Термоаккумулятор для отопления: Теплоаккумуляторы для отопления и аккумулирующие баки для водоснабжения в Москве с доставкой на teplogid.ru

Теплоаккумулятор для отопления своими руками

» Теплоаккумуляторы

На этой вкладке сайта мы попбробуем выбрать для дачи определенные компоненты системы. Сборка отопления дачи насчитывает определенные устройства. Монтаж обогрева включает котел отопления, расширительный бачок терморегуляторы, фиттинги, провода или трубы, механизм управления тепла, радиаторы, циркуляционные насосы, крепежную систему, автоматические развоздушиватели. Каждый узел роль. Исходя из этого подбор каждой части системы важно делать обдуманно.

Теплоаккумулятор для отопления своими руками

Для большинства любая отопительная система состоит из трех основных частей:

1. Радиаторов отопления
2. Трубных магистралей
3. Отопительного прибора или котла

Однако современные системы могут оснащаться множеством других полезных устройств, одним из которых является тепловой аккумулятор. С его помощью удается накапливать тот избыток энергии, который вырабатывается в котле и расходуется совершенно напрасно.

Большинство моделей представляют собой не что иное, как стальной бак. оснащенный несколькими нижними и верхними патрубками. К первым подключаются источники тепла, ко вторым – потребители. Внутри него располагается жидкость, которую можно использовать в желаемых целях. Изготовить теплоаккумулятор своими руками не составит труда – достаточно времени, рабочих материалов с инструментом и желания.

Вводное видео по установке

В основе принципа работы теплового аккумулятора лежит высокая теплоемкость воды. Описать его можно следующим образом:

• Трубопровод котла подключается к верхней части бака, в которую поступает горячая вода – максимально нагретый теплоноситель
• Внизу располагается циркулирующий насос, который выбирает холодную воду и пускает по системе отопления обратно в котел
• Очень быстро остывшая ранее жидкость сменяется вновь нагретой

Когда котел прекращает работать, вода в трубопроводных магистралях системы отопления начинает постепенно остывать. Циркулируя, она попадает в бак, в котором начинает выдавливать горячий теплоноситель в трубы. Таким образом, обогрев помещений будет продолжаться определенный временной промежуток.

Функции, которые выполняет теплоаккумулятор

Современные тепло накопительные устройства – сложные аппараты, которые выполняют не одну полезную функцию:

1. Способны обеспечивать дом горячим водоснабжением
2. Стабилизируют температурный режим в помещениях
3. Позволяют увеличить КПД систем отопления до максимально возможного, снижая денежные затраты на топливо
4. Способны объединять более одного источника тепла в общий контур и наоборот
5. Накапливают избыточную энергию, вырабатываемую котлом

Несмотря на все положительные функции, которые выполняет тепловой аккумулятор в системе отопления, он имеет два существенных недостатка:

• Ресурс воды напрямую зависит от вместимости установленного бака, тем не менее он остается ограниченным и имеет быстрое свойство заканчиваться. Будет не лишним дополнительная система подогрева из вне
• Из первого недостатка плавно появляется второй: более ресурсоемкие установки требуют большой свободной площади для их размещения, например, отдельного помещения в виде котельной

В дополнение советуем прочитать наше руководство по сборке солнечного коллектора своими руками

Самый простейший теплоаккумулятор своими руками можно изготовить, основываясь на принципе работы термоса – он за счет своих непроводящих тепло стенок не позволяет жидкости остывать на протяжении продолжительного временного периода.

Для работы необходимо подготовить:

• Бак желаемой емкости (от 150 л)
• Теплоизоляционный материал
• Скотч
• Тэны или медные трубки
• Бетонную плиту

Вначале очередь следует подумать над тем, что будет представлять собой непосредственно бак. Как правило, используют любую имеющуюся под руками металлическую бочку. Объем ее каждый определяет индивидуально, но брать емкость менее 150 л не имеет практического смысла.

Выбранную бочку необходимо привести в порядок. Ее следует почистить, удалить изнутри пыль и прочий мусор, обработать участки, на которых начала образовываться коррозия.

Затем готовится утеплитель, которым будет оборачиваться бочка. Он будет отвечать за то, чтоб тепло как можно дольше сохранялось внутри. Для самодельной конструкции прекрасно подойдет вата минеральная. Окутав с внешней стороны емкость, необходимо ее хорошенько обмотать скотчем. Дополнительно поверхность накрывают листовым металлом или окутывают фольгированной пленкой.

Для того, чтобы вода внутри подогревалась, необходимо выбрать один из вариантов:

1. Установка электрических тэнов
2. Установка змеевика, по которому будет пускаться теплоноситель

Первый вариант достаточно сложен и не безопасен, поэтому от него отказываются. Змеевик же можно соорудить самостоятельно из медной трубки диаметром 2-3 см и длиной около 8-15 м. Из нее сгибается спираль и помещается в внутрь.

В изготавливаемой модели тепловым аккумулятором является верхняя часть бочки – из нее необходимо пустить отводной патрубок. Снизу устанавливается еще один патрубок – вводной, через который будет поступать холодная вода. Следует их оснастить кранами.

Простое устройство готово к использованию, но перед этим предстоит решить вопрос, связанный с пожарной безопасностью. Располагать такую установку рекомендуется исключительно на бетонной плите, по возможности отгородив стенками.

Человек, который много раз сталкивался с устройством систем отопления, без труда должен изготовить тепловой аккумулятор своими руками и произвести дальнейшее подключение. Не должна составить особой сложности подобная работа и для новичка.

Словами схему подключения можно описать следующим образом:

1. Транзитом сквозь весь бак должен проходить по тепловому аккумулятору обратный трубопровод, на его концах должны быть предусмотрены полуторадюймовый вход и выход
2. Вначале между собой соединяются обратка котла и бак. Между ними должен размещаться циркуляционный насос, гонящий воду из бочки в отсекающий кран, расширительный бак и отопительный прибор
3. Циркуляционный насос и отсекающий кран также монтируют со второй стороны
4. Соединять подающий трубопровод необходимо по аналогии с предыдущим, однако теперь тепловые насосы не устанавливаются

Стоит отметить, что подобным образом подключается теплоаккумулятор к отопительной системе, работающей на базе всего одного котла. Если их количество увеличивается, схема значительно усложнится.

Емкость должна дополнительно оснащаться термометром, датчиками давления внутри и взрывным клапаном. Накапливая постоянно тепло, бочка может со временем перегреться. Чтобы не допустить взрыва, необходимо сбрасывать периодически избыточное давление.

Теплоаккумулятор и разные виды отопительных систем

Устанавливать тепловой аккумулятор можно совместно с различными отопительными системами. Взаимодействуя с каждой из них, он предоставляет ряд преимуществ и быстро окупается.

Наиболее распространены теплоаккумуляторы, установленные совместно отопительным оборудованием, работающем на твердом топливе, у которых количество остатков минимально. Доведя КПД до максимально-возможного, они очень быстро разогревают отопительные радиаторы, которые вскоре изнашиваются. Часть вырабатываемой энергии лучше копить и воспользоваться, когда в ней действительно возникнет потребность.

Двукратный ночной тариф за электроэнергию – проблема для владельцев электрических отопительных котлов. Таким образом в дневное время теплоаккумулятор будет накапливать в себе тепло по более выгодной стоимости, а в ночное – отдавать его отопительной системе.

Применяются подобные установки в многоконтурных системах, распределяя воду между контурами. Если установить патрубки на разных высотах, можно осуществить отбор воды с разной температурой.

Варианты модернизации

Глядя на простейший теплоаккумулятор своими руками, человек с инженерным образованием наверняка задумается о вариантах его модернизации. Сделать это можно следующими способами:

• Внизу устанавливают еще один теплообменник, посредством которого может происходить аккумуляция энергии, полученной солнечным коллектором
• Можно разделить внутреннее пространство бака на несколько секций, сообщающихся между собой, чтобы расслоение жидкости по температурам было более выраженным
• Тратиться на теплоизоляцию или нет – каждый решает сам для себя. Но несколько сантиметров пенополиуретана существенно снизят тепловые потери
• Увеличив количество патрубков, можно будет монтировать установку к более сложным отопительным системам с несколькими контурами, работающими независимо
• Можно сделать дополнительный теплообменник, в котором будет накапливаться питьевая вода

Видео — Тепловой аккумулятор в доме с периодической топкой

Подводим итоги

Собирать теплоаккумуляторы своими руками может абсолютно каждый. Для него нет необходимости покупать дорогостоящее оборудование, а самая простая модель состоит из комплектующих, которые у хорошего человека всегда в гараже или кладовой.

Все те, кто не доверяет самодельным устройствам, могут ознакомиться с богатым выбором моделей на рынках. Их стоимость более чем приемлемая, а вложенные средства быстро окупаются.

Источник: http://v-teplo.ru/teplovoi-akkymylyator-kak-sdelat.html

Теплоаккумулятор для отопления своими руками

Содержание

Начнем с главного, что может аккумулировать тепло? Да практически все: стены, потолок, пол, мебель, одежда и т. д. Весь вопрос насколько эффективно. Здесь действуют законы термодинамики, показывающие насколько каждое из физических тел может накапливать тепло. Аккумулируемое количество тепла определяется формулой:

W = m c (ϑ 2 – ϑ 1)

• W аккумулируемое тепло J
• m масса аккумулирующего вещества kg
• c удельная теплоемкость
• аккумулирующего вещества J / (kg K)
• ϑ 2 конечная температура нагрева C
• ϑ 1 начальная температура нагрева или
• конечная температура охлаждения C
• Удельная аккумулирующая способность равна, следовательно,

w = W / m = c (ϑ 2 –ϑ 1) .

Из приведенной формулы видно, что оптимально максимально повышать температуру вещества ϑ 2, увеличивая теплоемкость. Что мы можем реально применить в качестве накопителя тепла.

Сравним теплоемкость ( кДж/(м3*K)) популярных в строительстве материалов на основе равных объемов:

• Вода – 4187,
• Бетон – 2375,
• Кирпич – 1750,
• Магнетит – 3312,
• Мрамор – 2375.

