Расчет теплоаккумулятора: Теплоаккумулятор для твердотопливного котла: расчет, выбор, обвязка

Содержание

Как рассчитать теплоаккумулятор для твердотопливного котла. Калькулятор

Теплоаккумулятор и Laddomat рекомендуется устанавливать в систему отопления с твердотопливным котлом потому что он дает возможность:

котлу — работать в оптимальном тепловом режиме, что существенно продлевает срок службы котла;
экономить до 50% топлива;
реже растапливать котел;
оптимизировать график растопки котла: например, запасать тепло днем и расходовать его ночью.

Расчет теплоаккумулятора

Рассчитать мощность теплоаккумулятора можно по формуле:

Q = (C x M x ΔT),

где
Q — мощность теплоаккумулятора, кВт·час
С — удельная теплоемкость теплоносителя, Дж/кг·К
M — масса теплоносителя, кг
ΔT — разница температур в верхней и нижней частях теплоаккумулятора.

Например, возьмем теплоаккумулятор объемом 2000 л, теплоноситель — вода (С = 4200 Дж/кг

·К), ΔT возьмем равным 35^оС, тогда:

Q = 4200 х 2000 х 35 = 252 МДж = 81,7 кВт·ч.

Для дома площадью 200 кв.м примем теплопотери 10 Вт на 1 кв.м площади, т.е. 20 кВт·ч.

Разделив мощность теплоаккумулятора Q на теплопотери дома, получим время нагрева теплоаккумулятора котлом: 81,7 / 20 = 4 часа 5 мин.

Для подбора теплоаккумулятора можно калькулятор.

Расчет теплоаккумулятора. Калькулятор

Объем ТА	Время работы ТА	Время зарядки ТА
500 л	0	0
750 л	0	0
1000 л	0	0
1500 л	0	0
2000 л	0	0

Расчет объема теплоаккумулятора для отопления частного дома, онлайн калькулятор

Теплоаккумулятор – емкость, в которой можно накопить теплоноситель с излишками тепла, вырабатываемыми при использовании твердотопливного котла, солнечных коллекторов или любого другого источника. Далее эту энергию можно использовать для отопления или нагрева горячей воды, когда источники неактивны. Более подробно о этих емкостях, схемах подключения и особенностях вы можете прочитать здесь.

Что бы теплоаккумулятор правильно и эффективно работал необходимо рассчитать его объем. В противном случаи, при недостаточном объеме, часть тепла будет теряться и КПД вашей системы отопления будет ниже. При значительно большем объеме, чем нужно, вы потратите лишние деньги на само оборудование, а температура в емкости будет немного ниже. Что бы избежать этих проблем можно воспользоваться формулой расчета емкости или нашим онлайн калькулятором.

Онлайн калькулятор

*Если калькулятор показывает 0 (ноль), значить у вас нет излишков энергии, которые можно накопить.

Это приблизительная цифра, максимально приближенная к реальности без учета таких переменных как: вид топлива, КПД котла, энергоэффективность здания.

Пояснения

Мощность котла по паспорту – каждый производитель указывает ее с документации к оборудованию. Если котел был изготовлен самостоятельно и его мощность неизвестна, примерно определить ее можно опытным путем. На дом площадью 100 м2 достаточно котла 10 кВт. Если ваш агрегат справляется с задачей обогрева вашего дома, при средней загрузке топки, возьмете за основную величину площадь этого помещения и определите мощность. Нужно понимать что это будут очень средние данные, без учета теплопотерь, энергоэффективности здания и тд.

Мощность, необходимая для отопления вашего дома. Это та энергия, которая нужна для поддержания необходимой температуры. Ее расчет проводит специалист на основе сложных формул и многих переменных. Например, для дома в 100м2 необходимо 8,5 кВт энергии в час. Опят же это очень усредненная цифра.

Температура теплоносителя, подача и обратка. Разница между этими цифрами и будет излишком, который нужно сохранить.

Теплоемкость воды. Это – табличная величина, которая равна 4,19 кДж/кг×°С или 1,164 Вт×ч. Она принимает участие в расчетах и является статистической величиной.

Как рассчитать объем без калькулятора

Расчеты производятся на основе остаточной энергии. За основу берется мощность котла в час и расход энергии на отопление. Так же вычисляется разница между температурой теплоносителя которая подается в систему и возвращается.

Формула выглядит так: m = Q / 1.163 х Δt,

Где:

Q – расчетное количество тепловой энергии, которую мы можем накопить. Это разница вырабатываемой мощности котла и необходимой нам для отопления;
m – масса воды в резервуаре, кг. Ее мы хотим вычислить;
Δt – разница между начальной и конечной температурами теплоносителя, °С;
1.163 кВт/кг – удельная теплоемкость воды.

Часто задаваемые вопросы

Калькулятор расчета объема теплоаккумулятора — с необходимыми пояснениями

Чтобы работа системы отопления была максимально экономичной, но, естественно, без потери своей эффективности, имеет смысл аккумулировать выработанное ею тепло, не востребованное в текущий момент, с тем расчётом, чтобы использовать его в то время, когда котел «отдыхает». Эта проблема решается установкой теплоаккумулятора с соответствующей обвязкой.

Калькулятор расчета объема теплоаккумулятора

А как определить, какой объём воды потребуется, чтобы гарантированно сберечь весь выработанный котлом тепловой потенциал? Для этого имеется специальный алгоритм, и он воплощен в размещенный ниже калькулятор расчета объема теплоаккумулятора.

Необходимые пояснения будут приведены ниже.

Калькулятор расчета объема теплоаккумулятора

Перейти к расчётам

На чем строится и как проводится расчет?

Безусловно, монтаж, запуск и отладка сложной системы отопления должны проводиться специалистами, иак как существует множество нюансов, который может знать только опытный мастер. Тем не менее, минимально необходимый объем теплоаккумулятора можно рассчитать самостоятельно хотя бы с тех позиций, чтобы предусмотреть место, достаточное для его установки.

Особую важность теплоаккумулятор приобретает в системах отопления, в которых основными источниками тепла выступают твердотопливный или электрический котлы.

Функционирование котла, работающего на твёрдом топливе, имеет особенность – своеобразную цикличность. Заправка его топливом проводится с определенной периодичность. В процессе активного горения выработанное тепло может быть избыточным, невостребованным в текущий момент, так как хорошо настроенные контура со своими термостатическими регуляторами возьмут ровно столько, сколько им требуется. А вот после прогорания топлива, до очередной загрузки, следует период простоя, и в этот промежуток времени как раз и пригодится тот тепловой потенциал, который был накоплен в аккумуляторе.

С электрическим котлом – несколько другой «расклад». Имеет смысл основную его работу спланировать на время действия ночного льготного тарифа, а затем днем использовать накопленное за этот срок тепло.

Кроме того, теплоаккумулятор позволяет подключать к системе отопления и альтернативные источники тепловой энергии, например, солнечные коллекторы – в погожий день они способны дать весомую прибавку в общий энергетический потенциал.

Итак, что необходимо для расчета.

Указать паспортную номинальную тепловую мощность котла отопления.
Указать «период активности котла». Под этим условным термином понимается:

— для твердотопливного котла – известное хозяевам время прогорания топливной загрузки.

— для электрического котла – продолжительность действия ночного льготного тарифа на электроэнергию.

Рассчитанная для конкретного дома необходимая тепловая мощность для качественного отопления. В период «активности» котла значительная часть энергии будет уходить по прямому предназначению – на обогрев помещений.

Как самостоятельно произвести расчет необходимой тепловой мощности? Можно перейти по ссылке к соответствующему калькулятору.

Необходимо сразу сделать важную ремарку – принято считать, что установка теплоаккумулятора тогда станет оправданной, когда мощность источника тепловой энергии хотя бы вдвое превышает потребное ее количество для качественного обогрева помещений.

Желательно учесть и КПД котла – как ни крути, а потери тепловой энергии в этом плане неизбежны.
Наконец, алгоритм расчета требует учета разницы температур в трубе подачи на входе из котла, и в «обратке». Необходимо указать соответствующие значения, которые, в принципе, несложно определить опытным путем.

Полученное значение (в литрах или в кубометрах) является минимальным.

Для чего нужен и как работает теплоаккумулятор?
Подробнее о достоинствах и недостатках, устройстве, схемах подключения и других нюансах, касающихся теплоаккумуляторов для котлов отопления – читайте в специальной публикации нашего портала.

Расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла

Использование твердого топлива позволяет эффективно отапливать дом при небольших расходах. Установив теплоаккумулятор для твердотопливного котла, можно сделать его работу более рациональной. При этом уменьшается расход топлива и увеличивается срок эксплуатации отопительного оборудования.

Возможность накапливать тепло позволяет реже производить загрузку топлива и использовать котел в летнее время для горячего водоснабжения. Чтобы правильно выбрать теплоаккумулятор, необходимо произвести расчет его объема, исходя из мощности котла и условий его работы.

Преимущества использования теплоаккумулятора

Особенность работы твердотопливных котлов заключается в том, что наибольшую эффективность сжигания топлива получают в режиме номинальной мощности. При этом часто теплоноситель разогревается сильнее, чем это требуется.

Избыток тепла можно сохранить, используя аккумуляторный бак, чтобы использовать его после остановки котла. Принцип действия таков:

во время работы котла, после того как теплоноситель достиг нужной температуры, происходит нагрев жидкости в дополнительной емкости;
аккумуляторный бак, имеющий надежную теплоизоляцию, сохраняет поступившее тепло;

после остановки котла и остывания теплоносителя в системе горячая жидкость из теплоаккумулятора направляется с помощью насоса в систему отопления.

При необходимости запуск котла производится несколько раз на высокой мощности до нужной степени нагрева воды в баке. После этого система отопления может функционировать без включения котла, пока сохраняется достаточная температура теплоносителя.

В зависимости от объема теплоаккумулятора и площади отапливаемого дома этот процесс может длиться до двух суток. Кроме возможности уменьшить частоту регулярных загрузок топлива, накопительный бак дает и другие преимущества:

сохранение избыточного тепла для дальнейшего использования;
предохранение котла от перегрева;
возможность параллельного использования отопительных котлов разного типа;
увеличение КПД котла;
продление срока службы отопительного оборудования;

уменьшение расхода топлива;
подогрев воды для бытовых нужд.

Совет! Использование резервного аккумулирующего бака снижает ограничение на использование горячей воды в часы пикового потребления.

Расчет емкости теплоаккумулятора

Методика, по которой производится расчет, может быть разной в зависимости от схемы применения. Вот примерная схема подсчетов:

Определение максимальной загрузки топлива. Например, в топку вмещается 20 кг дров. 1 кг дров способен выделить 3,5 кВт·ч энергии. Таким образом, при сжигании одной закладки дров котел отдаст 20·3,5=70 кВт·ч тепла. Время, за которое сгорает полная закладка, можно определить опытным путем или рассчитать. Если мощность котла, например, 25 кВт 70:25=2,8 ч.
Температура теплоносителя в отопительной системе. Если система уже смонтирована, достаточно измерить температуру на входе и выходе и определить теплопотери.
Определение желательной частоты загрузки. Например, возможна загрузка утром и вечером, а днем и ночью обслуживать котел нет возможности.

Расчет теплоаккумулятора

Если за час теплопотери помещения, например, составляют 6,7 кВт, то за сутки это составит 160, кВт. В рассматриваемом примере это составляет немногим больше, чем две закладки топлива. Как было определено выше, одна закладка дров сгорает около 3 часов, выделяя 70 кВт·ч тепловой энергии.

Потребность на обогрев дома 6.7·3=20,1 кВт·ч, запас аккумулирующего бака составит 70-20,1=49,9, то есть примерно 50 кВт·ч. Этой энергии хватит на период 50:6,7 – это около 7 ч. Значит на сутки требуется две полных заклаки и одна неполная.

Исходя из этих расчетов, рассмотрев несколько вариантов, останавливаемся на таком: в 23 часа делается неполная загрузка, в 6.00 и 18.00 – полная. Если начертить график уровня заряда теплоаккумулятора, видно, что максимальный заряд приходится на 60 кВт·ч в 9 утра.

Так как 1 кВт·ч=3600 кДж, запас должен составить 60·3600=216000 кДж тепловой энергии. Запас по температуре (разность максимального показателя воды и необходимого показателя подачи) 95-57=38°С. Теплоемкость воды 4,187 кДж. Таким образом, 216000/(4,187·38)=1350 кг. В этом случае необходимый объем теплоаккумулятора составит 1,35 м3.

Рассмотренный пример дает общее представление о том, как производится расчет емкости аккумулирующего бака.

В каждом отдельном случае необходимо учитывать особенности отопительной системы и условия ее эксплуатации.

Особенности установки теплоаккумулятора

Перед установкой оборудования должен быть составлен детальный проект. Необходимо учесть все требования производителей отопительного оборудования. При установке накопительного резервуара должны соблюдаться следующие правила:

Поверхность емкости должна иметь надежную теплоизоляцию.
На входе и выходе должны быть установлены термометры для контроля температуры воды.
Объемные баки чаше всего не вписываются в дверной проем. Если нет возможности внести резервуар до окончания строительства, придется использовать разборный вариант или несколько баков поменьше.
На входной трубе желательно наличие фильтра грубой очистки.
Рядом с резервуаром должны быть вмонтированы предохранительный клапан и манометр. В самом баке также должен быть воздухоотводящий клапан.
Должна быть предусмотрена возможность слива воды из бака.

Совет! Довольно часто наличие теплоаккумулятора является необходимым условием предоставления гарантии производителем твердотопливного котла.

Использование теплоаккумулятора в системе с твердотопливным котлом увеличивает эффективность работы теплогенератора и срок его службы, а также позволяет более экономно расходовать топливо. Возможность более редкой закладки топлива делает пользование отопительным котлом удобнее для потребителя. Расчет необходимой емкости аккумулирующего резервуара должен учитывать тип котла, особенности отопительной системы и условия ее эксплуатации.

Расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла

Как я делал расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла

13 февраля 2015

Предыстория

Так получилось, что некоторое время назад я приобрёл частный дом на некотором «удалении от цивилизации». Удалённость от цивилизации определяется главным образом тем, что газ там отсутствует в принципе. А разрешённая мощность электрического подключения не предоставляет технической возможности отапливать дом электричеством. Единственным реальным источником тепла в зимнее время является использование твёрдого топлива. Другими словами, дом был оборудован печкой, которую прежний хозяин топил дровами и углём.

