Stadiul examinării proiectului de către Consiliul de Coordonare: Nu este considerat. Obiecte de implementare: Industrie, Constructii temporare nepermanente, usor de ridicat, incl. comerț, instituții sociale (școli, spitale, grădinițe etc.), clădiri și structuri administrative și publice. Efectul implementării:
- pentru un obiect: creșterea stabilității termice a clădirilor, reducerea tarifelor pentru energia consumată în conformitate cu coeficientul tarifar cu două zone;
- pentru o municipalitate: reducerea pierderilor de energie electrică în sistemul energetic, simplificarea managementului capacității în sistemul energetic, creșterea stabilității termice a clădirilor.

Acumularea de căldură vă permite: să creșteți rezistența termică a clădirilor, să creșteți eficiența surselor de energie autonome, să oferiți o schemă simplă de returnare a energiei termice din deșeuri, să reduceți costul încălzirii electrice atât a zonelor de producție, cât și a apartamentelor individuale în care sunt DEPOZITARE DE CĂLDURĂ. instalat.

Acumulatorul termic, în comparație cu alte baterii, are următoarele avantaje: simplitatea dispozitivului, cost relativ scăzut, greutate efectivă și caracteristici de dimensiune, durabilitate.

Acumulatoarele de căldură sunt utilizate pentru:

• creșterea stabilității termice a clădirilor;
• creșterea eficienței surselor de energie autonome;
• returnarea energiei termice reziduale;
• incalzirea spatiului.

CREȘTEREA REZISTENTĂ TERMICĂ A CLĂDIRILOR

In conditii de accidente la centralele termice si retelele de incalzire sau intreruperi planificate, un factor important este stabilitatea termica a cladirilor la care s-a oprit alimentarea cu energie termica. Stabilitatea termică a unei clădiri (a spațiilor) este de obicei înțeleasă ca capacitatea unei clădiri de a reține căldura acumulată pentru un anumit timp (care poate să nu fie suficientă pentru a elimina accidentele) sub influențele termice în schimbare. Echiparea clădirilor cu un acumulator de căldură face posibilă creșterea stabilității termice a acestuia, de ex. acordați timp suplimentar pentru a rezolva accidentul. Acumulatoarele termice pot fi instalate în clădirile existente, dar dezvoltarea acumulatorilor termici în faza de proiectare a construcțiilor noi va rezolva cu mai mult succes problema stabilității termice a clădirilor.

Amplasarea unui acumulator de căldură în subsoluri existente este dificilă din cauza lipsei de spațiu. Arsenalul de tehnologii include evoluții cu parametri de greutate și dimensiune destul de eficienți.

Căldura acumulată și stocată în acumulatorul de căldură, în cazul unei întreruperi deliberate sau de urgență a alimentării cu căldură a clădirii, va menține o temperatură acceptabilă în clădire pentru o perioadă mai îndelungată, ceea ce va facilita implementarea măsurilor de eliminare a accident sau rezolva alte probleme.

CREȘTEREA EFICIENȚEI SURSELOR AUTONOME DE ELECTRICITATE

Se știe că eficiența unităților pe benzină și diesel și a centralelor electrice cu piston cu gaz (inclusiv pe gaz natural) este relativ scăzută (25-30%). Este deosebit de mic atunci când capacitatea centralei electrice este subîncărcată.

În prezența unui acumulator termic, toată energia termică a centralei este folosită pentru a o încărca. Excesul de electricitate este trimis și la acumulatorul de căldură. Acea. Eficiența unei surse autonome devine comparabilă cu randamentul cazanului (aproximativ 85%), iar costul energiei electrice obținute la o astfel de centrală va fi de câteva ori mai mic decât cel de rețea.

Această soluție este potrivită atât pentru organizațiile care elimină accidente, cât și pentru orice consumator autonom (cabana decomandată, casă, intrare într-o casă, garaj etc.)

RECUPERAREA ENERGIEI TERMALE A APEI

Instalarea acumulatorilor de căldură vă permite să rezolvați unele probleme de economisire a energiei. Astfel, instalarea pompelor de căldură în sistemul de canalizare și pomparea energiei reciclate într-un acumulator de căldură va returna parțial pierderile de căldură asociate cu evacuarea apei calde în canalizare.

ÎNCĂLZIREA CAMERILOR CU APOARE DE CĂLDURĂ

Prevederea de reglementare tarifară existentă prevede un tarif semnificativ mai mic pentru energia electrică consumată pe timp de noapte față de ziua, ceea ce se datorează necesității alinierii programelor de consum de energie electrică și care este important pentru funcționarea normală a sistemului energetic unificat. Acest lucru vă permite să reduceți proporțional costul încălzirii camerei, dar necesită instalarea dispozitivelor de încălzire cu acumulare de căldură.