Из приведенных показателей видно, что лидером по способности накапливать тепло является обыкновенная вода. К ее преимуществам следует отнести доступность, дешевизну, способность растворять и смешиваться с добавками, улучшающие теплофизические свойства. Есть материалы с более высоким показатели теплоемкости, например на основе сульфата натрия (глауберовая соль). Однако они стоит денег, эффективная работа не в нашем диапазоне температур 60-90С.

Итак, мы определились с материалом аккумуляции тепла – это вода.

Куда поместить воду для теплоотдачи? Здесь возможно два пути способа построения конструктива корпуса. Как наиболее эффективный вид корпуса для сохранения тепла – это шар. Как наиболее удобное размещение емкости – где найдем место. Совместить их вряд ли получится, нужно придерживаться главного принципа – форма емкости должна быть как можно ближе к шару, в крайнем случае, к кубу.

Где найти готовые, подобные формы. Лучше поискать в сфере общепита нержавеющие емкости, лучше с наружным кожухом для горячей воды или пара, нагревающим основную емкость. Это идеальный вариант, который попадается редко, но рассмотрим и его.

«Общепитовская» емкость лучше всего подходит для открытой системы отопления, при работе без повышения давления. Пространство между двумя стенками заполняем любым утеплителем – от монтажной пены до минеральной ваты. В комплекте такого котла есть крышка, которую легко утеплить. Здесь есть свои тонкости, обусловленные необходимостью периодического осмотра емкости. Крышку необходимо не только утеплить, но и периодически подымать. Нужно предусмотреть механизм подымания крышки с утеплителем, которая будет весить около 50кг.

Для самодельной емкости лучше выбрать форму куба, открывающей доступ к осмотру створчатой формой половиной верхней крышки. Для продления срока эксплуатации металлической емкости предохраняем ее от коррозии. Механически зачищаем металл от ржавчины, обрабатывает ортофосфорной кислотой, наносим 3-5 слоев грунтовки с просушиванием на солнце или в сушильной камере. Или наносим краски Хаммерайт или Зинг. Указанные мероприятия задержат окисление металла, но не исключат его.

Емкость из 4мм металла наполненная водой гарантированно прослужит 30 лет, но для желающих подстраховаться сообщим, что есть пластиковые емкости с рабочей максимальной температурой в 80С. Эти емкости одеты в металлический каркас, удерживающий форму при повышенной температуре. В сформированных местах удобно устанавливать врезки для подачи и обратки, устанавливать теплообменники.

Удобно использовать трубы большого диаметра, заглушенные с торцов металлом такой же толщины. Такие емкости удобно использовать в закрытых системах отопления с циркуляционным насосом, подразумевая работу с повышенным давлением. Толщина стенок таких труб- 6-10мм, позволяющих гарантировать работу в водной среде без антикоррозийного покрытия не менее 35 лет. Такая жесткая и прочная конструкция нашла неожиданное применение не только в качестве теплоаккумулятора, но и в качестве опорных конструкций, колонн – декоративных и функциональных.

Применение накопителей тепла в качестве конструктива здания широко не освещалось, требует более детального изучения. Не бойтесь применять нововведения – хуже не будет.

Теплоаккумуляторы можно устанавливать везде, где имеется место. Есть опыт установки в ванных комнатах после выхода с котла, служит не только теплоаккумулятором, но и обогревателем, исключая необходимость установки отопительных приборов. Можно установить в чердачном пространстве, утеплив потолок спальни.

Интересен опыт установки на входе в помещение с улицы, когда наружные грани утепляются пенопластом или минватой не менее 100мм, грани в сторону помещения с двух сторон от двери имеют меньший слой утеплителя, обогревая помещение. Достигается эффект тепловой завесы холодного воздуха с улицы.

В качестве соединяющего элемента используют клеящую смесь «церезит», можно нанести монтажной пеной равномерные точки на поверхность листа и прижать к емкости на 5 минут. Можно просто примотать пенопласт к емкости скотчем – эффект почти одинаков. Главное – пенопласт должен плотно прилегать к поверхности теплоаккумулятора, не образовывать щелей между листами утеплителя.

Устанавливать теплоемкости лучше по центу разбора тепла, как правило – по центру жилища. Большая емкость с теплом позволяет реализовать функцию гребенки, подключая через соответствующие термодатчики: теплые полы, подключение радиаторов, теплая вода для бытовых нужд.

Применение теплоаккумулятора в сочетании с твердотопливным котлом позволит значительно улучшить показатели качества отопления, снизить количество топок до 2-3шт в сутки. Лучше применять в качестве накопительной емкости трубы большого диаметра с толщиной стенок от 5мм.

При определении емкости теплоаккумулятора нужно исходить из максимальных расчетных показателей наполнения – 50л жидкости на 1 кВт мощности котла. Для экономии места и функционального использования конструктива емкости аккумулятор тепла можно использовать в качестве декоративных, опорных конструкций.

Насколько сложно устанавливать аккумуляторы тепла? Давайте рассмотрим на практическом примере, достойном повторения. При ремонте дома демонтировали старую печь, на ее место по дымоходу установили твердотопливный котел. В качестве теплоаккумулятора использовали стальную трубу диаметром 0,8м, заваренную с торцов.

Аккумулятор установили в непосредственной близости к котлу, используя его еще и как демпфер возможных скачков температуры. С тыльной стороны стен, снизу и сверху утеплили цилиндр минватой. С лицевой стороны на профили закрепили изразцы, получилась очень красивая печь – голландка. Никто не догадывается, что это просто бочка с горячей водой.

Источник: http://www.proterem.ru/avtonomnyj-dom/akkumuljator-tepla-tverdotoplivnogo-kotla.html

Так же интересуются

• Теплоаккумуляторы для отопления купить
• Тепловой аккумулятор в системе отопления

29 сентября 2022 года

Теплоаккумулятор для отопления частного дома

Частные дома часто отапливают твердотопливным котлом, установленным в отдельном помещении — котельной. Такой вид оправдан при отсутствии центрального газоснабжения. Серьезным недостатком твердотопливного котла является необходимость частой дозаправки. В сильные морозы приходится делать это даже ночью, что делает работу неудобной. Чтобы избавить домовладельцев от этой проблемы, для отопления можно использовать теплоаккумулятор.

Содержание

1. Что такое теплоаккумулятор и как он работает
2. Когда необходим теплоаккумулятор для отопления
3. Расчет параметров и выбор теплоаккумулятора
4. Теплоаккумулятор для отопления своими руками

Что такое теплоаккумулятор и как он работает

Самый простой вариант этого устройства — прочная, плотно закрывающаяся емкость. Обычно он имеет цилиндрическую форму и устанавливается вертикально. Трубные соединения встроены в боковую часть резервуара. Весь резервуар снаружи теплоизолирован.

Устройство подключается к котлу и к отопительному прибору. Пример схемы подключения показан ниже.

Принцип работы теплового аккумулятора заключается в том, что в нем хранится большое количество горячего теплоносителя для системы отопления. Затем это тепло используется для обогрева радиаторов. Котел в это время может даже не работать. Это возможно благодаря установке в обратных трубопроводах клапанов, регулирующих направление потока теплоносителя (также известных как обратные клапаны). Иногда это называют «буферным резервуаром».

Котел устроен таким образом, что горячая жидкость движется от нагревателя к аккумулятору в верхней части контура, а холодная жидкость течет в аккумулятор в нижней части. В противном случае буферную емкость подключают к нагревательным приборам — ТЭНам, регистрам. Горячая жидкость течет из аккумулятора к радиаторам и возвращается в буферную емкость после отвода тепла в комнату.

Установленный в системе тепловой аккумулятор для отопления существенно замедляет первый нагрев радиаторов, так как котел направляет значительную часть энергии топлива на нагрев большой массы хладагента.

Когда необходим теплоаккумулятор для отопления

Когда выгодно устанавливать аккумулятор тепла? Несмотря на заверения продавцов, что такое устройство поможет сэкономить до 30% топливной энергии, не торопитесь с его установкой.

Объяснение простое. При использовании программы, в которой есть постоянная работа ТЭНа, например, если вы используете газовый котел, установка прибора наоборот увеличит потребление энергии. Дело в том, что идеально изолировать аккумулятор невозможно. И даже малейшие потери тепла просто без надобности нагреют воздух в котельной. Это потребляет немного энергии, хотя и небольшое количество.

Однако в некоторых случаях установка данного устройства оправдана:

1. Если для нагрева теплоносителя используются преобразователи солнечной энергии, то аккумулятор тепла будет накапливать тепло в течение дня, а затем отдавать его ночью.
2. Если для нагрева теплоносителя используется электрический котел, то можно нагревать бак в ночное время, когда тариф на электроэнергию почти на 50% ниже, чем днем. Система отопления будет работать в течение дня, полностью используя тепловую энергию, накопленную в батарее.
3. Также установка устройства оправдана, когда климатические условия не требуют работы котла на полную мощность.
   Это тот случай, когда наружная температура выше пиковой в течение большей части зимнего сезона. Использование котла несовместимым с выходной мощностью приводит к усадке дымохода из-за отложений сажи и, как следствие, к уменьшению тяги. Термобатарея позволит периодически запускать на полную мощность, а в остальное время энергия батареи будет израсходована.
4. При использовании твердотопливного котла с тепловым аккумулятором интервалы между загрузками топлива могут быть увеличены.

Расчет параметров и выбор теплоаккумулятора

Для достижения максимальной эффективности использования устройства необходимо, чтобы его объем соответствовал параметрам системы отопления. Рассчитать гидроаккумулятор не сложно. Для оптимальной работы устройства емкость должна составлять 25-50 литров на каждый 1 кВт мощности котла. При приближении к верхнему значению лучше брать среднее значение.

Например, при мощности котла 10 кВт емкость аккумулятора должна составлять 250-500 литров. Вы можете выбрать верхнее значение. При мощности 15 кВт емкость бака должна составлять 375-750 литров. А вот прибор емкостью 750 литров будет сложно занести в котельную через обычную дверь. В этом случае выбор нужно делать исходя из внешних габаритов емкости.

