitipat voivat olla siellä höyrynä ilman räjähdystä. Tai ylipaineventtiili siihen.

Tuollaisten viritysten avulla voidaan lämmön siirtoa tehdä kaukana liekistä varsinaiseen tarkoitukseen.

Ilma siirtää muuten aika hyvin lämpöä huonollakin hyötysuhteella. Saunan lämmittämisen aikana ainakin minulla vesi kuumenee löylyastiassa. Samalla periaatteella lämpenisi metalliämpärissä pesuvesiäkin aivan sopivasti pari ämpärillistä. Vaatimaton sauna sitäpaitsi saadaan aikaan tällä ämpärikonstilla. Tarvitaan vain kiuas ja ämpärit. Säästeliäästi vettä käyttäen pari ämpärillistä riittää mainiosti.

Hiirimeluexpertti. Majoneesitehtailija. Luonnontieteet: Maailman suurin uskonto. Avatar on halkaistu tykin kuula

Vierailija

Juu, kyllähän noita vesitakkoja ja kiukaita on olemassa.
Nykyään olemassa olevissa vesitakoissa on vain se ongelma että vesi kiertää aina hyvin lähellä tulipesää tai tulipesässä on suoraan jokin kierukka.
Kuten Paul M totesi, niin tuollainen rakenne edistää noen muodostumista tuohon viileään lämmönsiirtopintaan. Noki taas on erittäin hyvä lämmöneriste. Tästä syystä Valmetkaan ei tee enää vesitakkaa, sai huonoa palautetta. Piti kuulemma nähdä todella vaivaa saadakseen vuosien saatossa tarttuneen noen irti.
Itse ajattelin että laitan tuon kiuasvirityksen vain koe-mielessä, keväällä alan takkaa tuohon kiukaan tilalle laittelemaan.
Itse takassa ajattelin rakenteen toteuttaa niin että kuparikierukan laittaisin yläpalotilan päällä olevan tulenkestävän massan yläpuolelle, niin että tuon massan päällä olisi 10mm paksu palovilla. Palovillan päällä kuparikierukka.
Yläpalotilassa lämpötilat nousevat 900*C:een. Joten jonkun ajan kuluttua tuo tulenkestävä massakin on 900*C. Paljonkohan 10mm tuota palovillaa alentaa lämpötilaa? Eikös kuparin sulamispiste ole 1084,62 °C, eihän tuo voi millään sulaa kiukaassa, eikä juurikaan takassakaan...

PS. Olisin voinut laittaa poikkileikkauksen takasta, mutta täällä ei näköjään voi lisätä liitteitä omalta koneelta...

Vierailija

Kupari meltoutuu tummassa punahehkussa, joten ilman vettä sitä ei kannata tuleen panna. Maailmalla on köksäliesikeskulämmitys-helloja.

Itse mietin sellaista, lisättynä toisella säiliöllä ja termarilla että pienempi säiliö pääsisi kuumenemaan aina tarpeeksi muttei kiehuvaksi.

Vierailija

Niin, no sitten rauta olisi vissiin ainut "takuuvarma" juttu...
Mutta kellään ei ole siis hajuakaan paljonko lämpötila alenee 10mm paksulla vuorivillalla? Ehkä kupari kestäisi??? Helpompaa saada ja taivuttaa ainakin kuin rauta.

Denzil Dexter
Seuraa 
Viestejä6665
Liittynyt7.8.2007
AnttiJL
Niin, no sitten rauta olisi vissiin ainut "takuuvarma" juttu...
Mutta kellään ei ole siis hajuakaan paljonko lämpötila alenee 10mm paksulla vuorivillalla? Ehkä kupari kestäisi??? Helpompaa saada ja taivuttaa ainakin kuin rauta.



Lämmön siirtyminen kupariin 10 mm villan läpi on todella hidasta, tuskin lämpenee kunnolla edes asetyleeniliekillä. Laita massaa vasten joku irrallinen metallilevy, jossa putket ovat kiinni. Ei kai ne putki mihinkään sula, kun kerran on vesi sisällä?