Если кто-то имеет опыт использования печки, то ему не нужно объяснять, что это занятие требует постоянного контроля. Даже в не слишком холодную погоду невозможно заложить в печку дрова один раз и «забыть» про неё. Если положить слишком много дров, то в доме станет жарко. А после прогорания топлива, дом всё-равно быстро остынет. Волей-неволей, для поддержания комфортной температуры нужно постоянно подкладывать дрова понемногу. А в сильные морозы печь нельзя оставить без присмотра даже на 3-4 часа. Если не хочешь проснуться утром в холодном помещении, будь добр хотя бы один раз за ночь к печке подойти…

Разумеется у меня желания работать кочегаром не было. И поэтому я сразу же стал думать о более удобном способе отопления. Конечно, при невозможности использования газа или электричества, таким способом могла стать только современная система отопления на твёрдом топливе, состоящая из твердотопливного котла, теплоаккумулятора и простейшей автоматики для включения и выключения рециркуляционного насоса.

Чем современный котёл лучше обычной печки? Он занимает намного меньше места, в него можно заложить больше топлива, он обеспечивает лучшее сгорание этого топлива при максимальной загрузке, и теоретически с его помощью можно большую часть тепла оставить в доме, а не выпустить в трубу. Но в отличие от печки, твердотопливный котёл практически не возможно использовать без теплоаккумулятора. Я так подробно об этом пишу, потому что знаю множество людей, которые пытались отапливать дом такими котлами, подключая их напрямую к трубам отопления. Ничего хорошего у них не получилось.

Что же такое теплоаккумулятор или, как его ещё называют, буферная емкость? В простейшем случае это просто большая бочка с водой, стенки которой имеют хорошую теплоизоляцию. Котёл за два-три часа своей работы нагревает воду в этой бочке. А потом эта горячая вода циркулирует по системе отопления до тех пор, пока не остынет. По мере остывания, котёл нужно разжигать снова. Простейший теплоаккумулятор легко сделает любой сварщик. Но я, после непродолжительных раздумий, от этой идеи отказался и купил готовый. Поскольку живу я в Украине, то обратился в компанию «Теплобак» и ни разу не пожалел: здесь аккумулирующие баки делают профессионально и очень качественно.

В зависимости от объёма теплоаккумулятора, мощности котла и того, сколько тепла нужно дому, котёл приходится топить не постоянно, а один-два раза в сутки, или даже раз в двое-трое суток.

Как рассчитать объём теплоаккумулятора

При желании в интернете легко найти методики расчёта объёма теплоаккумулятора, но меня ни одна из них не устроила.

Некоторые «специалисты» рекомендуют умножать максимальную мощность имеющегося котла в киловаттах на какой-то коэффициент, причём этот коэффициент на разных сайтах отличается в два раза и более — от 25 до 50. По моему — бред полный. Просто потому, что полученный результат не имеет никакого отношения ни к вашему конкретному дому, ни к вашим пожеланиям как часто вам хочется топить котёл.

Нормальная методика учитывает все факторы: и климат в вашей местности, и теплоизоляцию дома, и ваши представления о комфорте. По-хорошему, этот расчёт также нужно будет провести много раз для разных температурных режимов, и выбрать максимальный объём теплоаккумулятора. И, кстати, мощность котла в правильной методике получается в результате расчётов, а не по принципу «какой был, такой и поставили». Но всё это достаточно сложно, и подходит скорее для котельных, а не для частного домовладения.

Я поступил гораздо проще. Я делал расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла следующим образом.

Надо оценить количества тепла, которое требуется дому за сутки. Это самая сложная и ответственная часть работы. Опять таки можно углубиться в расчёты (в учебниках для строительных вузов можно найти все необходимые методики). Но,если есть возможность, то проще и надёжнее провести непосредственное измерение — просто протопив дом в холодную погоду и измерив количество использованного топлива. Мой дом сравнительно небольшой — немного меньше 100 кв. м, и довольно теплый. Поэтому у меня получилось, что при температуре на улице около 0 градусов, для поддержания комфортной температуры требуется с солидным запасом 50 кВт*ч, для — 10 градусов — 100 кВт*ч, для — 20 градусов — 150 кВт*ч.
Выбрать котёл очень просто. Самые распространённые котлы имеют мощность порядка 25 кВт и с одной максимальной загрузки дают эту мощность порядка 3 часов. Следовательно одна растопка даёт порядка 75 кВт*ч тепла. Для нулевой температуры, таким образом, даже одной полной загрузки мне будет многовато. А для -20 градусов вполне достаточно будет топить 2 раза в сутки. Меня этот вариант вполне устроил.
Теперь собственно объём теплоаккумулятора. Теплоёмкость воды 4,2 кДж на литр на градус. максимальная тепмература в теплоаккумуляторе — 95 градусов, комфортная температура воды в системе отопления — 55 градусов. То есть, 40 градусов разницы. Другими словами, 1 литр воды в теплоаккумуляторе может накопить 168 кДж тепла, или 46 Вт*ч. А 1000 литров, соответственно — 46 кВт*ч. Отсюда следует, что для того, чтобы сохранить тепло от одной полной загрузки котла мне нужен теплоаккумулятор на 1500 литров. Это всё с запасом. На самом деле, требуется немного меньше, но после изучения цен на буферные ёмкости я решил этим пренебречь.

Этот расчёт означает, что в сильные морозы мне приходится топить котёл два раза в сутки, а в очень сильные — и три раза. Причём делать это нужно равномерно в течение суток: утром и вечером или утром, в начале вечера и перед сном. А когда больших морозов нет, я топлю котёл всего один раз — в любое время суток.

Конечно, если поставить теплоаккумулятор ещё больший по объёму, то можно сделать свою жизнь ещё комфортнее. Но тут уже приходится сталкиваться и с тем, что для большой бочки нужно много места.

Как выбрать и подключить теплоаккумулятор для котла

Котельные установки на твердом топливе не могут работать долгое время без вмешательства человека, который должен периодически загружать в топку дрова. Если этого не сделать, система начнет остывать, температура в доме будет понижаться. В случае отключения электроэнергии при полностью разгоревшейся топке появляется опасность вскипания теплоносителя в рубашке агрегата и последующее ее разрушение. Все эти проблемы можно решить, установив теплоаккумулятор для котлов отопления. Он также сможет выполнять функцию защиты чугунных установок от растрескивания при резком перепаде температур сетевой воды.

Обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором

Расчет буферной емкости для котла

Роль аккумулятора тепла в общей схеме отопления следующая: в процессе работы котла в штатном режиме накапливать тепловую энергию, а после затухания топки отдавать ее радиаторам в течение определенного промежутка времени. Конструктивно теплоаккумулятор для твердотопливного котла представляет собой утепленную емкость для воды расчетной вместительности. Она может устанавливаться как в помещении топочной, так и в отдельной комнате дома. Ставить такой бак на улице не имеет смысла, так как вода в нем будет остывать гораздо быстрее, чем внутри здания.

Подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу

Учитывая наличие свободного места в доме, расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла на практике производится так: вместительность бака принимается из соотношения 25—50 л воды на 1 кВт мощности, необходимой для обогрева дома. Для более точного расчета буферной емкости для котла предполагается, что вода в баке нагреется во время работы котельной установки до 90 ⁰С, а после отключения последней отдаст тепло и остынет до 50 ⁰С. Для разницы температур в 40 ⁰С значения отдаваемого тепла при различных объемах бака представлены в таблице.

Таблица значений отдаваемого тепла при различных объемах бака

Объем тепловогоаккумулятора, м 3

Даже если в здании есть место для установки большой емкости, это не всегда имеет смысл. Следует помнить, что большое количество воды потребуется нагреть, тогда мощность самого котла должна быть изначально в 2 раза больше, чем нужно для обогрева жилища. Слишком маленький бак не будет выполнять своих функций, так как не сможет накопить достаточное количество тепла.

Простая схема включения с подмешиванием

Аккумулирующее устройство может включаться в систему по разным схемам. Простейшая обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором пригодна для работы с гравитационными системами подачи теплоносителя и будет действовать при отключении электричества. Для этого бак надо установить выше радиаторов отопления. Схема включает в себя циркуляционный насос, термостатический трехходовой клапан и обратный клапан. В начале цикла разогрева вода, побуждаемая насосом, проходит по подающему трубопроводу от источника тепла через трехходовой клапан на отопительные приборы. Это продолжается до тех пор, пока температура подачи не достигнет определенного значения, например, 60 ⁰С.

Теплоаккумулятор для котлов отопления

При этой температуре клапан начинает подмешивать в систему холодную воду из нижнего патрубка бака, соблюдая на выходе установленную температуру 60 ⁰С. Через верхний патрубок, напрямую соединенный с котлом, в бак начнет поступать нагретая вода, аккумулятор начнет заряжаться. При полном сгорании дров в топке температура в подающей трубе начнет понижаться. Когда она станет меньше 60 ⁰С, термостат будет постепенно перекрывать подачу от источника тепла и открывать поток воды из бака. Тот, в свою очередь, будет постепенно наполняться холодной водой из котла и в конце цикла трехходовой клапан вернется в первоначальное положение.

Обратный клапан, включенный параллельно трехходовому термостату, включается в работу при остановке циркуляционного насоса. Тогда котел с теплоаккумулятором станут работать напрямую, теплоноситель пойдет к приборам отопления напрямую из емкости, которая будет пополняться водой от источника тепла. Термостат в этом случае не принимает участия в работе схемы.

Схема с гидравлическим разделением

Другая, более сложная схема подключения, подразумевает бесперебойную подачу электроэнергии. Если это обеспечить невозможно, то надо предусмотреть присоединение к сети через бесперебойный источник питания. Другой вариант – использование дизельных или бензиновых электростанций. В предыдущем случае подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу было независимым, то есть, система могла работать отдельно от бака. В данной схеме аккумулятор выполняет роль буферной емкости (гидравлического разделителя). В первичный контур, по которому циркулирует вода при розжиге котла, встроен специальный блок подмешивания (LADDOMAT).

Подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу

циркуляционный насос;
трехходовой термостатический клапан;
обратный клапан;
грязевик;
шаровые краны;
приборы контроля температуры.

Отличия от предыдущей схемы – все устройства собраны в один блок, и теплоноситель идет в бак, а не в систему отопления. Принцип работы помешивающего узла остается неизменным. Такая обвязка котла твердотопливного с теплоаккумулятором позволяет подключить на выходе из емкости сколько угодно ветвей отопления. Например, для питания радиаторов и напольной или воздушной системы отопления. При этом каждая ветвь имеет собственный циркуляционный насос. Все контуры разделены гидравлически, излишнее тепло от источника аккумулируется в баке и используется при необходимости.

Преимущества и недостатки

Система отопления с теплоаккумулятором, в которой источником тепла служит твердотопливная установка, имеет массу достоинств:

Повышение комфортных условий в доме, поскольку после сгорания топлива система отопления продолжает обогревать дом горячей водой из бака. Не нужно вставать среди ночи и загружать порцию дров в топку.
Наличие емкости защищает от закипания и разрушения водяную рубашку котла. Если внезапно отключили электричество или термостатические головки, установленные на радиаторах, перекрыли теплоноситель по причине достижения нужной температуры, то источник тепла будет нагревать воду в баке. За это время может возобновиться подача электричества или будет запущен дизель-генератор.
Исключена подача холодной воды из обратного трубопровода в раскаленный чугунный теплообменник после внезапного включения циркуляционного насоса.
Теплоаккумуляторы могут использоваться как гидравлические разделители в системе отопления (гидрострелки). Это делает работу всех ветвей схемы независимыми, что дает дополнительную экономию тепловой энергии.

Более высокая стоимость монтажа всей системы и требования к размещению оборудования – это единственные недостатки применения аккумулирующих емкостей. Однако за этими вложениями и неудобствами последуют минимальные эксплуатационные затраты в долгосрочной перспективе.

Как подключить теплоаккумулятор к твердотопливному котлу своими руками?

Сейчас многие владельцы частных домов, которые живут вдалеке от центральной магистрали отопления, переходят на твердотопливные котлы. Но эти устройства имеют существенный недостаток – для поддержания в помещении нужной температуры их нужно растапливать дважды за сутки, иначе можно остаться без тепла. Чтобы этого не случилось, в домашнюю систему отопления вводят еще один узел – теплоаккумулятор для твердотопливного котла. Его еще называют накопителем из-за способности удерживать тепло.

Особенности конструкции теплоаккумулятора

Устройство представляет собой цилиндрическую емкость, выполненную из нержавейки или черной стали. Габариты емкости зависят от его объема, который варьируется от нескольких сотен до десятков тысяч литров. Из-за больших объемов такое устройство сложно разместить в уже имеющейся котельной, поэтому нередко приходится ее достраивать. Существуют модели как с заводской теплоизоляцией, так емкости без неё.

При монтаже теплоаккумулятора нужно учитывать, что толщина утеплителя составляет 10 см. После него сверху на бак надевается кожаный кожух. Внутри емкости находится теплоноситель, который при сгорании топлива в котле быстро нагревается и долго сохраняет тепло за счет слоя утеплителя. После остановки работы котла накопитель отдает свое тепло в помещение, обогревая его. По этой причине растапливать котел будет необходимо не так часто, как раньше.

По своему устройству емкости теплоаккумулятора бывают:

с расположенным внутри бойлером. Такая конструкция создана для обеспечения жилья горячей водой из автономного источника;
с одним или двумя теплообменниками;
пустыми (без теплоносителя).

Для подключения накопителя к котлу и системе отопления дома предусмотрены резьбовые отверстия.

Принцип работы накопителя

Благодаря налаженной работе всей топливной системы, и в частности, теплоаккумулятора для твердотопливного котла, в жилье поддерживается постоянная температура за счет высокого КПД устройства и рационального использования тепла. Взаимодействие всей системы происходит в следующей последовательности:

Подача в котел холодной воды. После начала работы циркуляционного насоса, расположенного между котлом и накопителем, холодная жидкость из последнего устройства передается в верхнюю часть котла, и горячая вода начинает занимать освободившееся пространство.
Подача горячей воды в отопительную систему . После включения насоса, установленного между накопителем и радиатором, он нагнетает горячую воду в трубы отопления, а холодный теплоноситель начинает поступать вниз накопительного бака. После достижения в помещении нужной температуры термостат отключает работу накопителя.
Передача аккумулирующей энергии. Она осуществляется даже после сгорания в топке всех дров. Накопитель будет передавать тепло до тех пор, пока весь его бак не заполнится холодной водой.

Теплоаккумулятор для котлов отопления может отапливать помещение своими силами даже сутки. На продолжительность его работы будет влиять объем емкости, количество радиаторов, продолжительность труб между ними и температура на улице. Продлить его работу помогут встроенные в него змеевики – ТЭНы, подогревающие жидкость.

Расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла

Это устройство имеет довольно внушительные размеры, поэтому его лучше вносить в первоначальный проект отопления. Существует несколько методик расчета его бака. Приведем самые простые из них:

Буферная емкость выбирается из среднего соотношения 30–50 л воды на 1 кВт мощности котельной установки.

Принять за исходную величину площадь отапливаемого помещения. Зная квадратуру отапливаемого помещения, следует умножить ее на 4 и получить объем бака. Например, нагреть домик в 50 м2 способен накопитель в 200 литров.

Не стоит брать бак слишком большого объема. В этом случае нужно нагреть много воды, а котел может не справиться с поставленной задачей. Его мощность первоначально выбиралась исходя из расчета, что она больше в два раза нужной, а в случае использования габаритной емкости потребуется приобрести котельную установку еще с большим запасом мощности.

При выборе накопительной емкости кроме расчетов следует учитывать еще один показатель: если теплопотребление в пиковые часы сильно отличается от среднечасового, и они занимают продолжительное время, то бак нужно покупать с большим объемом, чем получился при расчетах.

Схема подключения теплоаккумулятора к твердотопливному котлу

Подключение осуществляется в упрощенном виде, и может быть выполнено своими руками. Буферная емкость располагается параллельно отопительному устройству, а трубы закольцовывают ее, поэтому такая схема известна еще как обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором.

В подключении участвуют:

трехходовой клапан;
циркуляционный насос, расположенный на обратной магистрали между котлом и накопителем;
змеевик для нагрева воды;
теплоаккумулятор для котла отопления в виде большого бака, наполненного горячей и холодной водой;
трехходовой кран;
циркуляционный насос, находящийся между накопителем и радиатором;
котел;
отопительный прибор.

Подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу осуществляется через патрубки. Более точную информацию о завязке всех приборов отопительной системы можно понять, изучив пошаговую инструкцию.

Инструкция и видео по подключению теплоаккумулятора к твердотопливному котлу

Пошаговая инструкция по подключению агрегата:

Вначале устанавливается котел по стандартной схеме. На трубах, идущих от него к накопителю, обязательно нужно установить группу безопасности и трехходовой клапан. Последний защищает котельную установку от конденсата. Если в котле ручная загрузка, то температура воды в обратной магистрали будет не ниже 55 0С, а для его аналога гидролизного типа она лежит в пределах от 65 до 75 0С. Под этот показатель подбирается соответствующий клапан. Перед ним устанавливается циркуляционный насос, нагнетающий горячий теплоноситель в буферный бак.
В систему подключается теплоаккумулятор.
На верхней трубе устанавливается трехходовой смесительный кран.
Подключается насос. Для его подсоединения в систему нужно дополнительно установить на верхней части накопителя обычный релейный термостат, который имеет погружную гильзу.
После него необходимо предусмотреть два обратных клапана: лепестковый вид будет расположен на горячей трубе, а пружинный на обратке. Они необходимы для введения в систему газового котла.

Установка, работающая на газу, признана выполнять две функции: она выступает альтернативным источником тепла, а также компенсирует долгий нагрев отопительной системы котлом, уменьшая его от 4 часов до получаса. Газовая установка дает в систему воду, нагретую до 40 0С, а котел нагнетает ее до 600С. Когда такая вода продвигается по системе, в газовом устройстве происходит автоматическое отключение. В случае если в системе температура станет меньше 400С, газовый котел снова включится и начнет обогревать жилье.

В предложенном ролике продемонстрировано, как правильно подсоединить накопитель с котлом на твердом топливе и его аналогом на газу.

Сегодня накопители для топливной системы очень популярны. Они эффективны и экономны. С ними можно оттянуть закладку топлива в котел на сутки, а при продумывании всех деталей системы и на более долгий срок. Подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу можно выполнить самому или обратившись за помощью к специалистам. Запуск отопления лучше производить в их присутствии, чтобы они правильно отреагировали при возникновении неполадок.

Источники: http://www.sovets.ru/housewife/flat/otoplenie/11111.htm, http://cotlix.com/teploakkumulyator-dlya-kotlov-otopleniya-rekomendacii-po-vyboru, http://ksportal.ru/804-podklyuchit-teploakkumulyator-k-tverdotoplivnomu-kotlu.html

Расчет теплоаккумулятора для отопления. Калькулятор расчета объема теплоаккумулятора

Калькулятор расчета объема теплоаккумулятора

Необходимые пояснения будут приведены ниже.

Калькулятор расчета объема теплоаккумулятора

На чем строится и как проводится расчет?

Функционирование котла, работающего на твёрдом топливе, имеет особенность – своеобразную цикличность. Заправка его топливом проводится с определенной периодичность. В процессе активного горения выработанное тепло может быть избыточным, невостребованным в текущий момент, так как хорошо настроенные контура со своими термостатическими регуляторами возьмут ровно столько, сколько им требуется. А вот после прогорания топлива, до очередной загрузки, следует период простоя, и в этот промежуток времени как раз и пригодится тот тепловой потенциал, который был накоплен в аккумуляторе.
С электрическим котлом – несколько другой «расклад». Имеет смысл основную его работу спланировать на время действия ночного льготного тарифа, а затем днем использовать накопленное за этот срок тепло.

Итак, что необходимо для расчета.

Указать паспортную номинальную тепловую мощность котла отопления.
Указать «период активности котла». Под этим условным термином понимается:

— для твердотопливного котла – известное хозяевам время прогорания топливной загрузки.

— для электрического котла – продолжительность действия ночного льготного тарифа на электроэнергию.

Рассчитанная для конкретного дома необходимая тепловая мощность для качественного отопления. В период «активности» котла значительная часть энергии будет уходить по прямому предназначению – на обогрев помещений.

Как самостоятельно произвести? Можно перейти по ссылке к соответствующему калькулятору.

Желательно учесть и КПД котла – как ни крути, а потери тепловой энергии в этом плане неизбежны.
Наконец, алгоритм расчета требует учета разницы температур в трубе подачи на входе из котла, и в «обратке». Необходимо указать соответствующие значения, которые, в принципе, несложно определить опытным путем.

Полученное значение (в литрах или в кубометрах) является минимальным.

Для чего нужен и как работает теплоаккумулятор?

Подробнее о достоинствах и недостатках, устройстве, схемах подключения и других нюансах, касающихся теплоаккумуляторов для котлов отопления – читайте в специальной публикации нашего портала.

Источник: https://domastroevo.ru/stati/raschet-teploakkumulyatora-dlya-otopleniya-raschet-bufernoy-emkosti

Расчет теплоаккумулятора для отопления дома калькулятор. Объем буферного бака аккумулятора

Давайте разберемся в том, какой объём теплоаккумулятора должен быть. Есть расхожие мнения, которые основываются на расчете исходя из:

площади помещения;
мощности котла.

Давайте разберемся с каждым из них. Если отталкиваться от площади помещения, то точных рекомендаций быть не может . Так как есть много факторов, влияющих на время автономной работы системы без котла, основной из которых – это теплопотери помещения. Чем лучше утеплен дом, тем дольше буферная емкость сможет обеспечивать жилье теплом.

Конечно, чем больше резервуар, тем лучше, но чтобы нагреть большее количество теплоносителя понадобиться больше мощности нагревателя. Расчет мощности котла делается исходя из отапливаемой площади. Один киловатт прогревает десять метров. Можно поставить и пятитонный резервуар, только если котел не потянет такие объёмы, смысла никакого в установке такого большого теплоаккумулятора не будет. Значит, нужно вносить коррективы в расчет мощности самого котла.

Получается, что, возможно, правильнее делать расчет исходя из мощности котла. Возьмём для примера все тот же дом 200 м кв. Приблизительный расчет объёма буферной емкости следующий – один киловатт энергии прогревает 25 литров теплоносителя. То есть если стоит нагреватель мощностью 20 Вт, то объём ТА должен быть около 500 литров, чего явно недостаточно для такого жилья.

По итогам расчетов можно сделать вывод, что если вы собрались ставить теплоаккумулятор, то нужно учитывать это при подборе мощности котла и брать не один, а два киловатта на десять метров отапливаемой площади. Только тогда система будет сбалансированная. Объём ТА также влияет и на расчет вместительности экспанзомата. Экспанзомат – это расширительный бак, который компенсирует тепловое расширение теплоносителя. Чтобы посчитать его объём нужно взять общий объём теплоносителя в контуре, включая вместительность буферной емкости, и поделить на десять.

Какой теплоноситель лучше использовать в системе отопления частного дома. Какой он — оптимальный жидкий теплоноситель?

Идеальный жидкий теплоноситель систем отопления автономного типа должен отвечать следующим требованиям:

Обладать достаточной теплоемкостью, чтобы эффективно накапливать и передавать тепловую энергию.

Быть химически нейтральным по составу, чтобы не провоцировать возникновение коррозионных очагов в элементах отопительного оборудования и не разъедать уплотняющие прокладки в местах соединений контура.

Поддерживать рабочее состояние в широком диапазоне температур.

Не содержать соединений и веществ, оседающих в трубах и батареях, вызывающих зарастание их твердыми отложениями.

Быть стабильным по составу — не разлагаться и не расщепляться на различные химические составляющие под действием высокой температуры или от времени. Его плотность, вязкость, теплоемкость и химическая инертность должны оставаться постоянными.

Быть безопасным для обитателей отапливаемого с его помощью дома, то есть быть нетоксичным и негорючим.

Иметь доступную цену.

Набор требований определен: он логичен и понятен. К сожалению, жидкого теплоносителя, соответствующего всем этим критериям, в природе не существует.

Разные жидкости, используемые для отопления, имеют неполный набор вышеперечисленных свойств и характеристик, причем усиления одних часто удается добиться за счет ухудшения других. Из-за этого проблему приобретения жидкостного теплоносителя считают непростой задачей. Грамотный выбор оптимального для конкретных объектов теплоносителя обязательно учитывает и нюансы конструкции системы, и особенности режима предстоящей эксплуатации. Отталкиваются при этом от приоритетного для объекта параметра, который становится решающим фактором.

Рассмотрим проблему выбора на конкретных примерах. Если теплоноситель нужен отопительной системе с твердотопливным котлом в частном доме, в котором хозяева проживают постоянно, не оставляя его ни на день, целесообразно выбрать воду. Те же вводные, но котел электрический, и нередки перебои с электроэнергией? Стоит подумать о смене теплоносителя или генератора тепловой энергии, поскольку в сильный мороз даже несколько часов простоя электрокотла могут вызвать поломку системы из-за замерзания воды. Если жилище используется наездами по выходным или праздникам, то систему отопления лучше заполнить незамерзающей жидкой субстанцией, но это требует наличия дополнительного оборудования и внесения изменений в конструкцию системы, а также надежной герметизации всех ее элементов.

Нужно также понимать, что пока не придумали теплоносителей, которые можно эксплуатировать вечно. Со временем любой наполнитель системы отопления нуждается в замене. Поэтому стоимость теплоносителя — один из решающих аргументов выбора. Иногда проблему выбора решают производители котлов, указывая в инструкции тип, а порой и марку рекомендуемого состава. Отступление от подобных рекомендаций приводит к прекращению гарантийного срока, что также надо учитывать.

Видео ТЕПЛОАККУМУЛЯТОР (расчет объема), удобное отопление

Правильная схема отопления с теплоаккумулятором

Содержание:

1. Функциональные особенности теплоаккумулятора
2. Использование теплоаккумуляторов для твердотопливных котлов
3. Тепловой аккумулятор для электрокотла
4. Системы многоконтурного отопления с теплоаккумуляторами
5. Правила установки и расчет

Многие хозяева часто сталкиваются с вопросом касательно того, что такое тепловой аккумулятор, используемый в отопительной системе, и как он функционирует. Об устройстве этих механизмов, а также о том, как должно проходить подключение теплоаккумулятора к котлу, далее и пойдет речь.

Функциональные особенности теплоаккумулятора

Аккумуляторный отопительный бак внешне представляет собой высокую емкость цилиндрической или квадратной формы, оснащенную несколькими патрубками, расположенными на разном уровне. Объем такого резервуара может составлять от 20 до 3000 литров, однако наиболее распространенными образцами являются модели от 0,3 до 2 м³.

Функциональность такого оборудования является действительно высокой и отличается следующими признаками:

конструкция может быть оснащена большим числом патрубков (от четырех до нескольких десятков). Влияет на это, в первую очередь, то, какой конфигурацией обладает система отопления с теплоаккумулятором, а также то, сколько контуров в ней имеется;
это оборудование можно оснастить теплоизоляцией, которой может выступать такие традиционные материалы, как минеральная вата или вспененный полиуретан. При этом правильнее будет изолировать бак даже в том случае, если он располагается в отапливаемом помещении, поскольку это позволит избежать непредвиденных потерь тепла;
материалом для изготовления стенок теплового аккумулятора своими руками могут послужить такие элементы, как черная или нержавеющая сталь. Второй материал обеспечит оборудованию более долгий срок службы, однако приобрести его будет дороже;
существует возможность разделения конструкции бака на сообщающиеся сегменты, отделенные друг от друга расположенными горизонтально перегородками. Данная мера позволяет теплоносителю иметь примерно одинаковую температуру в той или иной части механизма;
бак может быть оснащен особыми фланцами, предназначенными для установки ТЭНов (трубчатых электронагревателей). Их использование может допускать возможность того, что весь аппарат будет функционировать по принципу электрического котла;
в том случае, если оборудуется теплоаккумулятор с теплообменником, емкость аккумулятора может выполнять функцию приготовления горячей воды, пригодной дл питья. При этом теплообменник в этом случае может быть как обычным проточным пластинчатым, так и накопительным баком внутри резервуара. Так или иначе, расчет теплоаккумулятора для отопления не предусматривает большие затраты на нагрев воды для этих целей;
снизу агрегата может находиться еще один теплообменник, предназначенный для установки коллектора солнечного тепла. Монтируется он внизу системы потому, что эффективную теплоотдачу можно обеспечить даже при условии, если производительность коллектора будет невысокой, к примеру, в вечернее время. Читайте также: «Солнечная батарея для нагрева воды своими руками».

Использование теплоаккумуляторов для твердотопливных котлов

Для котлов такого типа схема отопления с теплоаккумулятором предусматривает такой режим работы, при котором топливо сможет по возможности сгорать без какого-либо остатка, а мощность оборудования, равно как и его КПД, будут максимальными. Для того чтобы отрегулировать мощность оборудования, можно ограничить подачу воздуха к камере сгорания.

Схема подключения теплоаккумулятора к твердотопливному котлу предусматривает такую систему, при которой:

тепло, производимое работающим при максимальной мощности котлом, направляется непосредственно к резервуару с водой для ее нагрева;
по окончании полного сгорания топлива теплоноситель не прекращает циркулировать по системе от бака накопления до радиаторов, постепенно забирая у него тепловую энергию. Читайте также: «Схема подключения твердотопливного котла к системе отопления».

Как результат, растапливать котел придется гораздо реже, что позволит сэкономить значительную часть времени и физических сил.

Тепловой аккумулятор для электрокотла

Самодельный теплоаккумулятор отопления, используемый вместе с котлом, работающим от электричества, также может обеспечить некоторую выгоду, несмотря на то, что большинство современных электрокотлов не требует тщательного ухода и прекрасно функционируют без чьего-либо вмешательства. Читайте также: «Самодельный пиролизный котел».

Особую пользу такая система будет нести при условии ночного тарифа. Так, в темное время суток стоимость на электроэнергию может быть значительно меньшей по сравнению с дневной ценой на киловатт-часы.

Поэтому функционирование аккумулятора отопления проходит по следующей схеме:

В ночное время автоматизированный котел самостоятельно включается в нужное время, при этом нагревая аккумулятор отопления до температуры, равной 90°.
Днем все полученное тепло расходуется на обогрев жилища. При этом регулировать расход воды можно, настроив желаемым образом производительность насоса циркуляции. Читайте также: «Как установить тепловой аккумулятор для отопления разными видами котлов».

Системы многоконтурного отопления с теплоаккумуляторами

Еще одно неоспоримое достоинство бака накопления – это потенциальная возможность эксплуатировать его как гидрострелку (прочитайте: «Гидрострелка для отопления»).

Подобная функция является очень нужной, так как ввиду того, что корпус бака оснащен как минимум четырьмя патрубками, появляется возможность отбирать теплоноситель с нужной температурой на том или ином уровне накопительного бака. Это даст возможность оборудовать качественный контур с высокой температурой, оборудованный радиаторами, а также отопление с низкими температурами, как, например, в теплом полу.

Однако не стоит забывать и о насосах, имеющих схемы контроля нагрева, поскольку температура на разных уровнях накопительного резервуара в разное время суток, как известно, отличается.

При этом функция патрубков не сводится исключительно к отводам для отопительных контуров. Сразу несколько систем котлов, оборудованных по разному типу, можно подключить к одному аккумулятору отопления.

Правила установки и расчет

Принцип подключения теплоаккумулятора является таким же, как и у гидрострелки, а основное отличие заключается только в теплоизоляции и объеме. Эти механизмы нужно монтировать между двумя трубопроводами, идущими от котла – обратным и подающим. Подающий элемент подключается к верхней части резервуара, в то время как обратный – к нижней. Читайте также: «Как подобрать теплоаккумулятор для котлов отопления – принцип работы, преимущества использования».

Для того чтобы рассчитать тепловую емкость устройства, можно воспользоваться следующей формулой: Q = mc (T2-T1). В данном случае Q – это количество накопленного тепла, m – масса, которой обладает вода в емкости, c – показатель удельной теплоемкости, измеряемый в Дж/(кг*К) и равный 4200, а Т2 и Т1 – исходный и конечный параметр температуры воды. Читайте также: «Как работает буферная емкость для отопления – преимущества, правила выбора и использования».

Пример использования теплоаккумулятора в схеме отопления:

Данная формула позволит правильно рассчитать то, какую тепловую емкость должен иметь теплоаккумулятор для котлов отопления. При возникновении вопросов относительно создания и монтажа теплоаккумуляторов, а также во избежание неполадок во время дальнейшей эксплуатации всегда можно обратиться за помощью к квалифицированным специалистам, в наличии у которых всегда имеются фото вариантов оборудования, а также подробные видео по их правильной установке.

Накопление теплового тепла в материалах

Тепловая энергия может храниться в материале в виде явного тепла путем повышения его температуры.

Накопление тепла или энергии можно рассчитать как

q = V ρ c _p dt

= mc _p dt (1)

где

q = накопленное физическое тепло в материале (Дж, британские тепловые единицы)

V = объем вещества (м ³, футы ³)

ρ = плотность вещества (кг / м ³, фунт / фут ³)

m = масса вещества (кг, фунты)

c _p = удельная теплоемкость вещества (Дж / кг ^o C, БТЕ / фунт ^o F)

dt = изменение температуры (^o C, ^o F )

1 кДж / (кг K) = 0.2389 БТЕ / (фунт _м ^o F)

Пример — Тепловая энергия, хранящаяся в граните

Тепло накапливается в граните 2 м ³ , нагревая его от 20 ^o C до 40 ^o С . Плотность гранита составляет 2400 кг / м ³, а удельная теплоемкость гранита составляет 790 Дж / кг ^o C . Тепловая энергия, запасенная в граните, может быть рассчитана как

q = (2 м ³) (2400 кг / м ³) (790 Дж / кг ^o C) ((40 ^o C) — (20 ^o C))
= 75840 кДж
q _кВтч = (75840 кДж) / (3600 с / час)
= 21 кВтч

Пример — Тепло, необходимое для нагрева воды

Тепло, необходимое для нагрева 1 фунта воды на 1 градус Фаренгейта при удельной теплоте воды 1.0 БТЕ / фунт ^o F можно рассчитать как

q = (1 фунт) (1,0 БТЕ / фунт ^o F) (1 ^o F) )

= 1 Btu

Калькулятор накопления тепловой энергии

Этот калькулятор можно использовать для расчета количества тепловой энергии, хранящейся в веществе. Калькулятор может использоваться как для единиц СИ, так и для британских единиц, если единицы используются последовательно.

V — объем вещества (м ³, фут ³)

ρ — плотность вещества (кг / м ³, фунт / фут ³)

c _p — удельная теплоемкость вещества (Дж / кг ^o C, Btu / lb ^o F)

dt — изменение температуры (^o C, ^o F )

термодинамика — Расчет накопленной энергии для накопителя тепла

Мне кажется, это может быть проблема XY.Вы запрашиваете энергию, хранящуюся в сосуде, но что вы будете делать с информацией, когда узнаете?

Энергия воды

Стакан водопроводной воды комнатной температуры содержит много энергии, но мало кто сочтет эту информацию полезной. Инженеры обычно обращают внимание на изменение энергии, вложенной в воду или получаемой из нее. Например, сколько домашнего отопления мы можем произвести за счет некоторого количества горячей воды, или сколько галлонов воды с температурой 65 градусов потребуется, чтобы принять душ с температурой 45 градусов по Цельсию.С точки зрения чистой физики, полная энергия жидкой воды при атмосферном давлении — это энергия, необходимая для ее нагрева от абсолютного нуля до точки плавления в виде льда, энергия, необходимая для плавления льда, и энергия, необходимая для нагрева его до текущей температуры. . Но это не очень полезно, потому что мы вряд ли столкнемся с экстремально низкими температурами, и поэтому будет трудно извлечь всю эту энергию. Помните, что тепло всегда перетекает с горячего на холодное.

Полезная энергия в воде

Ваш расчет показывает, что изменение температуры на 49 градусов по Цельсию будет изменением энергии на 57 кВт-ч.Но что это такое? Вы не сможете проработать 1000-ваттный фен в течение 57 часов, используя эту энергию. Вы можете использовать его для нагрева некоторого другого объема воды или, возможно, для нагрева комнаты с помощью теплообменника, но становится трудно извлечь всю эту энергию, когда температуры сходятся. Вы используете 20 градусов в расчетах, но не описываете, что это означает.

Что нам нужно

Итак, нам нужно знать, что вы пытаетесь сделать с этой нагретой водой.)

Накопитель тепловой энергии

Бен Рейнхардт

24 октября 2010 г.

Представлено как курсовая работа по физике 240, Стэнфордский университет, осень 2010 г.

Правила хранения тепловой энергии по двум принципам:

Явное аккумулирование тепла
Скрытое накопление тепла

Явное тепло вызывает изменение температуры.An отличительной характеристикой явного тепла является поток тепла от горячего к холоду посредством теплопроводности, конвекции или излучения. Управляющий уравнение для явного тепла q = m C _p (T ₂ -T ₁), где m — масса, Cp — удельная теплоемкость при постоянном давлении, а Т ₁ и Т ₂ — две температуры до и после нагрева. [1] Этот тип тепла хранение зависит от температурного градиента и требует изоляции для поддержания температурного градиента.[2]

Скрытое тепло работает по другому закону. Как тепло закачивается в материал, температура не меняется. Скрытая теплота накапливается в материале перед фазовым переходом и может быть определен как энергия, необходимая для фазового перехода. Уравнение скрытой теплоты: q = m C _p dT (s) + m L + m C _p dT, где L — энтальпия плавления и dT — разница температур. [1] Первый термин — явная теплота твердой фазы, второй — скрытая теплота плавления, а третий — явное тепло жидкой фазы.Потому что скрытого тепла, есть преимущество в хранении тепла при использовании материалы с фазовым переходом (ПКМ).

Использование PCM является многообещающей технологией, поскольку обеспечивает способ хранения тепла от возобновляемых источников, таких как солнце и отходящее тепло промышленных процессов (4). PCM может обрабатывать гораздо больше нагревать при той же температуре, что и материал с постоянным состоянием. Это из-за срока скрытой теплоты. Как было исследовано Akiyama et al., а 53/40/7 мас.% Смесь неорганических солей KNO ₃ / NaNO ₂ / NaNO ₃ показал 239 кДж / кг разница между накоплением тепла ЛГС и СВС при плавлении композита точка. [1] Помимо более высокой теплоемкости, PCM может также действуют как источник тепла с постоянной температурой; это потому что это может набирать и выделять тепло, оставаясь в состоянии фазового перехода. Для по этой причине PCM может работать постоянно и мало деградация с течением времени.[1]

Материалы, которые обычно используются в качестве ПКМ, включают: органические парафины и непарафины, неорганические соли и металлы. [1] Самыми популярными ПКМ по состоянию на 2009 год являются органические парафины, жирные кислоты и гидраты. [1] Они использовались для сбора солнечных и промышленных отходов. тепла, однако все они имеют температуру плавления ниже 200 ° C и используется для мелкомасштабного отопления, а не для электричества поколение. [1] При высоких температурах (выше 200 ° C) использовались ПКМ. неорганические соли, которые имеют гораздо более низкую теплопроводность, делая их менее эффективными, постоянными источниками тепла.[1]

Причина, по которой PCM эффективны для хранения температура промышленных отходов и солнечного тепла может быть продемонстрирована с помощью простые расчеты. Парафиновый воск, использованный Khin et al. имеет температура плавления 62 ° C и энтальпия плавления 145-240 кДж / кг. [3] Поскольку вода имеет температуру кипения 100 ° C, она не подвергается любое изменение при 62 ° C. Таким образом, вода будет использоваться в качестве низкотемпературной Температурный контрпример без PCM. С Cp равным 4.186 кДж / кг / К и предполагаемая начальная температура 25 ° C, теплоаккумулятор для вода при 62C, если принять постоянную удельную теплоемкость, составляет 154,9 кДж / кг (6). В расчет виден ниже:

q = (4,186 кДж / кг / К) (335K-298K) = 154,9 кДж / кг

Это сопоставимо со скрытой теплотой парафина. значение только 145-240 кДж / кг, поэтому с дополнительным парафином При нагревании парафиновый ПКМ выгоден при более низких температурах.

Однако при более высоких температурах PCM начинают терять их преимущество. Расплавленные соли и металлы, которые в основном используются для более высокая температура хранения тепла имеет значения скрытой теплоты как высокие как 1754,4 кДж / кг. [1] Вода, так как рабочие температуры для этих материалы будут иметь температуру более 200 ° C, будут превращены в перегретые пар с теплотой парообразования около 100 ° C значение 2257 кДж / кг. [4] Это значение, наряду с относительно высокой температурой емкость воды будет намного больше, чем энергия, запасенная на килограмм PCM, демонстрируя, что высокая температура хранения тепла с ПКМ нецелесообразно.

Хотя на сегодняшний день это непрактично, разработка более эффективный неорганический PCM будет иметь множество приложений, таких как хранение геотермальной энергии. Геотермальные мощности США В штатах в 2004 году было 2564 МВт при общем производстве электроэнергии 17 917 человек. ГВтч. [5] Геотермальная энергия выгодна, потому что внутренняя процессы создают почти бесконечное количество энергии, и поэтому считается возобновляемым источником энергии.[6] Геотермальная энергия может быть описан, как и использование PCM, в двух категориях: низкая и высокая температура использовать. [6] Однако производство высокотемпературной геотермальной электроэнергии неэффективно. КПД составляет 10-17%, примерно в три раза больше. меньше, чем ископаемое топливо. [6] Большая часть неэффективности связана с состав геотермальных газов. Газы обычно содержат неконденсирующиеся газы, такие как диоксид углерода и сероводород, которые должен быть удален для конденсации.[6] Это требует больше энергии вход и сниженная эффективность. Энергия этого перегретого пара, с теплосодержанием до 2800 кДж / кг, вместо этого потенциально может быть хранится в улучшенном PCM, где его можно транспортировать для других целей или более эффективная обработка. [6]

© Бенджамин Рейнхардт. Автор грантов разрешение на копирование, распространение и отображение этой работы в неизмененном виде, со ссылкой на автора, только для некоммерческих целей.Все другие права, в том числе коммерческие, принадлежат автор.

Список литературы

[1] Т. Номура, Н. Окинака и Т. Акияма, «Технология скрытого хранения тепла для применения при высоких температурах: обзор », Inst. Iron Steel Jpn. Международная, 50 , 1229 (2010).

[2] Р. А. Хаггинс, Накопитель тепловой энергии, 1-й Выпуск (Springer, 2010), стр. 21-27.

[3] М.Н. А. Хавладер, М. С. Уддин, М. М. Хин, «Микрокапсулированная система хранения тепловой энергии PCM», Прил. Энергия 74 , 195 (2003).

[4] Дж. М. Смит, Х. К. Ван Несс и М. М. Эбботт, Введение в термодинамику химической инженерии. 7-е изд. (McGraw-Hill, 2006), стр. 134-35, 685.

[5] Р. Бертани, «Мировое производство геотермальной энергии в Период 2001 — 2005 гг. «Геотермия» 34 , 651 (2005).

[6] Э. Барбье, «Технологии геотермальной энергии и Текущее состояние: обзор, «Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии» 6, , 6 (2002).

Pagina niet gevonden —

Гидравлический перевод премиум-класса от Eaton Aroquip en Winner, krijgen een nieuwe krachtige uitstraling.De nieuwe Layline на deze Hydrauliekslangen geven, в котором содержится информация, имеющая отношение к сленгу.Door gebruik te maken van handige pictogrammen kan men snel een slang identify wat Betreft drukbereik, temperatuur, buigradius en toepasselijke fit series. EPG — это официальная версия 1972 года […]

Beste relatie, In deze ongekende en zeer onzekere tijden waarin мы аллемаал онце weg moeten vinden, staan wij van EPG voor u klaar. Как только вы столкнулись с COVID-19, мы встретили elkaar kunnen omgaan.Samen staan we sterk Onze eerste zorg gaat […]

Vanaf 1 maart dit jaar ook nachtleveringen mogelijk bij EPG. Vandaag besteld, morgen vóór 07:00 uur geleverd.

Bij EPG zijn wij al jaren gek op geborgde kwaliteit. Wij zijn dan ook trots dat deze kwaliteit sinds kort wordt bevestigd door de nieuwste ISO norm, de NEN-EN-ISO 9001-2015.Убедитесь, что ваш электронный телегид. Zowel de kwaliteit van onze producten, maar ook van onzecesses. Een optimaal process draagt bij aan besparing. En wij […]

Eaton представила Walterscheid M-R7, инновационную машину для окончательной сборки с врезным кольцом, которая предоставляет клиентам улучшенную технологию сборки и безопасность во время установки систем трубных обжимных фитингов трилогии Walterscheid ™ с предварительно изготовленными концами труб.Решение предназначено для контролируемой окончательной сборки систем врезных колец Walterscheid Eaton WALPRO ™ и WALRING, а также […]

На ручке типа HB6x22 wordt Complete geleverd выполнено 9 рабочих мест для рабочих диаметров 6, 8, 10, 12, 15, 16, 18, 20 и 22 мм в собственном металлическом корпусе. Toepassing: dit handbuigapparaat является особым ontworpen als een licht en draagbare pijpenbuiger, bedoeld om bijvoorbeeld op een bouwterrein of aan boord van schepen op eenvoudige wijze een […]

Nieuw в широком ассортименте meettechniek.Цифровые манометры, класс 0,5 / 0,2 / 0,1 и 0,05 Naast digitaal zijn de manometer ook in analoog, glycerine gevuld, te verkrijgen. В разнообразных kastmaten en druk bereiken. Встретил aansluitingen aan de onderkant en achterkant. Geschikt voor paneelinbouw of opbouw. De schaalverdeling — это zowel в [bar], [psi] als ook met dubbele schaal […]

Multi Coupling System van Pister.Стандартный geschikt для 2 из 3 aansluitingen. DN10-DN25 для 330 при давлении 450 бар. Geschikt voor расходует от 0 до 650 л / мин.

Экономичный фургон для гидравлических компонентов. Этот EPG относится к 1972 году для Нидерландов в Бельгии. Op een unieke wijze. Zonder misgrijpen. Zonder administratieve возня.Zonder inferieure kwaliteit. Zonder onnodige kosten. Wij noemen het Гидравлика. Het is handelen met voorkennis.

Гидравлические аккумуляторы для различных применений

Боб Войчик, инженер-гидротехник

Правильный выбор размера аккумулятора зависит от нескольких системных условий, которые необходимо полностью понять, прежде чем фактически определять размер аккумулятора для применения.

Чтобы понять аккумуляторы, сначала определите различные применения, в которых аккумуляторы могут быть полезны для гидравлических систем, а также связанные с ними проблемы или проблемы энергосбережения.

Во-вторых, исследуйте критические проблемы и аспекты схемы системы, которые необходимы для правильного определения размеров аккумуляторов.

Для правильного применения и определения размеров аккумуляторов требуется обширная информация. Поэтому в этой статье будут рассмотрены только первые из 10 приложений-аккумуляторов.Компания Quality Hydraulics & Pneumatics опубликует последующие статьи по остальным девяти приложениям!

Есть 10 основных областей применения гидроаккумуляторов:

Вспомогательный источник питания. Аккумулятор используется в качестве источника энергии / работы в сочетании с насосом гидравлической системы для обеспечения потока вспомогательной жидкости во время высоких требований.
Компенсация утечки. Гидравлический аккумулятор может быть помещен в гидравлический контур для обеспечения подпиточной жидкости, если для этой цели нет другого источника потока и давления.Это также может быть энергосберегающим решением.
Тепловое расширение. Компенсация: Давление в системе ограничено и подвержено изменениям температуры от низкой к высокой и / или расширению жидкости в условиях высокой температуры, что может вызвать расширение и повышение давления до опасного уровня. Аккумулятор может защитить гидравлическую систему от этих колебаний давления.
Аварийный источник питания. В случае потери мощности аккумулятор может выполнять необходимые функции для приведения оборудования в безопасное состояние, обеспечивая запас жидкости и энергии.
Устройство подпитки жидкости. В закрытой гидравлической системе гидроаккумулятор может компенсировать разницу в объеме жидкости между штоком и глухим концом гидроцилиндра.
Демпфирование пульсаций и амортизация гидравлических ударов. Когда эффект пульсации насоса и / или время реакции компенсатора критичны для работы системы, аккумулятор компенсирует эффект пульсации и реагирует на запросы контура быстрее, чем реагирует насос. Аккумулятор также смягчает удары гидравлической линии.
Источник питания в контурах двойного давления. При использовании двойного контура потока или давления аккумулятор может обеспечить более высокие скорости потока для части цикла с высоким давлением и, таким образом, снизить общую потребность системы в мощности. Таким образом, схема более энергосберегающая.
Удерживающие устройства. Если в цепи требуется удерживать давление на функции в течение, возможно, много часов, аккумулятор может спасти положение. Если бы насос работал все эти часы, система была бы очень энергоэффективной.Однако поддержание давления с помощью аккумулятора, рассчитанного специально для этой функции, позволяет сэкономить много дорогостоящей энергии!
Передаточный барьер. Аккумулятор может позволить двум различным жидкостям находиться под давлением до одного и того же давления, при этом одна используется в качестве источника давления, а вторая создает такое же давление.
Дозатор жидкости. Жидкости и смазочные материалы можно хранить в аккумуляторе, а затем распределять по нескольким подшипникам машины именно тогда, когда это необходимо, под контролируемым давлением.

Гидравлические аккумуляторы работают на принципах закона газов Бойля!

Основная взаимосвязь между давлением и объемом газа выражается уравнением: P1V1n = P2V2n, где P1 и P2 — начальное и конечное давления газа, а V1 и V2 — соответствующие объемы газа.

Следующее соображение при выборе размеров аккумуляторов — понять скорость, с которой газ будет расширяться в приложении. Будет ли газ расширяться быстро или медленно по сравнению с требуемым потоком? Скорость расширения газа может повлиять на работу и производительность гидроаккумулятора в приложении, поэтому правильные данные формулы должны быть указаны в уравнениях для правильного определения размера гидроаккумулятора.

Два типа или условий скорости расширения газа называются изотермическими и адиабатическими. Условие изотермической скорости — это когда сжатие и расширение газа происходит медленно, что дает достаточно времени для рассеивания выделяемого тепла. В изотермических расширениях коэффициент n в уравнении равен единице (1).

В случае условия адиабатической скорости сжатие и расширение газа происходит быстро. Это влияет на удельную теплоемкость газа, и коэффициент n в уравнении меняется на 1.4. Обычно, если сжатие или расширение газа происходит менее чем за одну минуту, применяется условие адиабатической скорости. В противном случае он изотермический.

Первое заявление:

Вот пример одного из наиболее распространенных приложений для аккумулятора. Он соответствует № 8 «Удерживающие устройства» в списке приложений выше.

Это приложение использует аккумулятор для поддержания давления в контуре в течение продолжительных периодов времени. Примером могут служить часы, когда машина работает в «процессе отверждения».

Это приложение будет считаться изотермическим, поскольку в нем не будет учитываться фактическое время сжатия или расширения. При использовании этих «удерживающих устройств» следует учитывать, что в связанных компонентах этой цепи может произойти утечка. Следовательно, необходимо учитывать некоторый объем под давлением, чтобы учесть утечку. Пожалуйста, обратитесь к информации каталога о каждом компоненте цепи, чтобы оценить необходимую компенсацию утечки.

Если, например, системе требуется 300 куб. Дюймов жидкости для компенсации утечки и обеспечения выдержки для требуемого цикла отверждения:

Поскольку мы установили, что это приложение является изотремальным, и знаем, что коэффициент «n» равен
равным «1», мы проигнорируем фактор «n» в приведенных ниже уравнениях!
Максимальное рабочее давление 3000 фунтов на квадратный дюйм,
это падает до минимума 1500 фунтов на квадратный дюйм для требуемой удерживающей силы и
при условии, что заправка ГАЗА (азотом) составляет 1000 фунтов на квадратный дюйм:

Известных факторов решения:
V1 =? (размер аккумулятора) в кубических дюймах — неизвестный
P1 = 1000 фунтов на квадратный дюйм
P2 = 3000 фунтов на квадратный дюйм
P3 = 1500 фунтов на квадратный дюйм
Vx = 300 кубических дюймов

Следующий аккумулятор стандартного размера — 5 галлонов.

Другие примеры использования аккумуляторов будут опубликованы в последующих статьях по применению.

Для получения немедленной помощи с вашим конкретным применением гидроаккумулятора, пожалуйста, обратитесь за помощью к сертифицированному специалисту по гидравлической и пневматической гидравлике или техническому менеджеру.

Калькулятор радиатора

PCM

Thermal Storage требуется, когда тепловая нагрузка временно превышает длительную способность системы терморегулирования.В компактных системах хранения тепла используется материал с фазовым переходом (PCM) с высокой скрытой теплотой, который замораживается во время нормальной работы. Во время высоких тепловых нагрузок PCM переходит из твердого состояния в жидкое, поглощая тепло своим скрытым теплом.

Калькулятор теплоотвода материала с фазовым переходом

ACT предоставляет начальные предварительные оценки ваших требований к аккумулированию тепла, включая приблизительный объем, вес и температурный профиль. На графике нанесены ожидаемые переходные характеристики для трех различных вариантов PCM, подходящих для вашего приложения.Этот калькулятор предполагает консервативную конструкцию плавников. ACT может разрабатывать более производительные индивидуальные решения, чем предсказывает калькулятор PCM. Пожалуйста, свяжитесь с нами для получения дополнительной информации.

Обратите внимание, что этот калькулятор предоставляет варианты материала PCM для значений от -10 ° C до 85 ° C. Для других применений ACT предоставила системы аккумулирования тепла, работающие при температурах до 550 ° C. Другое ограничение состоит в том, что начальная температура должна быть на меньше конечной температуры, чтобы радиатор PCM принимал тепло, а PCM плавился.Для приложений, выходящих за рамки этих ограничений, свяжитесь со специалистами ACT.

Если вам нужны инструкции по использованию калькулятора, посмотрите это короткое обучающее видео.

Этот инструмент для определения объема предназначен для демонстрации того, что различные материалы PCM обладают широким диапазоном характеристик. Используемые значения теплофизических свойств типичны для наиболее часто используемых парафиновых и солевых гидратов. Оптимизированный дизайн будет зависеть от каждого уникального приложения.ACT предоставляет услуги проектирования и анализа для определения PCM для вашего конкретного приложения. ACT не производит и не продает объемные материалы из ПКМ, а интегрирует их в специальные теплообменники или системы радиаторов, разработанные инженерами-теплотехниками ACT.

Чтобы обсудить ваши результаты, отправьте их специалистам по термической обработке в ACT.

Если у вас возникли проблемы с этим калькулятором, напишите нам по адресу [email protected] и укажите введенные значения.

Численные исследования характеристик зарядки / разрядки нового резервуара для хранения тепловой энергии с усеченным конусом в системе концентрированной солнечной энергии

Разработка технологии концентрированной солнечной энергии (CSP) — один из наиболее эффективных методов решения проблемы нехватки энергии и загрязнения окружающей среды в целом мир. Система накопления тепловой энергии (TES), связанная с материалами с фазовым переходом (PCM), является одним из наиболее значительных методов уменьшения перебоев солнечной энергии.В данной статье, во-первых, предложена двухмерная физико-математическая модель нового кожухотрубного резервуара с усеченным конусом ТЭС, основанная на энтальпийном методе. Во-вторых, производительность во время процесса зарядки / разгрузки резервуара с усеченным конусом сравнивалась с традиционным цилиндрическим резервуаром. Наконец, влияние условий на входе теплоносителя (HTF) и толщины трубки на процесс зарядки / разрядки, накопленную / высвобождаемую энергоемкость; были исследованы скорость накопления / выделения энергии и эффективность накопления тепла.Результаты показывают, что производительность резервуара с усеченным конусом лучше, а время зарядки / разрядки сокращается на 32,08% и 21,59% соответственно по сравнению с цилиндрическим резервуаром. Влияние толщины стенок на резервуар TES с усеченным конусом можно не учитывать. Температура и скорость теплоносителя на входе оказывают значительное влияние на производительность загрузки / разгрузки резервуара TES. А максимальная эффективность аккумулирования тепла в баке TES с усеченным конусом может достигать 93%. Однако следует принять некоторые подходящие методы для повышения коэффициента использования тепловой энергии HTF в будущем.Это исследование предоставит понимание и важную информацию о геометрическом дизайне и условиях эксплуатации в системе TES.

1. Введение

Устойчивое развитие низкоуглеродной экономики стало неизбежным выбором для реализации беспроигрышной ситуации экономического развития и защиты окружающей среды во всем мире. Чтобы облегчить связанные с этим экологические проблемы, сокращение использования ископаемого топлива за счет разработки более экономичных технологий использования возобновляемых источников энергии становится все более важным.Среди различных типов возобновляемых источников энергии большую долю занимает солнечная энергия [1–3]. И многие считают, что активно развивающаяся технология CSP — один из наиболее эффективных способов решения текущих глобальных проблем с энергоснабжением. Однако один из основных недостатков солнечной энергии — прерывистость. Чтобы смягчить эту проблему, потребность в системе хранения энергии возникает в большинстве областей, где используется технология CSP [4, 5].

Тепловая энергия может храниться в различных формах, таких как явное тепло, скрытое тепло, термохимическое или их сочетание [6].При разумном накоплении тепла тепловая энергия временно сохраняется с повышением / понижением температуры в носителе информации. При скрытом накоплении тепла значительная скрытая теплота ПКМ поглощается / десорбируется в процессе фазового перехода для хранения / высвобождения тепловой энергии, и эта система с ПКМ обладает преимуществами почти постоянной температуры и гораздо более высокой плотности энергии на единицу объема по сравнению с системой разумное хранение тепла. А при термохимическом накоплении тепла большое количество изменений энтальпии в эндотермических / экзотермических химических реакциях используется для накопления / высвобождения тепловой энергии, и этот подход все еще находится на стадии лабораторных исследований из-за его сложности, безопасности и тяжелых условий эксплуатации [7– 9].Таким образом, скрытая система хранения тепла с PCM в настоящее время является эффективным и осуществимым решением для хранения тепловой энергии в установках CSP.

Avci, Dadollahi, Tao et al. [10–12] исследовали влияние условий на входе HTF на характеристики аккумулирования тепловой энергии цилиндрической кожухотрубной системы TES для технологии CSP. Результаты показали, что увеличение температуры на входе и скорости HTF может повысить производительность зарядки и емкость накопления энергии в системе TES.Fang et al. [13] предложили индекс эффективного коэффициента накопления энергии, чтобы охарактеризовать эффективную емкость накопления энергии системы LHTES с тем же объемом конструкции «труба в баке». Анализ показал влияние на оптимальную конструкцию систем LHTES на практических установках CSP. Assari et al. [14] исследовали характеристики TES с различным расположением входа и выхода жидкости в горизонтальном цилиндрическом резервуаре численным и экспериментальным методами. Результаты показали, что подходящее место для входа горячей воды привело к лучшему тепловому расслоению в резервуаре для хранения, кроме того, подходящее местоположение для выхода холодной воды привело к лучшей эффективности коллектора, что повысило производительность системы солнечного водонагревателя.

Многие исследователи обнаружили, что естественная конвекция оказывает большое влияние на процесс зарядки в системе TES. Seddegh et al. [15] изучали влияние естественной конвекции на загрузку / разгрузку вертикального цилиндрического резервуара TES, который был разработан для экспериментального исследования того, как инициируется естественная конвекция и как энергия передается от HTF к PCM в системе LHTES. Тао и Хе [16] исследовали влияние естественной конвекции и ребер на производительность горизонтального резервуара для хранения скрытой теплоты.Результаты показали, что высокотемпературный расплав солей течет вверх, что увеличивает скорость плавления ПКМ в верхней части и ослабляет скорость плавления в нижней части из-за эффектов естественной конвекции. Курния и Сасмитоб [17] предложили вращающуюся систему TES для преодоления недостатка естественной конвекции. Результаты показали, что вращение действительно увеличивает эффективность теплопередачи, и эта система с улучшением до 25% и 41% может быть достигнута во время зарядки и разрядки соответственно. Gao et al.[18] исследовали тепловые характеристики кубической системы ТЭС с змеевиками. Результаты показали, что естественная конвекция ускоряет перенос тепловой энергии в фазе расплава в верхней области, но ослабляет передачу тепла в нижней области.

В целом, солевой расплав является одним из наиболее перспективных ПХМ, используемых на заводе CSP; однако их основным недостатком является низкая теплопроводность, и было изучено множество работ для преодоления этой проблемы и повышения скорости теплопередачи резервуара ТЭС в системе CSP.Парсазаде, Ян и др. В [19, 20] исследован процесс плавления в кожухотрубной системе ТЭС с кольцевыми ребрами. Численные результаты показали, что ребра демонстрируют многообещающий потенциал для улучшения теплопередачи в технологии CSP. Amagour et al. [21] исследовали систему LHTES с ребристыми трубами на основе метода эквивалентной эффективности круглого ребра для расчета эффективной площади поверхности теплопередачи. Компактная система с ребристыми трубами показала удовлетворительные общие характеристики по сравнению с другими опубликованными результатами.Gasia et al. [22] сравнили производительность TES в четырех системах, включая добавление плавников и использование двух разных HTF. Результаты показали, что ребристые конструкции показали улучшение до 40% для той же HTF, а вода показала результаты на 44% выше, чем у силикона для той же конструкции. Чжу, Эслами и др. [23, 24] исследовали переходное поведение прямоугольного резервуара тепловой энергии, снабженного ребрами. Результаты показали, что ребра, очевидно, могут улучшить тепловые характеристики.Парсазаде и Дуан [25] проанализировали влияние наночастиц, добавленных к HTF и PCM, на кожухотрубную систему TES для технологии CSP.

Кроме того, в последние годы изучалась система LHTES с насадочным слоем и сферическими капсулами для повышения скорости теплопередачи в установках CSP. Bellan et al. [26] проанализировали динамические тепловые характеристики высокотемпературной системы скрытой тепловой энергии, заполненной сферическими капсулами. Результаты показали, что число Стефана и свойства оболочки капсулы существенно влияют на тепловые характеристики системы.Ма и Чжан [27] использовали Al-Si и воздух в качестве PCM и HTF, соответственно, и построили систему с уплотненным слоем. Результаты показали, что характеристики ПКМ лучше, чем у горных пород, из-за высокой скрытой теплоты и теплопроводности ПКМ (сплава). Абдулла и Редди [28] исследовали тепловые характеристики системы TES с термоклином с уплотненным слоем и обнаружили, что относительная скорость соли на входе и диапазон рабочих температур имеют большее влияние на тепловые характеристики системы TES.

Из рассмотренной выше литературы видно, что естественная конвекция ускоряет перенос тепловой энергии в верхней области и ослабляет передачу тепла в нижней области во время процесса зарядки [16, 18].А кожухотрубная система TES является многообещающей конструкцией для хранения энергии благодаря своей симметричной структуре и простоте анализа. Поэтому в этой статье был предложен новый кожухотрубный резервуар TES с усеченным конусом установки CSP для улучшения теплопередачи за счет использования естественной конвекции. И это сравнивается с характеристиками традиционного цилиндрического танка ТЭС. Двухмерная модель построена для численного исследования влияния температуры на входе, скорости HTF и толщины трубки на производительность зарядки / разрядки с помощью этой новой системы TES.Это исследование предоставит важную ссылку на геометрический дизайн и условия эксплуатации, учитывая влияние естественной конвекции на систему TES для завода CSP.

2. Физическая модель и управляющие уравнения

2.1. Физическая модель нового резервуара с усеченным конусом

Физическая модель показана на рисунке 1, который представляет собой кожухотрубную конфигурацию с усеченным конусом. HTF протекает во внутренней трубе, а на кожухе находится ПКМ с массой 54% NaNO ₃ и 46% KNO ₃.Длина ( L ) этого бака составляет 200 мм, радиус внутренней трубы ( R _в) составляет 20 мм, а материал внутренней трубы — сталь. Кроме того, внешняя поверхность контейнера рассматривается как адиабатическая граница с радиусом верхней и нижней части 60 мм ( R ) и 39,28 мм ( R ) соответственно, а конусность этой модели с усеченным конусом составляет 0,2072 . При условии постоянного объема / массы ПКМ и одинакового радиуса внутренней трубы строится и моделируется традиционная цилиндрическая кожухотрубная модель.Теплофизические свойства ПКМ показаны в таблице 1.

(кг / м ³)
ПКМ (NaNO ₃ / KNO _{3 _{3 ₃ / KNO ₃)}}
2040 (с), 1950 (л)
λ (Вт / м · К) 0,5 (с), 0,3 (л)
C _p (Дж / кг · K) 1420 (s), 1500 (l)
T _м (K) 497
Δ H (кДж / кг ) 105.8
«(s)» и «(l)» обозначают «твердый» и «жидкий» PCM, соответственно.
Для упрощения физико-математической модели приняты следующие допущения [8, 29]. (1) Поток HTF, входящий в трубку, был ламинарным и одновременно развивался (2) Теплопроводность и вязкая диссипация в осевом направлении не учитывались для ПКМ (3) Тепловые свойства ПКМ как в твердой, так и в жидкой фазах не меняются с изменением температуры. температура (4) Предполагалась адиабатическая стенка (5) Модели упрощены до двухмерных осесимметричных
2.2. Управляющие уравнения
Метод энтальпии принят для решения задачи подвижной границы в процессе фазового перехода твердое тело-жидкость. Соответствующие основные уравнения показаны следующим образом [12, 30].
Для HTF,
где; ,. , а T _a — средняя температура PCM, а T _m — температура плавления.
Для PCM,
где, — жидкая фракция ПКМ, — энтальпия плавления ПКМ.и — теплопроводность ПКМ в направлении x и r (Вт / м · К).
Уравнение энергии (2) сформулировано методом энтальпии. А жидкая фракция определяется как
Для расчета запасенной энергии PCM, запасенная энергоемкость системы TES определяется по формуле [31]
Между тем, высвобожденная энергоемкость системы ТЭС равна
где — масса ПКМ (кг), — начальная температура ПКМ (K), — температура плавления, и — средняя температура ПКМ в конце процесса плавления (K), — жидкая фракция ПКМ , — энтальпия плавления (кДж / кг).Между тем, и представляют собой удельную теплоемкость ПКМ в твердом и жидком состоянии (кДж / кг · К) соответственно. Уравнение состоит из трех частей: первая часть представляет собой физическую теплоту, накопленную в твердой фазе, вторая часть представляет собой скрытую теплоту плавления, а третья часть представляет собой физическую теплоту, накопленную в PCM в жидкой фазе.
3. Проверка и тестирование модели
Решатель конечных объемов ANSYS Fluent 16.0 используется для дискретизации определяющих уравнений. Из-за связанного процесса передачи энергии между HTF и PCM уравнение энергии как для HTF, так и для PCM является интегрированным решением во всей вычислительной области.Соответственно, для расчета числа Рейнольдса HTF ( Re _max = 1654 <2300, v _max = 1,2 м / с) в качестве модели потока выбирается ламинарный. Связанные уравнения гидродинамики и энергии решаются алгоритмом SIMPLEC. Метод второго порядка против ветра применяется как метод пространственной дискретизации давления, импульса и энергии. Для обеспечения точности расчета невязка уравнения энергии составляет менее 10 ⁻⁶.
Для проверки надежности физической модели результаты настройки, расчета и моделирования на основе программного обеспечения Fluent 16.0, сравнения между существующими численными прогнозами и литературными результатами, которые являются теоретическим анализом на языке C в программном обеспечении MATLAB [32] были выполнены при тех же геометрических параметрах и условиях эксплуатации. Сравнительные результаты показаны на рисунке 2. На графиках время плавления для обоих методов составляет примерно 7 ч, а ошибка времени плавления составляет примерно 6.67%. Между тем максимальная погрешность плавления составляет около 8,70% за 2 ч, что показано пунктирным кружком. Результаты показывают, что эти ошибки (8,7% и 6,67%) находятся в допустимом диапазоне инженерных ошибок. Таким образом, хорошее согласие показывает, что физическая модель и результаты моделирования на основе программного обеспечения Fluent 16.0 в настоящей статье являются приемлемыми и надежными. Видно, что настройки Fluent 16.0 здесь можно использовать для имитационных экспериментов.

Сетка этой модели состоит из четырехугольных ячеек.Чтобы гарантировать независимый результат от сетки, был проведен тест независимости от сетки путем систематического увеличения количества ячеек и результатов, как показано в Таблице 2. Результаты не показали значительного изменения общего времени плавления при увеличении количества ячеек до 179 177. Поэтому для экономии времени вычислений для моделирования был выбран размер ячейки 46 224 ячеек для кожухотрубной модели TES с усеченным конусом. Кроме того, максимальный и минимальный шаг по времени составляют 2 с и 0,05 с соответственно.А число Куранта является значением по умолчанию. Соответственно, для анализа общего времени плавления в пяти случаях размер временного шага 0,5 с был наиболее подходящим для учета переходного характера модели и результатов, показанных в таблице 2.
92,017 905 905 905 905 905 905 905 179,177
Общая сетка Общее время плавления (с) Временной шаг (с) Общее время плавления (с)
12400 6926 0535 6926 0535 90.05 6939
24080 6936 0,1 6941
46,224 6942 0,5 6942
6961 2 6979
4. Результаты и обсуждение
4.1. Процесс зарядки TES
4.1.1. Сравнение характеристик TES между цилиндрическими и усеченными коническими моделями TES в процессе зарядки
Чтобы сравнить характеристики TES между традиционными цистернами TES с цилиндрическим и усеченным конусами, температура на входе и скорость HTF составляют 797 K и 1,2 м / с, соответственно. .
Контур жидкой фракции ПКМ и температура, изменяющаяся в резервуаре с цилиндрическим и усеченным конусом в процессе плавления, показаны на рис. 3. Следует отметить, что плавление начинается на поверхности стенки трубы и расширяется внутри ПКМ, а верхняя область ПКМ плавится первой по сравнению с нижней областью.Из соответствующего температурного поля можно найти, что температура показывает очевидное лестничное распределение, а температура, приближающаяся к области тепловой трубы и верхней области PCM, выше. Это явление можно объяснить с точки зрения теплопроводности и естественной конвекции. С одной стороны, разница температур больше в верхней части PCM и HTF, так что скорость теплопередачи в этой области выше. С другой стороны, более высокотемпературный жидкий ПКМ поднимается из-за эффекта естественной конвекции, которая способствует плавлению верхнего ПКМ.Однако влиянием теплопроводности в процессе теплопередачи можно пренебречь, поскольку длина этих двух моделей, изучаемых в этой статье, идентична.
Согласно времени плавления и фракции жидкости на Рисунке 3, в целом резервуар с усеченным конусом может плавиться намного быстрее, чем цилиндрический резервуар, при тех же рабочих условиях во время процесса. Однако жидкая фракция резервуара с усеченным конусом составляет около 40%, что равно жидкой фракции цилиндрического резервуара на 1800 с.После этого процесс плавления в резервуаре с усеченным конусом, очевидно, идет быстрее, чем в цилиндрическом резервуаре, и общее время плавления сокращается примерно на 32,08% по сравнению с цилиндрическим резервуаром. Это указывает на то, что характеристики аккумулирования тепловой энергии резервуара с усеченным конусом лучше, а процесс плавления идет быстрее, чем у цилиндрического резервуара при тех же рабочих условиях.
На рис. 4 представлено смоделированное поле скорости жидкого ПКМ с цилиндрическим и усеченным конусом ТЭС в процессе плавления, что может объяснить причину того, что верхняя область ПКМ плавится быстрее, чем нижняя область ПКМ.Можно видеть, что циркуляция конвекции по часовой стрелке возникает в жидкой области ПКМ, и высокотемпературный жидкий ПКМ в непосредственной близости от трубы HTF течет вверх из-за эффекта естественной конвекции, тогда как низкотемпературный жидкий ПКМ течет вниз. вдоль границы раздела жидкость / твердое тело ПКМ из-за действия естественной силы тяжести. В этой ситуации естественная конвекция ускоряет передачу тепловой энергии в верхней части и ослабляет передачу тепловой энергии в нижней части ПКМ.Таким образом, резервуар с усеченным конусом, очевидно, может сократить время плавления по сравнению с цилиндрическим резервуаром TES.
4.1.2. Влияние толщины трубки на процесс зарядки
Чтобы изучить влияние толщины трубки на характеристики TES во время процесса зарядки, температура на входе и скорость HTF составляют 797 K и 1,2 м / с соответственно, а начальная температура ПКМ и трубки 487 К. При этом радиус внутренней трубки ( R _в) всегда равен 20 мм.
На рисунке 5 показано влияние различной толщины трубы на жидкую фракцию и процесс плавления. Видно, что жидкая фракция ПКМ уменьшается с увеличением толщины трубки на ранней стадии. Возможная причина в том, что термическое сопротивление увеличивается с увеличением толщины трубки, что приводит к снижению скорости плавления. И после этого жидкая фракция увеличивается с увеличением толщины трубы в процессе плавления. Это связано с тем, что увеличение толщины трубки приводит к небольшому уменьшению массы ПКМ, в целом время плавления ПКМ будет немного уменьшено с уменьшением ПКМ.Причем влияние толщины трубы на время плавления постепенно ослабевает с увеличением толщины стенки. Однако сокращение времени плавления может быть незначительным по сравнению со случаем, когда не учитывается толщина стенки. Поэтому влияние толщины стенки на систему TES с усеченным конусом в остальных исследованиях не учитывается.

4.1.3. Влияние температуры на входе HTF на процесс зарядки
Начальная температура PCM составляет 487 K, а скорость на входе HTF составляет 1.2 м / с выбрано для изучения влияния температуры на входе HTF на процесс плавления. Температура на входе HTF составляет шесть температурных градиентов, включая 597 K, 647 K, 697 K, 747 K, 797 K и 847 K.
Влияние температуры на входе HTF на процесс плавления показано на рисунке 6. которые включают процесс зарядки цилиндрического резервуара TES при температуре на входе HTF 797 K. Можно видеть, что время плавления уменьшается с увеличением температуры на входе HTF, и наклон этой кривой больше на ранней стадии.Более высокая разница температур между HTF и PCM приводит к увеличению скорости теплопередачи. В то же время можно видеть, что чем выше температура на входе HTF, тем больше наклон кривой плавления и тем выше скорость аккумулирования тепла PCM. И при тех же условиях эксплуатации (температура на входе HTF 797 K) время зарядки бака TES с усеченным конусом меньше, чем у цилиндрического бака. Результаты согласуются с контуром жидкой фракции ПКМ и температурой в резервуаре с цилиндрическим и усеченным конусом во время процесса загрузки.

Влияние начальной температуры на входе HTF на температуру на выходе HTF представлено на рисунке 7. Между тем, числа представляют собой общее время плавления во время процесса загрузки. Из рисунка 7 видно, что начальная температура на входе увеличивается с 597 K до 847 K, время плавления уменьшится с 15 111 до 6262 с, что примерно на 58,56%. И температура на выходе увеличивается с увеличением начальной температуры на входе. В каждом случае температура на выходе из HTF медленно увеличивается во время этого процесса.В целом, чем выше температура на входе в HTF, тем больше разница между температурой на входе и выходе. А когда температура на входе составляет 847 К, соответствующая минимальная температура на выходе составляет 786 К, а разница температур составляет около 60 К. Видно, что коэффициент использования тепловой энергии от HTF во время этого процесса очень низок. Следовательно, следует принять некоторые методы, чтобы уменьшить потери энергии и улучшить коэффициент использования тепловой энергии HTF в системе TES для повышения эффективности установки CSP.

На рисунке 8 показано влияние начальной температуры теплоносителя на входе на общую накопленную энергоемкость и скорость накопления энергии во время процесса зарядки. Гистограмма и кривая показывают общую накопленную энергоемкость и общий уровень накопления энергии резервуара TES, соответственно. А значение общей накопленной энергоемкости рассчитывается по уравнению (4). Общий коэффициент накопления энергии рассчитывается по следующему уравнению.

где представляет собой общую скорость накопления энергии (Дж / с), является общей емкостью накопленной энергии (Дж) и является временем зарядки (с).
Гистограмма показывает, что общая накопленная энергоемкость и начальная температура на входе HTF имеет заметную положительную корреляцию, а начальная температура на входе HTF увеличивается с 597 K до 847 K, общая накопленная энергоемкость увеличивается с 506,55 кДж до 753,21 кДж. , что увеличивается примерно на 48,69%. Однако прирост накопленной энергоемкости уменьшается с увеличением температуры на входе. Между тем, кривая показывает, что общий уровень накопления энергии значительно увеличивается с увеличением температуры на входе, а при увеличении температуры на входе с 597 K до 847 K скорость накопления энергии увеличится с 33.52 Дж / с до 120,28 Дж / с, что увеличивается примерно в четыре раза.
Показано, что температура на входе HTF оказывает существенное влияние на систему TES для кожухотрубного резервуара с усеченным конусом. Повышение температуры на входе может не только сократить общее время зарядки, но также увеличить общую накопленную энергоемкость и скорость накопления энергии. Поэтому очень важно выбрать правильную температуру на входе HTF в соответствии с фактическими условиями эксплуатации, чтобы повысить эффективность хранения системы TES на установке CSP.
4.1.4. Влияние входной скорости HTF на процесс зарядки
Чтобы изучить влияние входной скорости HTF на процесс зарядки резервуара TES, начальная температура PCM и HTF составляет 487 K и 797 K соответственно. Скорость на входе HTF составляет шесть температурных градиентов, включая 0,2 м / с, 0,4 м / с, 0,6 м / с, 0,8 м / с, 1,0 м / с и 1,2 м / с.
На рисунке 9 показано влияние входной скорости HTF на жидкую фракцию во время процесса загрузки.В целом наклон кривой плавления постепенно уменьшается в процессе загрузки жидкой фракции до 100%. И время зарядки уменьшается с увеличением входной скорости HTF, потому что более высокая скорость HTF увеличивает разницу температур между HTF и PCM, что приводит к увеличению скорости теплопередачи. С увеличением скорости на входе влияние HTF на время зарядки становится все меньше и меньше.

Влияние скорости на входе на температуру теплоносителя на выходе показано на рисунке 10.Результат показывает, что температура на выходе увеличивается с увеличением скорости подачи HTF на входе. Судя по кривым, температура на выходе в процессе процесса довольно постепенная. Однако разница температур на выходе HTF уменьшается с увеличением начальной скорости на входе. Было обнаружено, что увеличение скорости HTF с 0,2 м / с до 1,2 м / с сокращает время плавления с 11 334 до 6972 с на 38,48%. А когда скорость на входе HTF составляет 0,2 м / с, температура на выходе наименьшая (минимальная температура на выходе 695 K), а максимальная разница температур составляет 102 K.В настоящее время остается еще не утилизировать большое количество тепловой энергии от HTF.

На рисунке 11 представлено влияние входной скорости HTF на общую накопленную энергоемкость и общую накопленную энергию во время процесса. Гистограмма показывает, что общая накопленная энергоемкость резервуара TES увеличивается с увеличением входной скорости HTF, но возрастающая амплитуда постепенно уменьшается. При увеличении скорости на входе с 0,2 м / с до 1,2 м / с общая накопленная энергоемкость увеличится с 571.От 80 кДж до 669,49 кДж, что на 17,08% больше. Однако прирост запасенной энергоемкости уменьшается с увеличением скорости. Кривая показывает, что скорость накопления энергии увеличивается с увеличением скорости на входе HTF, а скорость на входе увеличивается с 0,2 м / с до 1,2 м / с, общая скорость накопления энергии увеличится с 50,45 Дж / с до 96,02 Дж / с. s, который увеличивается примерно вдвое. Можно видеть, что скорость на входе HTF имеет большое влияние на характеристики аккумулирования тепла резервуара TES в системе CSP.

4.2. Процесс разряда ТЭС
4.2.1. Сравнение характеристик TES между цилиндрическими и усеченными коническими моделями TES во время процесса разгрузки
Чтобы сравнить характеристики тепловыделения между традиционными цилиндрическими и усеченными коническими резервуарами TES, температура на входе и скорость HTF составляют 377 K и 1,2 м / с. с соответственно, а начальная температура ПКМ и стали составляет 507 К.
Контур жидкой фракции ПКМ и температурное поле в модели цилиндрического и усеченного конуса в процессе выгрузки показаны на рисунке 12.Обнаружено, что ПКМ начинает затвердевать на поверхности стенки теплопроводной трубки, и сначала сравнивают верхнюю область затвердевания ПКМ с нижней областью ПКМ. В этом процессе можно видеть, что температурное поле согласуется с твердо-жидкой фазой ПКМ в резервуаре TES. В целом температура верхнего ПКМ ниже, чем нижнего участка. Это явление может напрямую объяснить причину, по которой верхний PCM первым завершил процесс отверждения.
Исходя из полного процесса выгрузки, резервуар с усеченным конусом может затвердеть немного быстрее, чем цилиндрический резервуар, при тех же рабочих условиях во время процесса выгрузки.Разница жидких фракций для них составляет всего 0,64% при 3600 с, что показывает, что скорость выделения тепловой энергии вначале почти параллельна. После этого жидкая фракция резервуара с усеченным конусом уменьшается быстрее, чем цилиндрического резервуара. Можно обнаружить, что скорость разгрузки блока с усеченным конусом выше, чем у цилиндрического резервуара, а время разгрузки сокращается примерно на 21,59% по сравнению с цилиндрической моделью. Это указывает на то, что характеристики выделения тепловой энергии резервуара TES с усеченным конусом немного лучше, чем у традиционного цилиндрического резервуара для установки CSP при тех же рабочих условиях.
И Рисунок 13 представляет смоделированное поле скорости жидкого PCM с резервуаром TES с усеченным конусом на 3600 с. Видно, что в жидкой области ПКМ возникает конвекционная циркуляция против часовой стрелки. А высокотемпературный жидкий ПКМ вблизи оболочки течет вверх из-за эффекта естественной конвекции, которая ослаблена по сравнению с процессом зарядки. В то время как низкотемпературный жидкий ПКМ течет вниз по границе раздела жидкость / твердый ПКМ из-за естественной силы тяжести, которая ускоряется по сравнению с процессом зарядки.В этой ситуации естественная конвекция заставляет более высокотемпературный жидкий PCM течь вверх, что ускоряет выделение тепловой энергии в верхней области PCM во время процесса разгрузки из-за более низкой температуры в верхней части HTF. Таким образом, бак TES с усеченным конусом также может сократить время разгрузки по сравнению с традиционным цилиндрическим баком TES.

4.2.2. Влияние температуры на входе HTF на процесс разгрузки
Чтобы исследовать влияние начальной температуры на входе HTF на процесс разгрузки, скорость на входе HTF равна 1.2 м / с, начальная температура PCM составляет 507 K, а температура на входе HTF — шесть температурных градиентов, включая 377 K, 387 K, 397 K, 407 K, 417 K и 427 K. Толщина трубы игнорируется из-за его незначительного влияния на характеристики аккумулирования тепловой энергии.
На рисунке 14 показано влияние начальной температуры на входе HTF на время разгрузки и жидкую фракцию PCM во время процесса разгрузки, который включает процесс разгрузки цилиндрического резервуара TES при температуре на входе HTF при 377 K.Можно видеть, что наклон кривых резервуаров TES постепенно уменьшается при различных температурах на входе HTF, что указывает на постепенное снижение скорости выделения тепловой энергии резервуаров TES. Чем больше температура на входе в HTF, тем меньше наклон всей соответствующей кривой. При одинаковых условиях эксплуатации общее время разгрузки резервуара TES с усеченным конусом меньше, чем у цилиндрического резервуара. Результаты согласуются с контуром жидкой фракции ПКМ и температурой в резервуаре с цилиндрическим и усеченным конусом во время процесса выгрузки (Рисунок 12).

Когда температура на входе в HTF составляет 377 K, цилиндрическому резервуару требуется 12 920 секунд для завершения процесса выгрузки и всего 10 130 секунд для резервуара с усеченным конусом, что снижает 21,59%. Для резервуара TES с усеченным конусом время разгрузки увеличивается с увеличением температуры на входе. Когда температура на входе HTF увеличится с 377 K до 427 K, время разряда увеличится с 10 130 до 15 380 с, что примерно на 51,82%. Можно видеть, что температура на входе HTF имеет большое влияние на процесс разгрузки резервуара TES в системе CSP, а характеристики выделения тепловой энергии резервуара TES с усеченным конусом лучше, чем цилиндрического резервуара.
На рисунке 15 представлено влияние температуры на входе HTF на общую высвобождаемую энергоемкость и общую скорость высвобождения энергии во время процесса выгрузки, которые включают результаты цилиндрического резервуара TES при температуре на входе 377 K («C-377» в Рисунок 15). А общая высвободившаяся энергоемкость рассчитывается по уравнению (5). Общая скорость высвобождения энергии рассчитывается по следующему уравнению.