В зависимости от ваших потребностей можно установить одноконтурное подключение или устройство с несколькими подключениями, или устройство с теплообменником внутри, который нагревает горячую воду.

Теплоаккумулятор для отопления своими руками

Множество статей и видеороликов заполняют пространство Интернета, чтобы сделать устройство для хранения тепловой энергии. Насколько выгодна такая поделка?

Чаще всего для производства потребуется большая, прочная емкость. Его приобретение, обработка и изоляция могут потребовать затрат, сопоставимых с ценой заводского устройства. Делать теплоаккумулятор для котла из простой бочки категорически не рекомендуется, так как теплоноситель с высокой температурой от 100 ° С и выше и под высоким давлением легко разрушается.

В большинстве случаев сделать качественный теплоаккумулятор своими руками не представляется возможным. А подвергать опасности свой дом и жизнь близких вряд ли будет оправдано.

Теплоаккумулятор для отопления – что это такое, принцип действия, правила выбор, разновидности, расчет, подключение © Геостарт

Рубрика: Ремонт и инженерка

Система обогрева частного дома на твердотопливном котле – далеко не самый лучший вариант с точки зрения стабильности и равномерности в достижении комфортной температуры, пока в систему не внедряется специальной накапливающий тепло модуль. Разберем, что такое теплоаккумулятор для отопления, для чего предназначен, каковы его свойства, как работает и где применяется, каковы его основные плюсы и минусы, как правильно выбрать, какие расчеты при этом понадобится выполнить, а также каковы нюансы подключения.

Теплоаккумулятор – что это такое, устройство, назначение

Тепловой накопительный блок представляет собой специальный теплоизолированный резервуар, напрямую соединенный с котлом отопления. В его устройстве отмечаются следующие особенности:

1. Емкость в большинстве случаев имеет форму вертикально установленного цилиндра, корпус которого изготовлен из прочной листовой нержавеющей или черной стали.
2. Изнутри резервуар покрыт специальным протектором для защиты от горячей воды или иного теплоносителя, а также растворенных в них солей и кислот.
3. Снаружи бак имеет слой порошкового покрытия с повышенной термостойкостью.
4. С внешней стороны емкость герметично закрыта теплоизолирующим материалом слоем не менее 10 см. В качестве утеплителя применяется повторно вспененный пенополиуретан с внутренним ПВХ-покрытием.
5. Далее теплоизоляционный слой покрывается чехлом из прочного кожзама и защитной оболочкой.

При этом полезный объем резервуара может варьироваться от 100 литров до 1 м³ и более. Однако для поддержки системы обогрева частного дома редко применяются экземпляры более одного кубометра. Главное назначение теплового аккумулятора для отопления на примере твердотопливного агрегата сводится к следующему:

• Поддержка номинальной температуры теплоносителя в период, когда котел уже остыл.
• Протапливание агрегата в оптимальное и удобное время, а не когда система начинает естественным образом остывать.
• Существенное увеличение периода между крайними протопками котла.
• Снижение и оптимизация расхода топливного ресурса.

Полезная информация!

Принцип действия, сфера применения

Работа теплового накопителя простейшего типа осуществляется по следующему принципу:

• Из теплообменного контура агрегата в верхний патрубок емкости поступает разогретый теплоноситель.
• По мере работы котла бак полностью заполняется разогретым до заданного значения теплоносителем.
• При этом из противолежащего верхнего патрубка теплоноситель поступает в батареи системы отопления дома и прочие потребители.
  Однако, пока агрегат работает, температура внутри резервуара не падает, а, напротив, возрастает – если, конечно, тепло-накопитель правильно подобран и соответствует мощности котла и расходу потребителей.
• При этом в нижний входной патрубок бака поступает охлажденный в системе теплоноситель, но при этом не перемешиваясь с верхним разогретым слоем поступает на отопительный контур котла из выходного патрубка.
• Когда резервуар заполнится до предельного уровня разогретым теплоносителем, агрегат отключается.
• Далее теплоаккумулятор перекачивает теплоноситель по системе с помощью собственного циркуляционного насоса.

• При этом постепенно горячая фаза заменяется охлажденной. Однако качественно выполненный и грамотно рассчитанный тепло-накопитель способен полноценно поддерживать заданный нагрев теплоносителя не только в течение многих часов, но и при необходимости нескольких суток.

Теплоаккумулятор для системы отопления может применяться далеко не только в схеме с твердотопливным котлом, но и с любым другим, работающем на альтернативном виде топлива – газе, электричестве и даже энергии ветра, солнца и недр.

Сфера применения теплового накопителя определяется следующим рядом его возможностей:

1. Количество подключаемых потребителей зависит от наличия независимых контуров и может варьироваться от 4 до 20.
2. Тепловой накопитель можно переоборудовать в электрокотел – посредством монтажа ТЭНов через боковые фланцы.
3. Резервуар может разделяться на отдельные взаимодействующие сектора с помощью горизонтальных перекрытий внутри.
4. В нижнюю область бака может быть вмонтирован дополнительный теплообменник – для повышения производительности.
5. Для обеспечения горячей бытовой водой в резервуар может быть встроен накопитель или дополнительный теплообменник.

Обратите внимание!

Плюсы и минусы

Применение теплового аккумулятора в системе обогрева частного жилища имеет следующий ряд преимуществ:

• Существенная экономия топливных ресурсов. Вырабатываемое тепло задействуется в максимальной степени на обогрев дома.
• Возникает возможность использования для отопления нескольких энергоресурсов. Например, за базовую выработку тепла отвечает твердотопливный котел, периодически протапливаемый на полную мощность и заряжающий теплоаккумулятор, а для поддержки в промежуточных периодах задействуется компактный электрический или газовый котел. При этом в качестве дополнительного источника могут использоваться теплонагревательные контуры, работающие на альтернативных видах энергии – солнечных батареях и ветрогенераторе.

• Надежная защита от перегрева как самого агрегата, так и всех элементов отопительной схемы. Правильно рассчитанный тепло-накопитель просто не даст температуре возрасти выше установленного значения.
• Снижение процедур по обслуживанию в заданный период – увеличение времени между этапами по загрузке топлива.
• Стабилизация работы системы обогрева в целом – отсутствие перепадов температуры при резком похолодании, что обеспечивает более комфортный микроклимат в помещении.
• Обеспечение дома горячей бытовой водой.

Однако установка тепло-накопительного модуля в систему частного отопления имеет не только плюсы, но и зачастую некоторые минусы:

• Внедрение теплоаккумулятора оправдано, когда выдаваемая мощность агрегата как минимум в 1,5-2 раза превышает потребность в тепле жилым помещением.
• Работа теплового накопителя отличается большой инерционностью. С момента запуска до перехода в номинальное состояние проходит много времени. И оно тем больше, чем больше площадь обогреваемого помещения. Поэтому установка модуля актуальна только в домах с постоянным проживанием. Для периодического посещения, например, на выходных в дачном доме его применение нецелесообразно.

• Корпус аккумулятора тепла, как правило, отличается внушительными габаритами, что несколько усложняет задачу по его транспортировке и монтажу. Кроме того, из-за этого котельная должна иметь дополнительно предназначенное для его установки место рядом с котлом.
• Цены надежного фирменного тепло-накопителя и самого отопительного котла обычно сопоставимы, что существенно повышает итоговую стоимость всей системы. Однако в перспективе на долгосрочную эксплуатацию затраты окупаются значительной экономией энергоресурсов, продлением срока службы оборудования и компонентов и обеспечением комфортных условий в жилых помещениях.

Справка!

Разновидности

В зависимости от особенностей устройства, определяемых им свойств и предназначения выделяются следующие 4 основные разновидности теплового аккумулятора для систем отопления:

• Простейшие буферные емкости без перегородок внутри.

Полый внутри тепло-накопитель заполняется одним теплоносителем, циркулирующим между тепловым контуром котла и потребителями тепла. Устанавливается в следующих ситуациях:

1. Система обогрева (котел, батареи и прочие потребители) работает на одном и том же теплоносителе.
2. Предельное значение давления в оборудовании не выше аналогичного параметра для котла и накопителя.
3. Уровень нагрева теплоносителя на выходе из котельного контура не превышает максимально допустимого значения температуры потребителей.

При этом если последнее требование соблюсти не удается, установка буферной емкости все же возможна. Для этого в схему внедряются 3-ходовые краны, позволяющий снизить уровень нагрева горячего теплоносителя, входящего в потребительный контур, путем смешения его с остывшим – подаваемым из обратной магистрали.

• Со встроенным теплообменником в нижней части.

Внутри бака располагается дополнительный теплообменный контур, выполненный из трубы из нержавеющей стали. В зависимости от назначения количество таких змеевиков может быть от 1 до 3. Это позволяет создавать несколько независимых контуров с различными теплоносителями и их характеристиками.

Случаи применения:

1. Когда давление и уровень нагрева теплоносителя превосходят допустимые значения аналогичных параметров приемников.
2. Когда существует возможность использования нескольких теплогенератов – дополнительных котов, а также за счет солнечного света, ветра или геотермальных источников и т. д. При этом чем ниже значение уровня нагрева теплоносителя, тем ниже должен располагаться в баке контур, по которому он циркулирует.
3. Тепловые аккумуляторы данной разновидности также используются для индивидуального отопления дома, когда в теплообменном контуре используется один вид теплоносителя, а в системе потребления другой.

В отличие от простого буферного резервуара в накопителе этого типа осуществляется активное перемешивание теплоносителя. Последний, находясь в районе нижнего контура, нагревается и, приобретая меньшую плотность, устремляется вверх.

• С проточным теплообменным контуром для горячей воды с верхним расположением.

Для обеспечения равномерного горячего водоснабжения в резервуар помещается теплообменный контур проточного типа. При этом большая его часть располагается в верхней области бака. Входя в нижний патрубок, холодная вода под напором проходит змеевик до верхнего выхода, и уже в нагретом виде поступает на бытовые нужды.

Схема оптимальна для стабильного, равномерного, но без резкого пика потребления горячей воды. По остальным параметрам тепло-накопитель работает по принципу емкости первого типа.

• Со встроенным бойлером или баком для обеспечения горячего водоснабжения.

Аккумуляторный бак этой разновидности помимо функции отопления несет в себе задачу накопления тепла для горячего водоснабжения по типу бойлера косвенного нагрева. Применяется такой резервуар в случае, когда пик генерации тепловой энергии агрегата расходится с временем максимального забора горячей воды.

Как правило, современный потребитель используют горячую воду для бытовых нужд непродолжительно, но в большом объеме. Такой период, например, наступает в вечернее или утреннее время – когда жильцы принимаются утренний душ, а вечером готовят еду, производят стирку, уборку и т. д.

Обратите внимание!

Критерии выбора

При выборе аккумулятора тепла для домашней системы отопления должны учитываться следующие критерии:

• Вместимость емкости. Рассчитывается с учетом характеристик системы, мощности агрегата, расхода бытовой горячей воды.
• Размеры и вес. Они должны соответствовать прочности основания, на котором будут установлены, а также особенностям транспортировки и монтажных работ.
• Предельный уровень давления. Он должен быть не ниже аналогичного параметра в системе. Им задается толщина стенок, материал из которого они изготавливаются, а также геометрия и особенности конструкции бака.
• Материал корпуса. Изделия из углеродистого стального сплава дешевле, но и меньше служат из-за подверженности разрушения коррозией. Модели из нержавейки стоят дороже, но отличаются долговечностью.
• Дополнительные теплообменники. Количество задается наличием подключаемых контуров и сложностью схемы.

• Функционал. В зависимости от возможностей производители оснащают свою продукцию помимо основных параметров различными дополнительными функциями – встройка ТЭНов, монтаж контрольного и измерительного оборудования, установка автоматики и приборов безопасности, таких как, например, воздушные клапаны, термостаты и проч.
• Качество теплоизоляционного слоя. Учитывается не только толщина покрытия, но и тип используемого материала. Чем дольше бак хранит тепло, тем он более экономически выгоден в системе частного обогрева.

На заметку!

Основные расчеты

Безусловно, чем более вместителен теплоаккумулятор, тем дольше он может компенсировать простой котла отопления. Однако стоимость резервуара и затраты на обслуживание растут в прямой зависимости от его объема. Поэтому важно найти компромиссный путь в решении вопроса обеспечения системы качественным теплонакопителем. Для этого применяется расчет, в котором прежде всего учитываются три основных фактора:

• Интенсивность теплопотерь.
• Площадь дома.
• Период простоя генератора тепла.

На примере жилья площадью 100 м² разберем правила расчета вместимости накопителя тепла. Применяется следующие вводные данные (в реальности их значения могут быть несколько отличными):

1. Количество тепла для обогрева дома – 10 кВт.
2. Период бездействия агрегата – 10 часов.
3. Рабочая температура теплоносителя – 70 °C.
4. Суммарное количество тепла, которое должен отдавать бак для поддержки температуры помещения за весь период простоя = 10 ч х 10 кВт = 100 кВт – именно такое количество энергии он должен накапливать.
5. Максимальный уровень нагрева теплоносителя – 90 °C.

Далее требуется рассчитать массу (объем) воды, которая была бы способна удержать такое количество тепловой энергии, по следующей формуле:

• М = Кэ / 0,0012 Δт
• М – масса воды, кг,
• Кэ – количество запасаемой энергии, кВт,
• Δт – разница температуры между разогретым теплоносителем и остывшем в системе, °C,
• 0,0012 – теплоемкость воды, кВт/кг °C.

Подставляя в формулу вводные данные, получаем:

100/0,0012 (90-70) = 4166 кг или примерно 4 м³.

Однако на практике редко применяются такие большие емкости. Поэтому чтобы снизить расходы по их монтажу и обслуживанию, время простоя можно сократить наполовину, а уровень охлаждения теплоносителя уменьшить до приемлемых 50 0 С. Тогда для сохранения комфортного тепла в доме с хорошей теплоизоляцией будет достаточно емкости на 1000 литров.

Особенности подключения

Схема подключения бака теплоаккумулятора зависит от его конструкционных особенностей, уровня сложности системы отопления, подключаемых потребителей и общей развязки. Однако в простейшем случае, когда монтируется теплообменный полый буфер, имеющий всего 2 пары входных и выходных патрубков – снизу и вверху – используется стандартная схема

Она предполагает одинаковое значения давления и циркуляции одного и того же теплоносителя в контуре агрегата и потребителях. Для регулировки температуры и производительности в схеме на обратных магистралях – перед баком и после него перед агрегатом – устанавливается по одному циркуляционному насосу.

Иногда в схему добавляется пара 3-ходовых клапанов, смешивающих холодные и горячие потоки, для регулировки уровня нагрева. В одном случае исключается перегрев потребителя, в другом – предупреждается переохлаждение теплообменного контура агрегата и вредных последствий из-за образования конденсата.

Коротко о главном

Теплоаккумулятор – это специальная теплоизолированная емкость, напрямую соединенная с теплообменным контуром котла и обеспечивающая накопление тепла, а затем, равномерную его отдачу в систему отопления. Работает по принципу накопления, сдерживания и последующей раздачи тепловой энергии потребителям. Его главные функции:

1. Поддержание рабочего уровня нагрева теплоносителя в период простоя котла.
2. Снижение расходов энергоресурса.
3. Расширение периода между рабочими циклами агрегата.
4. Запуск, обслуживание котла в удобное для пользователя и потребления энергоресурсов время.

При этом теплоаккумулятор для котла имеет следующие главные преимущества – экономия, защита от перегрева, подключение дополнительных теплоисточников, обеспечение горячей водой; недостатки – инерционность, занимает много места, высокая стоимость. Классифицируется на 4 типа – буферные, с нижними и верхними змеевиками, со встроенным бойлером.

При выборе учитывается ряд параметров – вместимость, материал корпуса, габариты, масса, расчетное давление, функционал, количество теплообменников, качество утепления. Также перед приобретением бака важно правильно рассчитать его вместимость, зависящую от площади дома, специфики работы системы и оборудования.

автор Крылов Юрий

Домашнее тепловое хранилище: Часть 1: Горячая вода

Друзья, , на днях написавшие о фиаско «Песчаной батареи», напомнили о небольших тепловых хранилищах, которые используются в домашних условиях. И поэтому я подумал, что было бы интересно написать о физике хранения тепла.

Но все вышло из-под контроля , и теперь это первая из трех статей, в которых я буду сравнивать три разных типа теплоаккумуляторов, один из которых знаком большинству людей, и два менее знакомых:

• Резервуар горячей воды для бытовых нужд.
  • Сохраняет тепловую энергию в воде, которая затем используется непосредственно в домашнем хозяйстве.
  • Типичный накопитель горячей воды для бытовых нужд (ГВС) хранит от 7 до 10 кВтч тепловой энергии.
• Накопитель тепла с фазовым переходом.
  • Это сохраняет тепловую энергию в так называемом «скрытом тепле» материала, который поглощает тепловую энергию при плавлении и выделяет ее при постоянной температуре по мере замерзания материала.
  • Типичное тепловое хранилище с фазовым переходом хранит от 4 кВтч до 8 кВтч тепловой энергии, что сравнимо с емкостным водонагревателем, но требует примерно вдвое меньшего объема.
• «Бойлер» с нулевым уровнем выбросов.
  • Он хранит тепловую энергию в теплоемкости «теплового ядра» — цилиндра из бетона весом ~ 300 кг, который нагревается до поразительной температуры 800 °C.
  • Может накапливать до 40 кВтч тепловой энергии.
• «Большой термальный склад».
  • Похож на котел с нулевым уровнем выбросов, но тяжелее и нагревается «только» до 500 °C.
  • Может хранить до 100 кВтч тепловой энергии.

Нажмите на изображение, чтобы увеличить его . Схематическое изображение четырех различных типов теплоаккумулирующих устройств и человека для масштаба.

Ключевая роль всех этих устройств состоит в разделении двух событий:

• Время, когда энергия потребляется из центрального источника, такого как электросеть,
• Время, когда энергия используется в быту, например, когда вы принимаете душ.

Разделение этих событий  имеет два преимущества:

• Это позволяет пользователям накапливать тепловую энергию медленно, но быстро высвобождать большое количество тепловой энергии, например, когда вам нужен поток горячей воды «немедленно».
• Позволяет пользователям хранить тепловую энергию, когда это дешево или удобно.

Для каждого устройства нам необходимо рассмотреть, как оно нагревается («заряжается») и как оно передает накопленное тепло («разряжается»).

В этой статье мы рассмотрим, как работает накопитель горячей воды для бытовых нужд (ГВС), а в следующих статьях мы рассмотрим, как работают хранилища материалов с фазовым переходом и как работают котлы с нулевым уровнем выбросов и большие тепловые накопители. .

Бойлер горячей воды (ГВС)

Когда я впервые услышал, что емкостный водонагреватель описывает «аккумулятор тепла», я сначала был сбит с толку. Я всегда считал их запасами воды!

В других теплоаккумуляторах тепло сначала накапливается в материале, а затем передается в оборотную воду или ГВС только тогда, когда это необходимо. В емкостном водонагревателе накопительным материалом является вода, которая позже сама выйдет из крана.

Количество накопленной тепловой энергии можно оценить как произведение:

• Объем воды в баке
• Теплоемкость воды в баке (4200 Дж/°С/литр)
• Разница между температурой хранения и температурой зарядки.

Для 200-литрового резервуара , в котором хранится вода с температурой 55 °C, нагретая с 20 °C, это составляет ~29 МДж или 8,2 кВтч.

В цилиндре заданного размера можно хранить больше энергии, храня воду при более высокой температуре: при 75 °C накопленная энергия в указанном выше цилиндре составит 12,8 кВтч. Чтобы предотвратить слив обжигающе горячей воды, в верхней части цилиндра будет использоваться смесительный клапан, настроенный, скажем, на 50 ° C.

Нажмите на изображение, чтобы увеличить его . Схематическое изображение конструкции емкостного водонагревателя с внутренним змеевиком для нагрева хранимой воды. Справа — изображение катушек внутри их цилиндра, сделанное производителем.

Емкостный водонагреватель можно наполнить одним из нескольких способов.

• В простейшем случае электрический нагреватель, погруженный в воду, нагревает воду напрямую. Нагреватель мощностью 3 кВт может нагреть 200-литровый баллон до 55 °C менее чем за 3 часа. Нагреватель может питаться либо от сети, либо от избыточной солнечной фотоэлектрической энергии.
• В качестве альтернативы горячая вода, нагретая газовым котлом или тепловым насосом, может проходить через змеевик внутри цилиндра, передавая свое тепло хранящейся воде. Скорость нагрева в этом методе, как правило, будет ниже, чем при использовании погружного нагревателя.

Опорожнение баллона простое : открывается кран, и давление водопроводной воды вытесняет воду из верхней части цилиндра, заменяя ее холодной водой в нижней части.

Скорость разряда тепловой энергии определяется как произведение:

• Расход нагнетания (литров/сек)
• Теплоемкость воды в баке (4200 Дж/°С/литр)
• Разница между температурой хранения и температурой зарядки.

Таким образом, если 10 литров воды с температурой 50 °C сливается в минуту, выделяется тепловая энергия в размере 21 кВт. Это очень высокий уровень энергопотребления.

«Комбинированные котлы» может обеспечить очень высокую скорость нагрева, но только за счет выделения (при заданном расходе) около 0,1 кг CO2 за каждую минуту работы.

Трудности

Одна из трудностей с емкостным водонагревателем заключается в том, что естественная конвекция внутри емкостного водонагревателя заставляет горячую воду подниматься наверх. И расслоение внутри цилиндра может быть очень драматичным.

Поскольку большинство цилиндров имеют только один термометр где-то в середине цилиндра, даже после считывания показаний термометра трудно узнать, сколько тепла хранится в цилиндре в данный момент.

Кроме того, поскольку нагревательный змеевик или погружной нагреватель обычно находится в нижней трети цилиндра, необходимо повторно нагреть практически весь цилиндр, прежде чем в верхней части цилиндра появится достаточно горячая вода, что обычно занимает несколько часов. .

Некоторые современные цилиндры  производства компании Mixergy используют расслоение, нагревая воду сверху, а затем осторожно смешивая ее с более холодной водой снизу.

Эти управляемые компьютером цилиндры могут дать разумную оценку состояния заряда цилиндра, а также позволяют быстро нагревать небольшие объемы воды в верхней части цилиндра. Однако я не совсем понимаю, как работает технология.

Обновление : Это видео дает четкое, хотя и довольно глянцевое объяснение того, как работает система. Выяснилось, что Роберту Ллевелину дали один в рамках исследования!

Нажмите на изображение, чтобы увеличить его. Вода в обычном емкостном водонагревателе горячее вверху, но градиент температуры сверху вниз нечеткий. Более современные цилиндры с компьютерным управлением от компании Mixergy позволяют точно контролировать расположение температурного градиента.

Тепловые потери 

Емкость ГВС на 200 литров обычно имеет высоту 1 метр, диаметр 50 см и изолирован слоем пенополиуретана толщиной 50 мм с типичной теплопроводностью 0,025 Вт/°C/м. .

Нажмите на изображение, чтобы увеличить его.  Потери тепла из емкостного водонагревателя обычно составляют 10 % запасенной энергии в день.

Для цилиндра при 55 °C, это приводит к тепловым потерям примерно 35 Вт, или 0,85 кВтч/день. то есть цилиндр теряет около 10% запасенной энергии в день.

Эта скорость потерь увеличивается , если вода нагревается до более высокой температуры. Для цилиндра при 75 °C уровень потерь составляет ~ 55 ватт или 1,32 кВтч/день — опять же, около 10 % запасенной энергии в день.

Единственный способ уменьшить теплопотери — либо применить более качественную изоляцию (что дорого), либо нанести более толстый слой, что увеличивает размер цилиндра.

Резюме 

Бойлер ГВС на 200 литров — это простой способ хранения горячей воды для использования в доме.

В контексте возобновляемых источников энергии позволяет тепловому насосу с КПД 2,5 использовать примерно 1,5 кВт электроэнергии в течение 2 часов (3 кВтч) для полной зарядки цилиндра с ~8,5 кВтч тепловой энергии. Затем его можно разряжать со скоростью 10 литров в минуту, то есть высвобождая накопленную энергию со скоростью 21 кВт.

Недостатки емкостного водонагревателя (большой размер, 10% утечки в день, неизвестный температурный градиент внутри бака) обычно считаются приемлемыми.

Но есть альтернативы и одну из них мы рассмотрим в следующей статье.

Нравится:

Нравится Загрузка. ..

Эта запись была опубликована 23 июля 2022 года в 19:20 и размещена в разделе «Изменение климата, мой дом». Вы можете следить за любыми ответами на эту запись через ленту RSS 2.0. Вы можете оставить отзыв или вернуться со своего сайта.

Радиаторы из материала с фазовым переходом для охлаждения

Ресурсы для материалов с фазовым переходом Термальные решения

Материалы с фазовым переходом (PCM) представляют собой пассивную двухфазную технологию накопления тепла, которая использует скрытую теплоту плавления для поглощения тепловой энергии. Поскольку энергия, запасаемая скрытой теплотой плавления или замерзания, по крайней мере на 1-2 порядка выше, чем энергия удельной теплоемкости, радиатор PCM является высокоэффективным устройством управления температурой.

В то время как обычные ПКМ, такие как парафиновые воски, обладают высокой теплоемкостью из-за скрытой теплоты, они также, как правило, имеют низкую теплопроводность, часто < 1 Вт/м-К. Это вызывает необходимость в дополнительных функциях, таких как расширенные поверхности и ребра, чтобы эффективно плавить весь PCM с минимальным термическим сопротивлением. Таким образом, конструкции радиатора и теплообменника PCM имеют решающее значение для обеспечения оптимального решения с учетом SWaP для сборки более высокого уровня.

Две основные причины выбрать тепловое решение на основе PCM	Типичные области применения, которые выигрывают от использования тепловых решений PCM, включают:
Сглаживание тепловой энергии при импульсной или циклической работе, что позволяет проектировать систему отвода тепла для средней тепловой нагрузки, а не для пиковой нагрузки Кратковременное хранение тепла, при отсутствии подходящего теплоотвода, который может обеспечить защиту от отказа во время работы с охлаждающей жидкостью	Оружие направленной энергии Импульсная электроника Ракеты Охлаждение батареи HVAC (отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха) Тепловой контроль космического корабля Конденсаторы с воздушным охлаждением для электростанций

Расширенное управление температурным режимом с использованием PCM

Инженеры ACT имеют опыт проектирования систем управления температурным режимом на основе PCM мощностью от милливатт до киловатт.

Блоки PCM для аккумулирования тепла используют различные материалы PCM и стеновые материалы для удовлетворения конкретных требований применения. Наш опыт моделирования и производства включает парафиновые воски, гидратированные соли и сборки PCM на металлической основе для мощностей от 1 до 100 кВт. Из-за динамических, зависящих от времени тепловых свойств теплообменника PCM, расширенные возможности моделирования и опыт теплового проектирования необходимы для хорошо спроектированной системы.

Возможности моделирования ACT и пакеты программного обеспечения для сборок PCM:	Типы сложной упаковки из ПКМ, в которой ACT имеет опыт:
Программное обеспечение для проектирования и анализа собственной разработки Термальный настольный компьютер Autodesk Simulation CFD Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК)	VAB (вакуумная алюминиевая пайка) Рифленые поверхности Плавники (складчатые, цельные, скрепленные и т. д.) Встраиваемые корпуса с тепловыми трубками Теплообменники Добавка Изготовлено

Для оценки проектных требований и рекомендаций свяжитесь с экспертом по тепловым технологиям ACT сегодня.

Ссылки на ресурсы PCM

Радиаторы PCM компании ACT предназначены для поглощения тепла с минимальным повышением температуры при плавлении материала с фазовым переходом

Краткое введение в теплоотводы из материала с фазовым переходом

Калькулятор радиатора PCM можно использовать для определения приблизительного размера и массы радиатора PCM, необходимого для систем хранения тепла.

Обсуждение основных типов PCM: парафиновые воски, непарафиновые органические соединения, гидратированные соли и металлы

Радиаторы PCM должны быть спроектированы с учетом очень низкой теплопроводности типичных PCM

Вебинары

Видео

Исследования и разработки Улучшения

в пределах нескольких микрометров от затворов на высокомощных импульсных кристаллах GaN могут снизить температуру и/или увеличить максимальную мощность без перегрева

Добавление PCM в теплообменник для импульсных систем направленного энергетического оружия (DEW) может значительно уменьшить размер, вес и мощность (SWaP) для всей системы охлаждения

Одноразовое использование, потеря охлаждающей жидкости, демпфирование: используется для охлаждения электроники как для работы в импульсном режиме, так и при неадекватности существующего радиатора

Повышение холодопроизводительности: электростанции с сухим охлаждением отбрасывают мегаватты тепла для конденсации низкотемпературного пара низкого давления без потребления пресной воды. Однако мощность систем сухого охлаждения должна быть снижена при высокой температуре окружающего воздуха, поскольку может конденсироваться меньше пара. ACT разрабатывает систему охлаждения, в которой используется материал с фазовым переходом (PCM) и термосифоны для увеличения охлаждающей способности в дневное время путем плавления PCM 9.0005

Большинство систем хранения тепла предназначены для хранения тепла путем плавления материала с фазовым переходом (PCM) и могут работать в течение очень большого количества циклов. Когда необходимо выполнить всего несколько циклов, следует рассмотреть возможность термического хранения с вентиляцией, поскольку это может привести к более легким и/или более компактным системам

При нагревании жидкость, удерживаемая в пористой структуре, закипает, испаряется, а затем пар выпускается

Подобно накопителям тепла с отводом пара, аккумуляторы тепла на основе гидридов предлагают потенциал для систем с меньшей массой и объемом по сравнению с обычными системами хранения тепла из ПКМ.

предлагают потенциальное сокращение объема на 90 и более процентов по сравнению с системами PCM

термальных банков хранят солнечное тепло между сезонами | Сезонное хранение тепла | ThermalBanks сокращают выбросы углерода | Хранение тепловой энергии с использованием межсезонных накопителей тепла | Подземное хранилище тепловой энергии УТЭС

и сократить выбросы углерода

за счет повторного использования возобновляемого тепла в межсезонных хранилищах тепла

Сезонное хранение тепла

Термальные банки™ сохраняют тепло в межсезонье

Термальные банки — это земляные банки, используемые для хранения солнечной тепловой энергии, собранной летом, для использования зимой для обогрева зданий. Тепловой банк является неотъемлемой частью межсезонной системы теплопередачи, изобретенной, разработанной и запатентованной ICAX для удовлетворения потребности в возобновляемых источниках энергии на месте без сжигания ископаемого топлива.

Межсезонный термальный склад

Термический банк используется для хранения теплых температур на очень большом объеме земли в течение нескольких месяцев, в отличие от стандартного теплоаккумулятора, который может кратковременно поддерживать высокую температуру в теплоизолированном баке.

Тепло движется медленно в земле – тепловая инерция

Характерной чертой земли является то, что тепло проходит через нее очень медленно – всего один метр в месяц. ICAX использует эту тепловую инерцию для подачи избыточного тепла в землю в летние месяцы и извлечения этого тепла в зимние месяцы для использования в отоплении зданий.

Межсезонная теплопередача работает путем улавливания тепловой энергии солнца через сеть коллекторных труб прямо под поверхностью асфальтированных дорог (или автостоянок или школьных игровых площадок). Затем он сохраняет энергию в термальных банках, управляемых компьютером, в земле под фундаментом зданий, и высвобождает ее для обогрева зданий зимой с помощью тепловых насосов, подключенных к системе подогрева полов.

Постоянная температура, только если ее не беспокоить

Температура земли на глубине семи метров в Великобритании, как правило, очень близка к 10°C – температура будет очень мало различаться между летом и зимой, так как тепло перемещается очень медленно в земля. ICAX использует эту характеристику земли для хранения тепла от лета до зимы. Использование жидкости — в множестве труб — в качестве транспортного механизма решает проблему доставки тепла в землю — и обратно.

Способ поглощения и выделения тепла грунтом сложен и требует изучения с использованием сложных итерационных методов, которые стали практичными только с использованием вычислительной гидродинамики («CFD»). С тех пор компьютерные модели, разработанные ICAX, были протестированы на практических установках и усовершенствованы, чтобы отразить эмпирические результаты. Они использовались для уточнения конструктивных параметров успешных термальных батарей.

Черные поверхности поглощают тепло

Асфальтированные дороги имеют тенденцию поглощать солнечное тепло до такой степени, что они излучают тепло так же быстро, как и поглощают его: температура поверхности асфальта часто может достигать 15°C выше температуры окружающего воздуха температура.

ICAX собирает тепло, используя воду, циркулирующую по множеству труб, встроенных в поверхность асфальта, и накапливает его в термальных банках, установленных под изолированным фундаментом зданий. Температура на Термальном берегу может быть повышена с естественной температуры 10°C до более чем 25°C в течение летних месяцев.

ICAX использует геотермальный тепловой насос для извлечения тепла из ThermalBank, когда это необходимо для обогрева здания зимой с помощью теплых полов. В отличие от обычного геотермального теплового насоса, который обычно запускается при осенней температуре грунта 10°C, тепловой насос в межсезонной системе теплопередачи запускается при температуре выше 25°C от ThermalBank.

IHT удваивает CoP, начиная с тепла

Это удваивает коэффициент полезного действия теплового насоса и позволяет сократить выбросы углерода на 50% по сравнению с получением тепла от газового котла.

Подземное хранилище тепловой энергии – UTES

Термобанк также называют подземным хранилищем тепловой энергии – UTES или сезонным хранилищем тепла. ThermalBank позволяет повторно использовать тепло.

Скважинное хранилище тепловой энергии – BTES

Там, где нецелесообразно создавать горизонтальный термальный банк для хранения энергии, ICAX использует скважинное поле для выполнения той же функции. Это описывается как хранение тепловой энергии в скважине (BTES).

См. также: Возобновляемое тепло

См. также: Возобновляемое тепло Поощрительное возмещение чистой энергии для большей части текущих расходов в течение более 20 лет.

См. также: Banking on IHT

«Полезной технологией, несомненно, будет долговременное хранение тепла». по словам профессора Дэвида Маккея.

Другие называют хранилище тепловой энергии «Святым Граалем индустрии возобновляемых источников энергии» .

Термальный банк

Термальный банк — это земляной банк, используемый для хранения тепла между сезонами. Альтернативные описания включают: Банк тепла, Батарея тепла, Аккумулятор тепла, Хранилище тепла, Подземный накопитель энергии, Сезонный накопитель тепла, Межсезонный накопитель тепла, Сезонный накопитель тепла, Межсезонный накопитель тепла, Подземный накопитель тепловой энергии («UTES»), сезонный почвенный аккумулятор тепла. .

См. также: Экономические возобновляемые источники энергии

См. также: Повторное использование тепловой энергии

Проекты ICAX: Услуги Тоддингтона | Школа Хоу Делл | Хиросима | HMP Garth
Общественный центр Мертона | Саффолк Один Колледж | Супермаркет Теско Гринфилд | Веллингтон | Кембридж Террас | Фабрика УТП

См. Отопление от грунта       См. Охлаждение от грунта    См. Энергия от грунта

Тепловое хранилище Давление в сети Решения для горячего водоснабжения

Что такое термоаккумулятор?

Теплоаккумулятор – это устройство, используемое для хранения тепловой энергии. Теплоаккумуляторы могут использоваться для хранения тепла из различных источников, включая электрические (погружные нагреватели), газовые, солнечные батареи (тепловые или фотоэлектрические) и твердотопливные котлы. Теплоаккумуляторы могут использоваться не только для обеспечения горячей водой для бытовых нужд, но и для отопления.

Как работает термоаккумулятор?

Теплоаккумулятор – это устройство, которое накапливает тепло в виде горячей воды. Он состоит из запаса воды, которая нагревается от источника тепла, такого как бойлер. Резервуар изолирован либо инъекционной пеной, либо изоляцией из распыляемой пены, чтобы предотвратить утечку тепла, а трубы спроектированы так, чтобы свести к минимуму потери тепла.

Горячая вода для бытовых нужд образуется, когда холодная вода под давлением проходит через внутренний теплообменник, затем смешивается с холодной водой до температуры 55 градусов и подается в краны.

Питание системы отопления может осуществляться как напрямую со склада, так и через отдельный внутренний теплообменник.

Для получения дополнительной информации нажмите здесь.

В чем преимущества термоаккумулятора?

Наличие в доме теплоаккумулятора дает много преимуществ, и одно из основных заключается в том, что он может потреблять энергию, когда она стоит по самой низкой цене, для использования, когда это необходимо.

Термоаккумулятор также по своей природе безопасен не только потому, что он является хранилищем с открытой вентиляцией, но и благодаря тому, что горячая вода для бытовых нужд представляет собой холодную водопроводную воду, которая мгновенно генерируется, риск заражения легионеллой отсутствует. Использование смесительного клапана для контроля температуры горячей воды обеспечивает домовладельцам защиту от ожогов.

Кроме того, нет необходимости в постоянном обслуживании цилиндров без вентиляции, что снижает эксплуатационные расходы.

Energy Savings Trust подчеркивает преимущества термоаккумулятора.

Как устанавливается термоаккумулятор?

Термоаккумулятор монтируется путем подключения к центральному водоснабжению, холодному водоснабжению и системе центрального отопления (где применимо). Затем хранилище заполняется водой и устанавливается температура. Затем накопитель можно использовать для нагрева воды для системы центрального отопления или для горячего водоснабжения.

Для установки не требуется, чтобы установщик имел квалификацию G3, как при установке без вентиляции.

Для получения дополнительной информации нажмите здесь.

Какие существуют типы термоаккумуляторов?

Доступен широкий ассортимент теплоаккумуляторов, будь то только электрические, для использования с котлом центральной установки, многотопливного применения, и это лишь некоторые из них. С опциями не только для горячей воды, но и для самого отопления, диапазон обширен.

Свяжитесь с нашей технической командой, которая поможет определить правильный продукт для вашего приложения.

Можно ли использовать теплоаккумулятор с возобновляемыми технологиями?

Термоаккумулятор является идеальным партнером для возобновляемых источников тепла, максимизируя преимущества за счет возможности использования как для отопления, так и для горячего водоснабжения.

Имея открытый клапан, он подходит для неконтролируемых источников тепла, таких как горелки на пеллетах или дровах, в дополнение к солнечному теплу и электричеству, вырабатываемому ветром или гидроэлектростанциями. Цилиндр или бак может принимать тепло, когда он доступен, и хранить тепловую энергию для использования, когда это требуется для объекта, что является основным преимуществом для поставщиков энергии.

Как происходит процесс теплопередачи в термоаккумуляторе?

В теплоаккумуляторе вода, хранящаяся в баке, используется для получения энергии, необходимой для отопления и горячего водоснабжения.

Обычно существует два подхода к проектированию и производству термоаккумулятора. Во-первых, теплоаккумуляторы на основе змеевика, во-вторых, теплоаккумуляторы с внешним пластинчатым теплообменником (ПТО).

В теплоаккумуляторе змеевикового типа вода для бытовых нужд проходит через высокоэффективный медный змеевик, забирая тепло из окружающего теплоаккумулятора воды для подачи горячей воды под давлением в сеть. Эта вода смешивается с холодной водой через термостатический смесительный клапан до 55 градусов и подается на выходы с необходимой температурой.

Теплоаккумуляторы могут использовать внешний пластинчатый теплообменник, однако этот метод использует гораздо более сложный способ подачи горячей воды и включает в себя больше компонентов — насос, ПТО, реле протока и узел подключения, хотя они работают очень хорошо, очевидно, что есть больше компонентов, которые могут пойти не так.

Отопление помещения может осуществляться либо непосредственно из хранилища, либо через отдельный внутренний теплообменник.

Каковы размеры термоаккумулятора?

Изготовление из меди, McDonald Water Storage может изготовить термоаккумулятор в соответствии с требованиями установки. Будь то цилиндр с отдельным баком F&E, цилиндр с комбинированным баком F&E или даже прямоугольный бак, где доступное пространство сильно ограничено.

Сколько стоит термосклад?

Термоаккумулятор стоит дороже по сравнению с невентилируемым решением. Однако при сравнении растворов горячей воды важно учитывать следующее;

• Ежегодное обслуживание термоаккумулятора не требуется, но требуется в случае невентилируемой альтернативы
• Термоаккумуляторы не требуют выпускных трубопроводов, обеспечивая идеальное решение для многоквартирных домов и сокращая время и стоимость установки
• Возможность Обеспечить как отопление помещений, так и горячее водоснабжение можно только с помощью теплоаккумулятора.
• Для установки термоаккумулятора не требуется квалифицированный инженер G3

Аккумулятор тепловой энергии может сыграть важную роль в декарбонизации зданий – Центр новостей

Может ли резервуар со льдом или горячей водой быть аккумулятором? Да! Если батарея — это устройство для хранения энергии, то хранение горячей или холодной воды для питания системы отопления или кондиционирования воздуха в здании — это другой тип хранения энергии. Эта технология, известная как аккумулирование тепловой энергии, существует уже давно, но ее часто упускают из виду. Теперь ученые из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) прилагают согласованные усилия, чтобы вывести накопление тепловой энергии на новый уровень.

Чтобы преодолеть некоторые ограничения традиционных накопителей тепловой энергии на водной основе, ученые лаборатории Беркли изучают разработку материалов и систем следующего поколения, которые будут использоваться в качестве теплоносителя или охлаждающей среды. Они также создают основу для анализа затрат, а также инструмент для сравнения экономии затрат. В серии статей, опубликованных в этом году, исследователи лаборатории Беркли сообщили о важных достижениях в каждой из этих областей.

«Обезуглероживание зданий, особенно для отопления, очень сложно», — сказал Рави Прашер, заместитель директора лаборатории энергетических технологий Berkeley Lab. «Но если вы храните энергию в форме конечного использования, то есть тепла, а не в форме энергоснабжения, то есть электричества, экономия затрат может быть очень убедительной. И теперь с разработанной нами структурой мы сможем сопоставить затраты на хранение тепловой энергии по сравнению с хранением электроэнергии, например, с литиевыми батареями, что до сих пор было невозможно».

В Соединенных Штатах на здания приходится 40% общего потребления энергии. Из них почти половина идет на тепловые нагрузки, которые включают в себя отопление и охлаждение помещений, а также нагрев и охлаждение воды. Другими словами, пятая часть всей производимой энергии идет на тепловые нагрузки в зданиях. Ожидается, что к 2050 году спрос на электроэнергию от тепловых нагрузок резко возрастет, поскольку природный газ будет постепенно сокращаться, а отопление все чаще будет осуществляться за счет электричества.

«Если мы используем аккумулирование тепловой энергии, в котором сырье более обильное для удовлетворения потребности в тепловых нагрузках, это частично снизит потребность в электрохимическом аккумулировании и высвободит батареи для использования там, где аккумулирование тепловой энергии не может быть использовано, — сказал Суманджит Каур, руководитель группы тепловой энергии Berkeley Lab.

Жизнеспособная и экономичная альтернатива батареям

По мере того, как наше общество продолжает электрифицироваться, потребность в батареях для хранения энергии, по прогнозам, будет огромной, достигнув, по оценкам, от 2 до 10 тераватт-часов (ТВтч) ежегодного производства батарей к 2030 году по сравнению с менее чем 0,5 ТВтч сегодня. Поскольку в обозримом будущем литий-ионные аккумуляторы станут доминирующей технологией хранения, ключевым ограничением является ограниченная доступность сырья, включая литий, кобальт и никель, которые являются основными компонентами современных литиевых аккумуляторов. Хотя лаборатория Беркли активно работает над устранением этого ограничения, также необходимы альтернативные формы хранения энергии.

«Сейчас литиевые батареи сталкиваются с огромным давлением с точки зрения поставок сырья, — сказал Прашер. «Мы считаем, что хранение тепловой энергии может быть жизнеспособной, устойчивой и рентабельной альтернативой другим формам хранения энергии».

Аккумуляторы тепловой энергии могут быть развернуты в различных масштабах, в том числе в отдельных зданиях — например, в вашем доме, офисе или на заводе — или на районном или региональном уровне. В то время как в наиболее распространенной форме тепловой энергии используются большие резервуары с горячей или холодной водой, существуют и другие типы так называемого аккумулирования явного тепла, например, использование песка или камней для хранения тепловой энергии. Однако эти подходы требуют большого пространства, что ограничивает их пригодность для проживания.

Из жидкого состояния в твердое и обратно

Чтобы обойти это ограничение, ученые разработали высокотехнологичные материалы для хранения тепловой энергии. Например, материалы с фазовым переходом поглощают и выделяют энергию при переходе между фазами, например, из жидкого в твердое и обратно.

Материалы с фазовым переходом имеют ряд потенциальных применений, включая терморегулирование батарей (чтобы они не перегревались или не переохлаждались), усовершенствованный текстиль (подумайте об одежде, которая может автоматически согревать или охлаждать вас, тем самым обеспечивая тепловой комфорт во время работы). снижение энергопотребления зданий) и сухое охлаждение электростанций (для экономии воды). В зданиях материалы с фазовым переходом могут быть добавлены к стенам, действуя как тепловая батарея для здания. Когда температура окружающей среды поднимается выше точки плавления материала, материал меняет фазу и поглощает тепло, тем самым охлаждая здание. И наоборот, когда температура падает ниже точки плавления, материал меняет фазу и выделяет тепло.

Однако одна проблема с материалами с фазовым переходом заключается в том, что они обычно работают только в одном диапазоне температур. Это означает, что для лета и зимы потребуются два разных материала, что увеличивает стоимость. Лаборатория Беркли решила решить эту проблему и добиться так называемой «динамической настраиваемости» температуры перехода.

Показаны два различных способа интеграции аккумулирования тепловой энергии в зданиях. Термическая батарея (питание от материала с фазовым переходом) может быть подключена к тепловому насосу здания или традиционной системе отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (слева), или материал с фазовым переходом может быть встроен внутрь стен. (Фото: лаборатория Беркли)

В исследовании, недавно опубликованном в Cell Reports Physical Science, исследователи первыми достигли динамической настраиваемости в материале с фазовым переходом. В их революционном методе используются ионы и уникальный материал с фазовым переходом, который сочетает в себе накопление тепловой энергии с накоплением электрической энергии, поэтому он может хранить и поставлять как тепло, так и электричество.

«Эта новая технология действительно уникальна, потому что она объединяет тепловую и электрическую энергию в одном устройстве», — сказал руководитель группы Applied Energy Materials Гао Лю, соавтор исследования. «Он функционирует как тепловая и электрическая батарея. Более того, эта возможность увеличивает потенциал накопления тепла благодаря возможности регулировать температуру плавления материала в зависимости от различных температур окружающей среды. Это значительно увеличит использование материалов с фазовым переходом».

Каур, также соавтор статьи, добавил: «В целом это помогает снизить стоимость хранения, поскольку теперь один и тот же материал можно использовать круглый год, а не только полгода».

В крупномасштабном строительстве эта комбинированная способность аккумулировать тепловую и электрическую энергию позволила бы материалу накапливать избыточную электроэнергию, вырабатываемую локальными солнечными или ветровыми установками, для удовлетворения как тепловых (нагрев и охлаждение), так и электрических потребностей.

Развитие фундаментальной науки о материалах с фазовым переходом

Еще одно исследование лаборатории Беркли, проведенное ранее в этом году, касалось проблемы переохлаждения, которое не является сверххолодным в некоторых материалах с фазовым переходом, потому что делает материал непредсказуемым, поскольку он не может каждый раз менять фазу при одной и той же температуре. Под руководством ассистента аспиранта лаборатории Беркли и аспиранта Калифорнийского университета в Беркли Дрю Лилли исследование, опубликованное в журнале Applied Energy, стало первой демонстрацией методологии количественного прогнозирования характеристик переохлаждения материала.

Третье исследование лаборатории Беркли, опубликованное в Applied Physics Letters в этом году, описывает способ развития понимания фазового перехода на атомном и молекулярном уровне, что имеет решающее значение для разработки новых материалов с фазовым переходом.

«До сих пор большинство фундаментальных исследований, связанных с физикой фазового перехода, носили вычислительный характер, но мы разработали простую методологию для прогнозирования плотности энергии материалов с фазовым переходом», — сказал Прашер. «Эти исследования являются важными шагами, которые открывают путь к более широкому использованию материалов с фазовым переходом».

Яблоки к яблокам

Четвертое исследование, только что опубликованное в журнале Energy & Environmental Science, разрабатывает структуру, которая позволит проводить прямое сравнение стоимости батарей и аккумулирования тепловой энергии, что было невозможно до сих пор.

«Это действительно хорошая платформа для сравнения — яблоки с яблоками — аккумуляторы и тепловые накопители, — сказал Каур. «Если бы кто-нибудь приходил ко мне и спрашивал: «Должен ли я установить Powerwall (система литиевых батарей Tesla для хранения солнечной энергии) или накопитель тепловой энергии», у меня не было возможности их сравнить. Эта структура дает людям возможность понять стоимость хранения на протяжении многих лет».

Структура, разработанная исследователями из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии и Окриджской национальной лаборатории, учитывает затраты на протяжении всего срока службы. Например, тепловые системы имеют более низкие капитальные затраты на установку, а срок службы тепловых систем обычно составляет от 15 до 20 лет, тогда как батареи обычно необходимо заменять через восемь лет.

Инструмент моделирования для развертывания накопителей тепловой энергии в системах отопления, вентиляции и кондиционирования зданий

Наконец, исследование с исследователями из Калифорнийского университета в Дэвисе и Калифорнийском университете в Беркли продемонстрировало технико-экономическую осуществимость развертывания систем ОВКВ с аккумулированием тепловой энергии на основе материалов с фазовым переходом. Сначала команда разработала имитационные модели и инструменты, необходимые для оценки экономии энергии, снижения пиковой нагрузки и стоимости такой системы. Инструмент, который будет доступен для общественности, позволит исследователям и строителям сравнивать экономику систем ОВКВ с накоплением тепловой энергии с полностью электрическими системами ОВКВ с электрохимическим накоплением и без него.

«Эти инструменты открывают беспрецедентную возможность изучить экономические аспекты реальных приложений систем отопления, вентиляции и кондиционирования, интегрированных в системы хранения тепловой энергии, — сказал руководитель проекта Berkeley Lab Спенсер Даттон. «Интеграция аккумулирования тепловой энергии позволяет нам значительно снизить мощность и, следовательно, стоимость теплового насоса, что является важным фактором снижения стоимости жизненного цикла».

Затем группа приступила к разработке «готового к эксплуатации» прототипа системы ОВКВ для небольших коммерческих зданий, в которой использовались как холодные, так и горячие тепловые батареи на основе материалов с фазовым переходом. Такая система отключает как охлаждение, так и отопление от электрической сети. Наконец, команда проводит полевые демонстрации в масштабах жилых домов, уделяя особое внимание электрификации домов и переносу нагрузки на отопление и горячее водоснабжение.

«Если подумать о том, как энергия потребляется во всем мире, люди думают, что она потребляется в виде электричества, но на самом деле в основном она потребляется в виде тепла», — сказал Ноэль Бахтян, исполнительный директор Центра хранения энергии Berkeley Lab. «Если вы хотите обезуглероживать мир, вам нужно обезуглероживать здания и промышленность. Это означает, что вам нужно обезуглероживать тепло. Существенную роль здесь может сыграть хранение тепловой энергии».

Исследование проводилось при поддержке Управления технологий зданий Управления энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики.

# # #

Национальная лаборатория Лоуренса Беркли, основанная в 1931 году на основе убеждения, что самые сложные научные задачи лучше всего решаются командами, и ее ученые были отмечены 14 Нобелевскими премиями. Сегодня исследователи из лаборатории Беркли разрабатывают устойчивые энергетические и экологические решения, создают новые полезные материалы, расширяют границы вычислительной техники и исследуют тайны жизни, материи и Вселенной. Ученые со всего мира полагаются на оборудование лаборатории для своих собственных научных открытий. Лаборатория Беркли — это многопрофильная национальная лаборатория, управляемая Калифорнийским университетом для Управления науки Министерства энергетики США.

Управление науки Министерства энергетики США является крупнейшим сторонником фундаментальных исследований в области физических наук в Соединенных Штатах и ​​работает над решением некоторых из самых насущных проблем нашего времени. Для получения дополнительной информации посетите страницу Energy.gov/science.

– Киран Джулин участвовала в написании этой статьи.

Новый способ хранения солнечного тепла | Новости Массачусетского технологического института

Представьте, если бы ваша одежда могла по требованию выделять достаточно тепла, чтобы вам было тепло и уютно, позволяя вам настроить параметры термостата и чувствовать себя комфортно в более прохладной комнате. Или представьте себе лобовое стекло автомобиля, которое аккумулирует солнечную энергию, а затем высвобождает ее в виде выброса тепла, чтобы растопить слой льда.

По словам группы исследователей из Массачусетского технологического института, оба сценария вскоре могут стать возможными благодаря новому материалу, который может накапливать солнечную энергию в течение дня и высвобождать ее позже в виде тепла, когда это необходимо. Эту прозрачную полимерную пленку можно наносить на самые разные поверхности, например на оконное стекло или одежду.

Хотя солнце является практически неисчерпаемым источником энергии, оно доступно только примерно в половине того времени, когда оно нам нужно, — в дневное время. Чтобы солнце стало основным поставщиком энергии для нужд человека, должен быть эффективный способ сохранить его для использования в ночное время и в ненастные дни. Большинство таких усилий было сосредоточено на хранении и восстановлении солнечной энергии в виде электричества, но новое открытие может обеспечить высокоэффективный метод хранения солнечной энергии посредством химической реакции и последующего ее высвобождения в виде тепла.

Открытие профессора Массачусетского технологического института Джеффри Гроссмана, постдока Дэвида Житомирского и аспиранта Юджина Чо описано в статье в журнале Advanced Energy Materials . Команда говорит, что ключом к обеспечению долгосрочного стабильного хранения солнечного тепла является хранение его в форме химического изменения, а не хранение самого тепла. В то время как тепло неизбежно рассеивается с течением времени, независимо от того, насколько хороша изоляция вокруг него, система хранения химических веществ может бесконечно удерживать энергию в стабильной молекулярной конфигурации, пока ее выделение не будет вызвано небольшим выбросом тепла (или света, или электричества).

Молекулы с двумя конфигурациями

Ключ представляет собой молекулу, которая может оставаться стабильной в любой из двух различных конфигураций. Под воздействием солнечного света энергия света переводит молекулы в их «заряженную» конфигурацию, и они могут оставаться в таком состоянии в течение длительного времени. Затем, когда их запускает очень специфическая температура или другой стимул, молекулы возвращаются к своей первоначальной форме, выделяя при этом взрыв тепла.

Такие химические накопительные материалы, известные как солнечное тепловое топливо (STF), были разработаны ранее, в том числе в предыдущей работе Гроссмана и его команды. Но эти более ранние попытки «имели ограниченную полезность в твердотельных приложениях», поскольку они были разработаны для использования в жидких растворах и не позволяли создавать прочные твердотельные пленки, говорит Житомирский. Новый подход является первым, основанным на твердотельном материале, в данном случае на полимере, и первым, основанным на недорогих материалах и широко распространенной технологии производства.

«Эта работа представляет собой захватывающую возможность одновременного сбора и хранения энергии в одном материале», — говорит Тед Сарджент, профессор Университета Торонто, который не участвовал в этом исследовании.

Производство нового материала требует всего двухэтапного процесса, который «очень прост и масштабируем», — говорит Чо. Система основана на предыдущей работе, направленной на разработку солнечной плиты, которая могла бы накапливать солнечное тепло для приготовления пищи после захода солнца, но «с этим были проблемы», — говорит он. Команда поняла, что если теплоаккумулирующий материал можно сделать в виде тонкой пленки, то его можно будет «встроить во множество различных материалов», говорит он, включая стекло или даже ткань.

Чтобы сделать пленку способной накапливать полезное количество тепла, а также обеспечить простоту и надежность ее производства, команда начала с материалов, называемых азобензолами, которые изменяют свою молекулярную конфигурацию в ответ на свет. Затем азобензолы можно стимулировать крошечным импульсом тепла, чтобы они вернулись к своей первоначальной конфигурации и в процессе высвобождали гораздо больше тепла. Исследователи модифицировали химический состав материала, чтобы улучшить его плотность энергии — количество энергии, которое может храниться при заданном весе, — его способность образовывать гладкие однородные слои и его реакцию на активирующий тепловой импульс.

Сбрасывание льда

Материал, который они получили, очень прозрачен, что может быть полезно для защиты от обледенения ветровых стекол автомобилей, говорит Гроссман, профессор Мортона и Клэр Гоулдер и семьи в области экологических систем и профессор материалов. наука и техника. Хотя во многих автомобилях уже для этой цели в задние окна встроены тонкие нагревательные провода, все, что мешает обзору через переднее окно, запрещено законом, даже тонкие провода. Но прозрачная пленка из нового материала, зажатая между двумя слоями стекла — как в настоящее время делается со связующими полимерами, чтобы предотвратить разлетание осколков стекла при аварии — может обеспечить тот же противообледенительный эффект без какой-либо блокировки. По его словам, немецкая автомобильная компания BMW, спонсор этого исследования, заинтересована в таком потенциальном применении.

С таким окном энергия будет накапливаться в полимере каждый раз, когда автомобиль стоит на солнце. Затем, «когда вы запускаете его», используя лишь небольшое количество тепла, которое может быть обеспечено нагревательной проволокой или потоком нагретого воздуха, «вы получаете этот взрыв тепла», — говорит Гроссман. «Мы провели тесты, чтобы показать, что вы можете получить достаточно тепла, чтобы сбросить лед с лобового стекла». Достижение этого, объясняет он, не требует, чтобы весь лед действительно был растаял, просто чтобы лед, ближайший к стеклу, растаял достаточно, чтобы образовался слой воды, который высвобождает остальной лед, чтобы он соскальзывал под действием силы тяжести или отталкивался в сторону. по дворникам лобового стекла.

Команда продолжает работать над улучшением характеристик пленки, говорит Гроссман. В настоящее время материал имеет легкий желтоватый оттенок, поэтому исследователи работают над улучшением его прозрачности. И он может выпустить взрыв примерно на 10 градусов по Цельсию выше температуры окружающей среды — достаточно для таяния льда — но они пытаются увеличить это до 20 градусов.

Система в том виде, в каком она существует сейчас, уже может быть значительным благом для электромобилей, которые тратят так много энергии на обогрев и защиту от обледенения, что их запас хода может сократиться на 30 процентов в холодных условиях. По словам Гроссмана, новый полимер может значительно уменьшить этот сток.

«Это новаторский и своеобразный подход, — говорит Сарджент из Университета Торонто. «Исследование является крупным шагом вперед в практическом применении твердотельных материалов для хранения/выделения тепла как с научной, так и с инженерной точки зрения».

Работа выполнена при поддержке NSERC Canada Banting Fellowship и BMW.

Поделитесь этой новостной статьей:

Упоминания в прессе

BBC News

Репортер BBC News Дэвид Гибсон пишет, что исследователи Массачусетского технологического института разработали тонкую прозрачную пленку, которая может накапливать солнечную энергию для последующего использования. Гибсон пишет, что полимер можно использовать для защиты от обледенения ветровых стекол, «обогрева сидений и рулевого колеса или даже для зарядки носков от солнечной энергии перед поездкой на мотоцикле».