Vierailija

Olen lämmittänyt taloani toistakymmentä vuotta pelkillä puilla. Nyt en enää lämmitä ... monta syytä.

Eräitä "totuuksia": Puun pitää olla ilmaista. Puun pitää olla lähellä. Puulle pitää olla liiteri. Puun pilkkomiseen pitää olla voimaa ja työkaluja. Lämmönvaraaja on 3000 litraa. Puita menee omakotitalon lämmittämiseen 20 kuutiometriä / vuosi.

Ihmettelyjä: Miksi pitää tohkata joistain kiukaista tai takoista kun kerran keskuslämmityskattilat on jo keksitty.

Tulipinnat pitää aina nuohota ja puhdistaa olivatpa ne sitten missä osassa tulipesää tahansa.

Keskuslämmityskattilan voisi asentaa juuri vaikkapa sinne saunaan tai olohuoneeseen jos haluaa kaiken lämmön vaipansisälle.

Talo pitäisi alunperin ajatella vanhanaikaisesti jos haluaa siihen puulämmityksen. Talon pitäisi olla suurin piirtein kuutio tai tynnyri. Talon keskellä pitäisi olla tuo kaiken lämmön tuottava sydän. Sydän voisi pääsääntöisesti muodostua esim. päivittäin käytettävästä liedestä. Lämmön kierrättämisessä, eri huoneisiin saattaisi olla ilmankiertokone parempi kuin vesilämmitys. Lämminkäyttövesi on toki viisasta lämmitää juuri tuolla liedellä.

Vierailija

Aikomuksena onkin toteuttaa kiehumisen esto siten että pumppu pysähtyy termostaatin ohjaamana, vaikka 85*C lämpötilassa. Tällöin vesi valuisi takan yläosan alapuolella olevaan avopaisunta-astiaan ja estäisi samalla sähkökatkon/pumpun rikkoontumisesta johtuvan kiehumisen.
Kupariputket jäävät siis todella ilman vettä. Nollavirta-kytkin estää veden syöksymisen 900-asteiseen kierukkaan, sähköjen palattua. Riittäneekö kuparin lämmönjohtavuus johtamaan tarpeeksi lämpöä pois kierukasta pelkästään takasta ulostulevaa kahta tyhjää kupariputkea pitkin? Tuskin...
Tuo metallilevy-idea kuulostaa hyvältä mutta saattaisiko lämpötilaero tulenkestävän massan eri puolilla muodostua pitkä-aikaisena massan halkaisevaksi tekijäksi? Tiedä sitten, mutta ainakin 10mm graniitti halkesi, kun pidin alla noin 150*C lämpötilaa ja päällä 30*C vedellä täytettyä lasi-astiaa.
Miksi muuten vastaavissa kierukoissa tykätään raudan sijaan käyttää rosteria, sehän ei kestä kuin 800 asteen lämpötiloja?
Osaakos kukaan perustella sitä että miksi kaikkialla on sanottu tuon avopaisuntasäiliön sijaitsevan korkeammalla kuin lämmitysjärjestelmän ylin kohta?

Syy siihen miksi takalla lämmittäisin vettä ei ole se että se olisi pää-lämmitysmuoto vaan se että sitä kautta voisi saada varaajaan kovilla pakkasilla lisä-lämpöä ja säästää rahaa. Täysin automaattinen systeemi lämmittäisi varaajaa aina kun takkaa lämmittää. Uskoisin että tästä voisi tulla mukavasti hyötyä, kun paritaloomme tulisi yhteensä 3-4 takkaa ja yksi leivinuuni. Eli tarkoitus ei ole näitä "työksi" lämmittää. Mutta kun kuitenkin talvella takassa tulta pitäisi, saisi samalla naapurikin lämpöä. Tällätavalla saa myös lämmön varaavuutta parannettua, sisältäähän varaajan 500L vettä paljon enemmän energiaa kuin 500kg kiveä. Tällätavalla yläkerran takka, lämmittäisi alakerran pattereita. Uskoisin myös että sähköä säästyisi näin enemmän, kuin että antaa patteritermostaattien reagoida nousseeseen ilman lämpötilaan. Varsinaisena lämmönlähteenä on ivlp ja 3kpl 6kw sähkövastuksia. 19 asteen pakkasilla kaksi vastusta ja lämpöpumppu on kokoajan päällä, joten säästöä saattaisi syntyä.