Costul instalării dispozitivelor de stocare a căldurii se amortizează în medie în 2-3 ani datorită costului mai ieftin de 1 kW. h.

Entitățile comerciale care utilizează dispozitive de stocare a căldurii la scară largă, de ex. consumatorii de cantități mari de energie electrică pot achiziționa independent energie la FOREM, unde este mult mai ieftină.

Companiile care implementează această tehnologie/furnizează acest serviciu:

Stocarea energiei termice (TES) are loc printr-o gamă largă de tehnologii. În funcție de tehnologia specifică, oferă capacitatea de a stoca și utiliza excesul de energie termică pentru ore, zile sau chiar luni la scări specifice fiecărei persoane, construcții (inclusiv pe scară largă), județ, oraș sau regiune. Exemplele de utilizare includ echilibrarea cererii de energie între zi și noapte, stocarea căldurii verii pentru încălzire iarna sau stocarea aerului rece iarna pentru aer condiționat. Mijloacele de stocare includ rezervoare de stocare a apei sau a gheții, mase de sol sau rocă de bază conectate la schimbătoare de căldură prin foraje, acvifere adânci situate între straturi impermeabile; gropi de mică adâncime umplute cu pietriș și apă și izolate la vârf; Soluțiile eutectice și plăcuțele de încălzire cu sare pot fi, de asemenea, mijloace de depozitare.

Alte surse de energie termică pentru stocare pot fi căldura sau frigul produsă de pompele de căldură în perioadele de vârf de producție de energie electrică cu costuri reduse, o practică cunoscută sub numele de barbierit de vârf; căldură de la centrale termice și electrice combinate; căldura produsă din surse regenerabile de energie peste cererea rețelei și căldura reziduală din procesele industriale. Atât stocarea termică sezonieră, cât și pe termen scurt sunt considerate un mijloc important de a echilibra ieftin ponderea mare a diverselor surse de energie regenerabilă și de a integra sectoarele electricității și energiei termice în sistemele de energie pentru a obține o pondere de 100% a energiei regenerabile.

Stocarea energiei solare

Cele mai utilizate sisteme de încălzire solară pot stoca energie oriunde de la câteva ore până la câteva zile. Cu toate acestea, există o creștere a numărului de instalații care utilizează stocarea sezonieră a energiei termice (SATE), care permite ca energia solară să fie stocată vara pentru a fi folosită pentru încălzirea spațiilor iarna. Comunitatea solară Drake Lanling din Alberta, Canada, a atins acum 97% consum de energie solară pe tot parcursul anului, un record posibil doar prin utilizarea SATE.

Utilizarea atât a căldurii latente, cât și a căldurii sensibile este posibilă și în sistemele de energie termică solară de înaltă temperatură. Diverse amestecuri de metale eutectice, cum ar fi aluminiu și siliciu (AlSi12) oferă puncte de topire ridicate pentru o producție eficientă de abur, în timp ce amestecurile de alumină pe bază de ciment oferă proprietăți bune de stocare a căldurii.

Tehnologia sării topite

Căldura sensibilă a sărurilor topite este folosită și pentru a stoca energia solară la temperaturi ridicate. Sărurile topite pot fi folosite ca metodă de stocare a energiei termice reziduale. În prezent, aceasta este o tehnologie comercială de stocare a căldurii colectate de concentratoarele solare (de exemplu, de la centrale solare de tip turn sau cilindri parabolici). Căldura poate fi ulterior transformată în abur supraîncălzit pentru a alimenta turbinele cu abur convenționale și pentru a genera electricitate pe vreme rea sau pe timp de noapte. Acest lucru a fost demonstrat în 1995-1999, ca parte a proiectului Solar Two. Estimările din 2006 au prezis o eficiență anuală de 99%, citând o comparație a energiei stocate ca căldură înainte de a fi convertită în energie electrică față de conversia directă a căldurii în electricitate. Sunt utilizate diverse amestecuri de sare eutectică (de exemplu, azotat de sodiu, azotat de potasiu și azotat de calciu). Utilizarea unor astfel de sisteme ca mediu de transfer termic este vizibilă în industria chimică și metalurgică.

Sarea se topește la 131°C (268°F). Este depozitat în stare lichidă la 288C (550F) în containere izolate de depozitare „la rece”. Sarea lichidă este pompată prin panourile solare, unde căldura concentrată de la soare o încălzește la 566C (1.051F). Apoi este trimis într-un recipient de depozitare fierbinte. Izolația rezervorului în sine poate fi folosită pentru a stoca energie termică timp de o săptămână. Când este nevoie de electricitate, sarea topită fierbinte este pompată într-un generator de abur convențional pentru a produce abur supraîncălzit și pentru a rula un grup electrogen cu turbină standard utilizat în orice centrală pe cărbune, petrol sau nucleară. O turbină de 100 MW ar necesita un rezervor de 9,1 m (30 ft) înălțime și 24 m (79 ft) în diametru pentru a funcționa timp de patru ore folosind acest principiu.

Un singur rezervor cu o placă de separare pentru a stoca atât sărurile topite, cât și cele calde, este în curs de dezvoltare. Va fi mult mai economic să se obțină cu 100% mai multă stocare de energie pe unitate de volum în comparație cu rezervoarele duble, deoarece rezervorul de stocare a sării topite este destul de scump datorită designului său complex. Încălzitoarele de sare sunt, de asemenea, folosite pentru a stoca energie în sărurile topite.

Mai multe centrale electrice parabolice din Spania și Solar Reserve, un dezvoltator de centrale electrice cu turn solar, folosesc acest concept pentru a stoca energie termică. Centrala electrică Solana din Statele Unite poate stoca energie în săruri topite, care este generată timp de 6 ore. În vara anului 2013, centrala termică Gemasolar Thermosolar, care funcționează atât ca concentrator solar, cât și ca centrală de sare topită în Spania, a realizat pentru prima dată 36 de zile de producție continuă de energie electrică.

Acumularea de căldură în recipiente și peșteri în roci

Un acumulator de abur constă dintr-un rezervor izolat de oțel de înaltă presiune care conține apă caldă și abur sub presiune. Ca metodă de stocare a căldurii, este utilizată pentru a echilibra producția de căldură din surse variabile sau stabile cu cererea de căldură în schimbare. Bateriile cu abur pot deveni cu adevărat esențiale pentru stocarea energiei în proiectele solare termice.

Dispozitivele mari de stocare sunt utilizate pe scară largă în Scandinavia pentru a stoca căldură timp de zile, pentru a partaja căldura și producția de energie și pentru a ajuta la satisfacerea cererii de vârf. Stocarea intersezonală a căldurii în peșteri a fost studiată (și sa dovedit a fi benefică din punct de vedere economic).

Acumularea de căldură în roci fierbinți, beton, pietricele etc.

Apa are una dintre cele mai mari capacități de căldură - 4,2 J/cm3*K, în timp ce betonul are doar o treime din această valoare. Pe de altă parte, betonul poate fi încălzit la temperaturi mult mai ridicate - 1200C prin, de exemplu, încălzire electrică și astfel are o capacitate totală mult mai mare. Urmând exemplul de mai jos, un cub izolat cu o lungime de aproximativ 2,8 m ar putea fi capabil să furnizeze suficientă căldură stocată pentru ca o casă să satisfacă 50% din cererea de încălzire. În principiu, aceasta ar putea fi utilizată pentru a stoca excesul de energie termică eoliană sau fotovoltaică datorită capacității de temperatură ridicată a încălzirii electrice. La nivel de district, proiectul Wiggenhausen-Süd din orașul german Friedrichafen a atras atenția internațională. Este un rezervor de stocare termică din beton armat de 12.000 m3 (420.000 ft cu) conectat la o gamă de colectoare solare de 4.300 m2 (46.000 sq ft), asigurând jumătate din necesarul de apă caldă și încălzire a 570 de locuințe. Siemens construiește o instalație de stocare termică de 36 MWh lângă Hamburg, constând din bazalt încălzit la 600C, cu o putere de energie de 1,5 MW. Un sistem similar este planificat pentru construcția în orașul danez Sorø, unde 41-58% din căldura acumulată cu o capacitate de 18 MWh va fi transferată pentru încălzirea centrală a orașului, iar 30-41% ca energie electrică.

Solubilitate Edge Alloy Technology

Aliajele limită de solubilitate se bazează pe schimbarea fazei metalului pentru a stoca energia termică.

În loc de a pompa metal lichid între recipiente, ca într-un sistem de sare topită, metalul este încapsulat într-un alt metal cu care nu poate fuziona (ne-amestecabil). În funcție de alegerea a două materiale (material cu schimbare de fază și material pentru capsulă), densitatea de stocare a energiei poate rămâne 0,2-2 MJ/L.

Mediul de lucru, de obicei apă sau abur, este utilizat pentru a transfera căldură către și de la aliaj la limita de solubilitate. Conductivitatea termică a unor astfel de aliaje este adesea mai mare (până la 400 W/m*K) decât tehnologiile concurente, ceea ce înseamnă că stocarea termică poate fi „încărcată” și „descărcată” mai rapid. Tehnologia nu a fost încă implementată pentru utilizare la scară industrială.