где представляет собой общую скорость высвобождения энергии (Дж / с), — это общая высвобожденная энергоемкость (Дж), а — время разряда (с).
Когда температура на входе составляет 377 K, можно видеть, что общая выделенная энергоемкость цилиндрического резервуара (537,91 кДж) намного больше, чем у TES-резервуара с усеченным конусом (469,53 кДж). Однако скорость высвобождения энергии у резервуара с усеченным конусом больше, чем у цилиндрического резервуара, который увеличивается на 9,87% по сравнению с цилиндрическим резервуаром. Можно обнаружить, что коэффициент использования тепловой энергии от ПКМ резервуара TES с усеченным конусом выше, чем у цилиндрического резервуара.
Для резервуара TES с усеченным конусом общая выделенная энергоемкость уменьшается с увеличением температуры на входе HTF, как показано на Рисунке 15. И начальная температура на входе HTF увеличивается с 377 K до 427 K, общая выделенная энергоемкость будет уменьшаться с 469,53 кДж до 439,06 кДж, что снижает примерно на 6,49%. Между тем, кривая показывает, что общая скорость выделения энергии значительно уменьшается с увеличением температуры на входе в HTF, а начальная температура на входе увеличивается с 377 K до 427 K, общая скорость выделения энергии снижается с 46.От 19 Дж / с до 28,48 Дж / с, что примерно на 38,34% меньше.
4.2.3. Влияние входной скорости HTF на процесс разгрузки
Чтобы исследовать влияние входной скорости HTF на процесс разгрузки резервуара TES с усеченным конусом, согласно результатам температуры на входе HTF на процесс разгрузки тепла, для исследования выбрана температура на входе 397 К. Начальная температура PCM составляет 507 K, а скорость на входе HTF составляет шесть температурных градиентов, включая 0.2 м / с, 0,4 м / с, 0,6 м / с, 0,8 м / с, 1,0 м / с и 1,2 м / с.
Влияние входной скорости HTF на жидкую фракцию и процесс выгрузки показано на рисунке 16. Судя по кривым, наклон кривых постепенно уменьшается в процессе выгрузки. С увеличением входной скорости HTF время разгрузки постепенно сокращается, а амплитуда сокращения постепенно уменьшается. Таким образом, чем меньше скорость на входе HTF, тем больше влияние на время разгрузки резервуара TES.При увеличении скорости на входе HTF с 0,2 м / с до 1,2 м / с время выгрузки уменьшится с 19 270 до 12 150 с, что примерно на 36,95%.

На рисунке 17 показано влияние входной скорости HTF на общую высвобождаемую энергоемкость и общую скорость высвобождения энергии во время процесса разгрузки. Судя по гистограммам и кривой, общая высвобождаемая энергоемкость и скорость выделения энергии увеличиваются с увеличением входной скорости HTF. А скорость на входе теплоносителя увеличивается от 0.2 м / с до 1,2 м / с, высвобождаемая энергоемкость увеличится с 440,92 кДж до 455,36 кДж, что незначительно увеличится примерно на 3,27%. И общая скорость высвобождения энергии увеличивается примерно на 65,17%. Это связано с тем, что с увеличением входной скорости HTF общая высвобождаемая энергоемкость увеличивается, в то время как общее время разряда постепенно уменьшается, что приводит к явлению, что общая скорость высвобождения энергии значительно увеличивается.

4.3. Анализ эффективности аккумулирования тепла резервуара TES
Чтобы проанализировать эффективность аккумулирования тепла резервуара TES с усеченным конусом, во-первых, эффективность аккумулирования тепла рассчитывается по следующему уравнению.
, где и — общая выделенная энергоемкость и общая накопленная энергоемкость, соответственно.
Затем, согласно приведенным выше результатам, была рассчитана запасенная и выделенная энергоемкость в резервуаре TES с усеченным конусом. В этом процессе можно сравнить и проанализировать влияние температуры на входе и скорости HTF на эффективность аккумулирования тепла в баке TES с усеченным конусом.
На рисунке 18 показано влияние температуры на входе теплоносителя на эффективность хранения в резервуаре TES, где ось x — это температура на входе теплоносителя во время процесса зарядки, ось y — это эффективность аккумулирования тепла, а легенда показывает температуру теплоносителя на входе во время процесса разгрузки.

Из диаграммы видно, что эффективность аккумулирования тепла снижается с увеличением температуры на входе HTF в процессе зарядки. И максимальная эффективность аккумулирования тепла резервуара TES может достигать 93%, а минимальная — около 58%, что указывает на то, что температура на входе HTF имеет большое влияние на эффективность аккумулирования тепла системы TES в установке CSP.
Когда температура на входе HTF постоянна во время процесса зарядки, чем выше температура на входе HTF во время процесса разгрузки, тем ниже эффективность аккумулирования тепла резервуара TES.Между тем, когда температура на входе HTF постоянна во время процесса разгрузки, чем выше температура на входе HTF во время процесса зарядки, тем ниже эффективность аккумулирования тепла резервуара TES. По сравнению с процессом разгрузки, температура теплоносителя на входе в процессе зарядки более существенно влияет на эффективность аккумулирования тепла. В целом, чем ниже температура на входе в HTF, тем выше эффективность использования тепловой энергии, то есть выше эффективность аккумулирования тепла резервуара TES.
Влияние входной скорости HTF на эффективность накопления резервуара TES показано на рисунке 19, на котором ось x — это скорость на входе HTF во время процесса зарядки, y — ось — эффективность аккумулирования тепла, а легенда показывает скорость подачи HTF во время процесса разгрузки.

Можно обнаружить, что эффективность аккумулирования тепла снижается с увеличением входной скорости HTF в процессе зарядки.В расчетном диапазоне диапазон эффективности аккумулирования тепла резервуара TES с усеченным конусом составляет 80% ~ 65%, и влияние скорости на эффективность аккумулирования тепла резервуара TES меньше, чем влияние температуры на входе HTF на него. .
Когда скорость на входе теплоносителя постоянна во время процесса зарядки, чем выше скорость на входе теплоносителя во время процесса выгрузки, тем выше эффективность аккумулирования тепла в теплонакопительном баке. Однако, когда скорость на входе HTF постоянна во время процесса выгрузки, чем выше скорость на входе HTF во время процесса зарядки, тем ниже эффективность аккумулирования тепла резервуара TES.И по сравнению с процессом разгрузки, скорость нагнетания HTF в процессе зарядки также более существенно влияет на эффективность аккумулирования тепла. В целом, чем ниже скорость на входе HTF во время процесса зарядки и чем выше скорость на входе HTF во время процесса выгрузки, тем выше эффективность использования тепловой энергии, то есть тем выше эффективность аккумулирования тепла бак ТЭС находится в системе ЦСП. Можно сделать вывод, что условия на входе (температура и скорость) HTF в процессе зарядки имеет более очевидное влияние на эффективность аккумулирования тепла системой TES в технологии CSP.
5. Выводы
Разработка технологии CSP — один из наиболее эффективных способов решения проблемы нехватки энергии во всем мире. И система TES является ключом к повышению производительности системы CSP. В этой статье на основе энтальпийного метода создана двумерная физико-математическая модель нового кожухотрубного резервуара с усеченным конусом ТЭС. Затем было проведено сравнение процесса зарядки / разрядки цилиндрического резервуара и нового резервуара. Между тем, было исследовано влияние условий на входе HTF и толщины трубки на процесс зарядки / разрядки и эффективность аккумулирования тепла.Можно сделать следующие выводы. (1) Сравнивая характеристики резервуара TES с цилиндрическим и усеченным конусом, можно увидеть, что производительность резервуара с усеченным конусом лучше в тех же рабочих условиях, что сокращает время зарядки / разрядки примерно на 32,08% и 21,59% соответственно. А поле скорости жидкого ПКМ во время процесса зарядки / разрядки показывает конвекционную циркуляцию по часовой / против часовой стрелки (2) Влияние толщины трубки на процесс зарядки ПКМ невелико, поэтому влияние толщины стенки на систему TES можно не учитывать. (3) Во время процесса зарядки с увеличением температуры на входе HTF время зарядки сокращается примерно на 58.56%, а объем накопленной энергии и коэффициент накопления энергии увеличиваются примерно на 48,69% и в четыре раза. При увеличении скорости на входе время плавления сокращается примерно на 38,48%, а запас энергии и уровень накопления энергии увеличиваются примерно на 17,08% и удваиваются. Однако коэффициент использования тепловой энергии HTF очень низок. (4) Во время процесса разгрузки, с увеличением температуры на входе HTF, время разряда увеличивается на 51,82%, а высвобождаемая энергоемкость и скорость выделения энергии снижаются примерно на 6.49% и 38,34% соответственно. При увеличении скорости время разряда сокращается примерно на 36,95%, а высвобождаемая энергоемкость и скорость выделения энергии увеличиваются примерно на 3,27% и 65,17% соответственно (5) Для эффективности аккумулирования тепла максимальная эффективность аккумулирования тепла усеченного конуса TES-резервуар может достигать 93% в диапазоне моделирования (6). Таким образом, начальные условия эксплуатации HTF являются важным фактором в практических приложениях системы CSP. В частности, в следующем исследовании следует изучить некоторые подходящие методы для снижения потерь энергии и повышения коэффициента использования тепловой энергии HTF.И этот исследователь предоставит важную ссылку на геометрический дизайн и условия эксплуатации, учитывая влияние естественной конвекции на систему TES на заводах CSP
Номенклатура
3 Re _max: Всего скорость энерговыделения, Дж / с
: Удельная теплоемкость, Дж / (кг · К)
f : Жидкая фракция
h: Коэффициент теплоотдачи, Вт / м ² · K
v : Скорость, м / с
v _max: Максимальная скорость, м / с
P _r : Число Прандтля
R _e : Максимальное число Рейнольдса
Q : Общая накопленная энергоемкость, Дж
: Общая выделенная энергоемкость, Дж
т : Время зарядки / разрядки, с
: Суммарный запас энергии, Дж / с
:
м : Масса ПКМ, кг
R _дюйм: Радиус внутренней трубы, мм
R : Радиус стороны оболочки или вершины модели усеченного конуса, мм
r : Радиус низа модели усеченного конуса, мм
a : Толщина трубки, мм
L : Длина блока ПКМ, мм
T : Температура, К
T _м : Температура плавления PCM, K
T _a : Средняя температура PCM, K
T _0
30: начальная температура, К
CSP: Концентрированная солнечная энергия
PCM: Материал фазового перехода
TES: Накопитель теплоносителя
HTF35 905
LHTES: Скрытое тепловое накопление тепловой энергии
Греческие символы Теплопроводность м · К 9 0529
36 Доступность
Данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, могут быть получены у соответствующего автора по запросу.
No related posts.
Категории : Разное
Навигация по записям
Предыдущая запись: Как заполнить водой систему отопления закрытого типа: Инструкция как залить воду в систему отопления открытого и закрытого типа
Следующая запись: Как крепить люстру к натяжному потолку видео: видео и фото установки —
Добавить комментарий Отменить ответ
Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *
Комментарий *
Имя *
Email *
Сайт

Найти:
Рубрики
Кровля
Крыша
Монтаж
Окна
Отопление
Пол
Ремонт
Системы
Стены
Строительные советы
Утепление
Фасад
Фундамент
Разное
2019 © Все права защищены. Карта сайта
ρ : Плотность, кг / м ³
λ :
λ _p : Теплопроводность ПКМ в направлении r , Вт / м · К
: Теплопроводность ПКМ в направлении x , Вт / м · К
: Энтальпия, кДж / кг
η : Эффективность аккумулирования тепла

Как рассчитать теплоаккумулятор для твердотопливного котла. Калькулятор

Расчет объема теплоаккумулятора для отопления частного дома, онлайн калькулятор

Онлайн калькулятор

Пояснения

Как рассчитать объем без калькулятора

Часто задаваемые вопросы

Калькулятор расчета объема теплоаккумулятора — с необходимыми пояснениями

Расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла

Преимущества использования теплоаккумулятора

Расчет емкости теплоаккумулятора

Расчет теплоаккумулятора

Особенности установки теплоаккумулятора

Расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла

Как я делал расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла

Предыстория

Как рассчитать объём теплоаккумулятора

Как выбрать и подключить теплоаккумулятор для котла

Расчет буферной емкости для котла

Таблица значений отдаваемого тепла при различных объемах бака

Рекомендации по выбору

Простая схема включения с подмешиванием

Схема с гидравлическим разделением

Преимущества и недостатки

Рекомендуем:

Как подключить теплоаккумулятор к твердотопливному котлу своими руками?

Особенности конструкции теплоаккумулятора

Принцип работы накопителя

Расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла

Схема подключения теплоаккумулятора к твердотопливному котлу

Инструкция и видео по подключению теплоаккумулятора к твердотопливному котлу

Расчет теплоаккумулятора для отопления. Калькулятор расчета объема теплоаккумулятора

Расчет теплоаккумулятора для отопления. Калькулятор расчета объема теплоаккумулятора

Калькулятор расчета объема теплоаккумулятора

Расчет теплоаккумулятора для отопления дома калькулятор. Объем буферного бака аккумулятора

Какой теплоноситель лучше использовать в системе отопления частного дома. Какой он — оптимальный жидкий теплоноситель?

Видео ТЕПЛОАККУМУЛЯТОР (расчет объема), удобное отопление

Правильная схема отопления с теплоаккумулятором

Функциональные особенности теплоаккумулятора

Использование теплоаккумуляторов для твердотопливных котлов

Тепловой аккумулятор для электрокотла

Системы многоконтурного отопления с теплоаккумуляторами

Правила установки и расчет

Накопление теплового тепла в материалах

Пример — Тепловая энергия, хранящаяся в граните

Пример — Тепло, необходимое для нагрева воды

Калькулятор накопления тепловой энергии

термодинамика — Расчет накопленной энергии для накопителя тепла

Накопитель тепловой энергии

Бен Рейнхардт

Представлено как курсовая работа по физике 240, Стэнфордский университет, осень 2010 г.

Список литературы

Pagina niet gevonden —

Гидравлические аккумуляторы для различных применений

PCM

1. Введение

2. Физическая модель и управляющие уравнения

2.1. Физическая модель нового резервуара с усеченным конусом

2.2. Управляющие уравнения

3. Проверка и тестирование модели

4. Результаты и обсуждение

4.1. Процесс зарядки TES

4.1.1. Сравнение характеристик TES между цилиндрическими и усеченными коническими моделями TES в процессе зарядки

4.1.2. Влияние толщины трубки на процесс зарядки

4.1.3. Влияние температуры на входе HTF на процесс зарядки

4.1.4. Влияние входной скорости HTF на процесс зарядки

4.2. Процесс разряда ТЭС

4.2.1. Сравнение характеристик TES между цилиндрическими и усеченными коническими моделями TES во время процесса разгрузки

4.2.2. Влияние температуры на входе HTF на процесс разгрузки

4.2.3. Влияние входной скорости HTF на процесс разгрузки

4.3. Анализ эффективности аккумулирования тепла резервуара TES

5. Выводы

Номенклатура

36 Доступность

Добавить комментарий Отменить ответ