Vierailija

Painovoimainen tai termostaattiohjattu järkkä on vain varmin ja kohtuuhintainen.

Lämmitystarkoituksissa voi polttaa juuri sen verran kuin tarvitsee ja kiehumisen estää veden määrällä.

Vierailija

Ei kait veden määrällä ole väliä, jos se ei tulisijassa vaihdu. Jokin vika laitteistossa, niin että vesi ei kierrä, kyllä alkaa varmasti keittämään...
Painovoimainen toimisi muuten mutta varaaja on kerrosta alempana, tai parhaimmillaankin samassa kerroksessa kuin tulisija, joten kiertovesipumppua tarvitaan.
Käsittääkseni kiertovesipumput eivät tykkää olla pysähdyksissä, eivätkä vedettä? Vedettömyyden voin ratkaista, mutta löytyykö sellaista pumppua, joka ei pysähdyksistä piittaa. Pumppu kun kävisi vain silloin kun takka on lämpimämpi kuin varaaja...

Vierailija

Eikös kiukaan tehtävänä ole lämmittää saunaa eikä lämmönvaihdinta? Tavoitteena pitäisi mielestäni olla siirtää kiukaan lämpö saunan ilman eikä lämmönvaihtimessa kiertävän veden lämmittämiseen.

Vierailija

Totta, onneksi on tämä tieteen ja tiedon mekka. Suomi24:en lisäksi.
Huomasin juuri käyttäväni kiuasta aivan väärin... Sehän saattaisi lämmittää ilmaa...

PS. Mikään ei ole niin harmillista kuin se että jotkut vastaavat trolleille, eikä sekään ole niin harmillista

Vierailija
AnttiJL
Ei kait veden määrällä ole väliä, jos se ei tulisijassa vaihdu. Jokin vika laitteistossa, niin että vesi ei kierrä, kyllä alkaa varmasti keittämään...
Painovoimainen toimisi muuten mutta varaaja on kerrosta alempana, tai parhaimmillaankin samassa kerroksessa kuin tulisija, joten kiertovesipumppua tarvitaan.
Käsittääkseni kiertovesipumput eivät tykkää olla pysähdyksissä, eivätkä vedettä? Vedettömyyden voin ratkaista, mutta löytyykö sellaista pumppua, joka ei pysähdyksistä piittaa. Pumppu kun kävisi vain silloin kun takka on lämpimämpi kuin varaaja...



Eihän mikään pumppu käy jatkuvasti.
Tässä on joku viritys, jota muuttamalla voisi tehdä ohjauksen.
post1204586.html?hilit=aurinkoker%C3%A4imeen#p1204586

Paul M
Seuraa 
Viestejä8560
Liittynyt16.3.2005

Luonnollisen kierron saa alaspäinkin. Tarvitaan vain takaiskut putkisysteemiin. Sallitaan veden kiehua putkessa, jolloin tulee syklinen kierto. Aina kun kiehahtaa, niin vesi liikkuu vapaaseen suuntaan. Aika pian tyhjiöön imeytyy uutta vettä. Sopivasti toimiessaan kuuluu vain pieni surina takaiskuista, kun pienikin kaasukupla siirtää vettä eteenpäin.

Systeemi on jokaiselle tuttu kahvinkeittimestä. Alaspäin toimivana on vesipiirin pysyttävä koko ajan veden täyttämänä. Taitaa toimia parhaiten suljettuna, jolloin piirissä pitää olla myös paisari.

Kysymys kuuluu riittääkö yksi takaisku vai tarvitaanko kaksi? Luultavasti yksikin herkkä riittää, koska kuplan synty on nopea ja ainakin kuulatakaisku aukeaa herkästi.

Hiirimeluexpertti. Majoneesitehtailija. Luonnontieteet: Maailman suurin uskonto. Avatar on halkaistu tykin kuula

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat