Тепловые аккумуляторы: Рациональное использование тепла: тепловые аккумуляторы

alexxlab

Содержание

Рациональное использование тепла: тепловые аккумуляторы

unsplash.com

Химик Артем Малахо о том, что такое тепловой аккумулятор и как с его помощью уменьшить экологическую нагрузку

Человечество активно использует энергию двух типов: тепловую и электрическую. Отличительным преимуществом электрической энергии является возможность создать большой потенциал. Как следствие, ее можно транспортировать и накапливать эффективнее, чем тепловую. Передача тепловой энергии осуществляется достаточно эффективно только на короткие расстояния — не более 15 километров, поскольку потери тепла на пути к потребителю очень большие.

 

В России тепловая энергия используется для систем централизованного отопления, которые в большинстве случаев подразумевают просто сжигание различных видов топлива и превращение их в тепло. При этом затраты на теплоснабжение в нашей стране очень велики и сопоставимы с затратами на электроэнергию.

Поэтому одной из важнейших задач является рациональное использование тепла. В России наиболее эффективными системами являются системы одновременной генерации электричества и тепла на тепловых электростанциях. Высокотемпературное тепло, образующееся при сгорании топлива, используется и для отопления, и для получения электричества — КПД этих систем достаточно высок. Естественно, работают они преимущественно зимой, поскольку летом использование полезного тепла минимально. Реализация такой системы возможна при локализации электростанций вблизи больших городов.

В то же время в стране существует большое количество котельных, которые просто сжигают топливо и снабжают теплом здания и сооружения.

 

Решения для избыточного тепла

При этом существует проблема нерационального использования энергии остаточного тепла, которое образуется как при выработке электроэнергии, так и при сгорании топлива. Такое тепло имеет низкую температуру, его транспортировка и использование затруднены.

К сожалению, универсального решения для этого нет, как и для тепла от выхлопных труб автомобилей. Создание эффективных систем преобразования низкопотенциального тепла в электричество могло бы позволить существенно снизить затраты на энергоснабжение, а также нагрузку на окружающую среду. В то же время эффективность существующих термоэлектрических преобразователей недостаточно высока. Другим способом могло бы быть накопление тепла для его использования в необходимое время. Если мы создадим аккумуляторы, способные накапливать тепло летом из воздуха и солнечного света, чтобы использовать его зимой, а зимой накапливать холод, чтобы использовать его летом, то это могло бы существенно сократить затраты на отопление и кондиционирование. К сожалению, эта проблема пока также не решена.

Рекомендуем по этой теме:

 

FAQ

Редокс-батареи: стационарная энергетика

Существуют различные типы тепловых аккумуляторов, но их эффективность на сегодняшний день невелика. То есть они эффективно справляются с циклами «день — ночь» или циклами на уровне недели, но их эффективность недостаточна для сезонных циклов (зима — лето). Нельзя сказать, что попыток создать такие устройства не было, однако существующие решения имеют большие размеры и требуют существенных вложений.

 

Аккумуляторы для тепла

Пока мне сложно представить, как будет устроен тепловой аккумулятор в прекрасном будущем, но на сегодняшний день подобные устройства работают следующим образом. Некое вещество или материал с высокой теплоемкостью, например вода, нагревается, в результате энергия аккумулируется. Есть материалы, которые мы просто нагреваем, как воду, а есть так называемые материалы с фазовым переходом. Дело в том, что при фазовом переходе — например, при замерзании воды или плавлении парафина в узком диапазоне температур — можно накопить больше энергии, чем при простом нагреве или охлаждении.

 

Также существуют аккумуляторы, которые позволяют, например, поглощать или выделять энергию в заданном диапазоне температур за счет реализации химической реакции, а не для одной конкретной температуры. В частности, глауберова соль претерпевает обратимые реакции дегидратации с поглощением тепла (при нагреве) и кристаллизации с его выделением при охлаждении при температуре 35 °C. Модификация состава позволяет проводить эти реакции при температуре около 23 °C — наиболее комфортной температуре для человека, что позволяет стабилизировать температуру при циклах «день — ночь». То тепло, которое мы хотим аккумулировать или утилизировать, обладает низким потенциалом. Чем меньше разница требуемой температуры и температуры теплоносителя, тем ниже потенциал. Чем ниже потенциал, тем тяжелее аккумулировать такую энергию.

 

Сейчас область наших научных интересов — это химические аккумуляторы тепла. То есть это попытка преобразовать тепло в химические вещества, которые обладают более высоким потенциалом, чем вода или парафин. Ими могут выступать различные соли, кристаллогидраты, оксиды, неорганические вещества. Они должны быть недорогими, доступными, нетоксичными и невзрывоопасными.

 

Процессы в тепловых аккумуляторах

Естественно, чем более емкий аккумулятор, тем сильнее он подвержен деградации. Скажем, в солевых аккумуляторах возникают различные процессы коагуляции — нарушения исходной структуры, которые ухудшают свойства. Также в этих аккумуляторах есть проблема теплопроводности. То есть они должны не только накапливать энергию, но и уметь эффективно ее отдавать. С другой стороны, так как потенциал проходящих процессов не так велик, как в электрических аккумуляторах, то, конечно, они намного менее подвержены деградации. Они намного устойчивее.

Нужно сказать, что в основе любого аккумулятора лежит либо физический, либо химический процесс. И именно его особенности определяют ту температуру, которую он накапливает и отдает. В частности, вода может накапливать и отдавать температуру эффективно в том диапазоне, в котором она сохраняет свои свойства. Например, если мы говорим о жидкой воде, которая может сама являться и аккумулятором, и теплоносителем, то это температуры выше замерзания, но ниже кипения. Если мы говорим о таком накопителе, как лед, — тогда в диапазоне его устойчивости и плавления. В случае химических накопителей важна температура реакции, которая определяет емкость аккумулятора. В накопителях на фазовых переходах важна температура плавления или кристаллизации вещества. Если мы научимся работать с низкоэффективной тепловой энергией, то сможем решить проблему загрязнения.

 

Утилизация тепловых устройств

Считается, что технологии альтернативной энергетики, которые создают и преобразуют тепловую и электрическую энергию, экологичнее существующих ТЭЦ. Но нужно понимать, что производство таких систем и цикл их утилизации тоже могут наносить вред окружающей среде. Например, промышленное производство солнечных панелей или ветрогенераторов осуществляется на промышленных предприятиях, которые также оказывают воздействие на окружающую среду. Кроме того, устройства альтернативной энергетики нужно правильно утилизировать. В случае с солнечными батареями, например, перерабатывать кремний, используемый в качестве основы. Существующие отопления и охлаждения используют низкопотенциальную энергию, поэтому использования токсичных или высокоэнергетических материалов не предполагается.

Скажем, обычный радиатор отопления состоит из металла, который всегда можно переплавить. Кондиционеры, тепловые насосы и системы, как правило, состоят из металла и пластика, которые подвергаются вторичной переработке. В то же время в условиях ограничения запасов ископаемого топлива и негативного влияния глобального потепления надо приложить все усилия, чтобы максимально использовать образующуюся энергию и стараться не греть атмосферу неэффективно используемым теплом.

Источник: ПостНаука

Что такое тепловые аккумуляторы и как они работают

Многие люди имеют в доме электрическое отопление и в конце месяца замечают, как увеличиваются их счета за электроэнергию. Потребление электроэнергии, связанное с этим видом деятельности, быстро возрастает в холодное время года. Электроэнергия как метод отопления очень удобна и эффективна, но считается одной из самых дорогих на рынке. Однако, чтобы избежать этих проблем, есть

аккумуляторы тепла.

Что это за аккумуляторы тепла? Если вы хотите знать, как максимально сэкономить на отоплении, здесь мы объясним все, что касается аккумуляторов. Тебе просто нужно продолжать читать 🙂

Индекс

  • 1 Что такое тепловые аккумуляторы?
  • 2 Системы электрического отопления
  • 3 Типы тепловых аккумуляторов
  • 4 Características principales

Что такое тепловые аккумуляторы?

Это устройства, которые отвечают за преобразование электрической энергии в тепловую по очень низкой цене. То есть с помощью электричества мы можем обогревать наши комнаты, но с меньшими затратами, чем при обычном отоплении. Они предназначены для потребления электроэнергии в периоды пониженного тарифа. Все тарифы идут с графиком, в котором электричество дешевле. Эти устройства отвечают за преобразование электрической энергии в самое дешевое время суток и аккумулирование ее в виде тепла. Это тепло будет доступно, когда оно нам понадобится.

Эти устройства дают огромные преимущества в использовании, поскольку мы можем использовать их тепло, когда захотим, и сократим расходы. Помимо этого, у тепловых аккумуляторов есть и другие преимущества, такие как:

  • При использовании отсутствуют тепловые потери. Это происходит потому, что они готовы заряжать только оптимальную необходимую энергию. Поскольку энергия не накапливается в избытке, потерь нет.
  • Экономит больше энергии и обеспечивает максимальный комфорт. Иметь энергию, когда она нужна, очень удобно. Он имеет систему планирования нагрузки по сниженным часам, чтобы обеспечить экономию от 50 до 60%.
  • Никаких дополнительных настроек после установки не требуется.
  • Имеется возможность интеграции в систему удаленного управления.
  • Конструкция компактная, поэтому интегрировать ее в убранство дома несложно. Кроме того, с ним легко обращаться и обслуживать.

Системы электрического отопления

Есть много людей, которые установили в доме отопление. Все, кто выбрал отопление, могут пользоваться такими устройствами, как:

  • Масляные или термоэлектрические радиаторы. Это один из старейших существующих аккумуляторов. Они работают, нагревая термальное масло. Когда это происходит, температура повышается, так как выделяется тепло, удерживаемое в масле.
  • Теплый пол. Полы с подогревом — это установка, в которой размещена сеть труб или кабелей, по которым горячая вода проходит под полом дома. Это помогает земле излучать тепло и повышать температуру в самые холодные дни зимы. Она стала одной из самых современных и эффективных систем, хотя ее первоначальная стоимость высока и требует доработки.
  • Тепловой насос Преимущество этого типа аккумулятора в том, что он не потребляет много энергии. Обратной стороной является то, что он обогревает только комнату, в которой находится. Тепло имеет свойство очень быстро рассеиваться, поэтому многого оно не стоит.
  • Сияющие тарелки. Это горячие волны, однородно увеличивающие тепло помещения, в котором он установлен.
  • Аккумуляторы тепла. Как уже упоминалось, они представляют собой электрические резисторы, которые накапливают тепло при более низких тарифах на электроэнергию и накапливают его.
  • Конвекторы. Это устройства, которые отвечают за попадание холодного воздуха и отвод горячего воздуха благодаря некоторым резисторам и термостатам, которые у них есть.

Типы тепловых аккумуляторов

Есть два типа аккумуляторов тепла, которые потребители могут установить в своих домах:

  1. Статический. Эта модель способна естественным образом выделять тепловую энергию. Рекомендуется постоянно проживать в местах, так как в них поддерживается постоянная комфортная температура.
  2. Динамический У них есть вентилятор, который помогает передавать энергию. Его изоляция более эффективна, чем статические. Контроль за выделением энергии позволяет им лучше управлять температурой в разных частях дома.

Чтобы оптимизировать экономические расходы, обычно в доме комбинируют оба типа аккумуляторов. Статические размещаются в более крупных областях, а динамические используются в прерывистых.

При выборе аккумулятора по экономическим соображениям можно сказать, что динамический. Это потому, что это позволяет лучше контролировать стоимость и распределение тепла в помещениях в зависимости от потребности.

Características principales

Система обогрева аккумуляторов имеет ограниченное пространство для хранения. Способны накапливать энергию и сохранять ее доступной при необходимости. Его можно настроить на работу в часы, когда тариф на электроэнергию ниже.

Важно отметить, что эти аккумуляторы должны сопровождаться хорошей изоляцией дома. Если у нас нет окон, которые позволяют нам контролировать тепло или холод, которые мы пропускаем в комнаты и из них, или достаточного покрытия, от этого будет мало пользы.

Установка этих устройств очень проста и не требует никаких действий. Его содержание довольно низкое. Требуется только ежегодная чистка и замена батареек хронотермостатов.

Поскольку не все преимущества любого типа используемого нами электрического оборудования, в данном случае мы собираемся упомянуть его недостатки. Накопленную тепловую нагрузку нужно делать заблаговременно. Это заставляет потребителей программировать свои собственные потребности. Если мы не знаем, будет ли он холодным в определенное время, мы не сможем использовать его, если он нам понадобится немедленно. Может случиться так, что у нас неожиданный визит, и мы не сможем предложить отопление из-за того, что оно ранее не было накоплено.

Перед приобретением аккумулятора следует учесть некоторые другие аспекты, такие как:

  • Высокая цена каждого устройства. Это первоначальное вложение, но со временем оно окупается.
  • Если у потребителя установлен тариф с почасовой дискриминацией, подзарядка должна производиться ночью.
  • Менее контроль над отводом тепла.

Я надеюсь, что, проанализировав эти аспекты, вы сможете правильно выбрать свою систему отопления 🙂


Термоаккумулятор от phattpiggie | Форум обзора испарителя FC

ШейУайтГроу
Известный член