Stocare electrotermală

Sobele electrice cu acumulare sunt frecvente în casele europene, consumul de energie fiind înregistrat în funcție de ora din zi (cel mai adesea folosind electricitate mai ieftină noaptea). Acestea constau din cărămizi ceramice de mare densitate sau blocuri de feolit ​​încălzite cu energie electrică la temperaturi ridicate, care pot fi sau nu bine izolate și controlează degajarea căldurii după un anumit număr de ore.

Tehnologii care folosesc gheață

Sunt dezvoltate o serie de tehnologii în care gheața este produsă în perioadele de vârf și folosită ulterior pentru răcire. De exemplu, aerul condiționat poate fi făcut mai economic prin utilizarea energiei electrice ieftine pe timp de noapte pentru a îngheța apa și apoi folosind puterea de răcire a gheții în timpul zilei pentru a reduce cantitatea de energie necesară pentru menținerea aerului condiționat. Stocarea energiei termice folosind gheață folosește căldura ridicată de fuziune a apei. Din punct de vedere istoric, gheața a fost transportată de la munți în orașe pentru a fi folosită ca agent frigorific. O tonă metrică (= 1 m3) de apă poate stoca 334 de milioane de jouli (J) sau 317.000 de unități termice britanice (93 kWh). Un rezervor de stocare relativ mic poate stoca suficientă gheață pentru a răci o clădire mare pentru o zi sau o săptămână întreagă.

Pe lângă utilizarea gheții pentru răcirea directă, este folosit și în pompele de căldură care operează sisteme de încălzire. În aceste zone, schimbările de energie de fază asigură un strat de conductivitate termică foarte serios, aproape de pragul inferior de temperatură la care poate funcționa o pompă de căldură care utilizează căldura apei. Acest lucru permite sistemului să reziste la sarcini severe de încălzire și să mărească perioada de timp în care elementele sursei de energie pot returna căldura sistemului.

Stocarea supraconductoare a energiei

Procesul folosește diluarea cu aer sau azot ca modalitate de a stoca energie.

Primul sistem de stocare a energiei la temperaturi foarte scăzute, care utilizează aer lichid ca dispozitiv de stocare a energiei și căldură reziduală de calitate scăzută pentru a declanșa reexpansarea termică a aerului, funcționează la centrala Slough din Marea Britanie din 2010.

Tehnologii cu silicon fierbinte

Siliconul solid sau topit oferă temperaturi de depozitare mult mai mari decât sărurile, ceea ce înseamnă capacitate și eficiență mai mari. A fost cercetat ca posibil o tehnologie de stocare a energiei mult mai eficientă. Siliciul este capabil să stocheze mai mult de 1 MWh de energie pe m3 la o temperatură de 1400C.

Acumularea de energie electrică după pomparea căldurii

În cazul stocării energiei electrice după pompare de căldură (HEPS), se utilizează un sistem de pompă de căldură cu două sensuri pentru a stoca energie prin diferența de temperatură dintre cele două dispozitive de stocare a căldurii.

Sistem de la Isentropic

Sistemul, care a fost dezvoltat de firma britanică acum falimentară Isentropic, a funcționat după cum urmează. Include două containere izolate umplute cu piatră zdrobită sau pietriș; un vas încălzit care stochează energie termică la temperatură și presiune ridicată și un vas rece care stochează energia termică la temperatură și presiune scăzută. Vasele sunt conectate prin conducte în partea de sus și de jos, iar întregul sistem este umplut cu gaz inert argon.

În timpul ciclului de încărcare, sistemul utilizează energie electrică în afara vârfului pentru a funcționa ca o pompă de căldură. Argonul din partea superioară a unui vas rece la o temperatură și presiune comparabile cu presiunea atmosferică este comprimat adiabatic la o presiune de 12 bari, încălzindu-se la aproximativ 500C (900F). Gazul comprimat este forțat să ajungă în partea de sus a vasului încălzit, unde se infiltrează prin pietriș, transferându-și căldura rocii și răcindu-se la temperatura ambiantă. Răcit, dar încă sub presiune, gazul se depune pe fundul vasului, unde se extinde din nou (din nou adiabatic) la 1 bar și o temperatură de -150C. Gazul rece trece apoi prin vasul rece, unde răcește roca, încălzind-o până la starea inițială.

Energia este convertită înapoi în electricitate atunci când ciclul este inversat. Gazul fierbinte din vasul încălzit se extinde pentru a porni generatorul și apoi este trimis la depozitare la rece. Gazul răcit care se ridică din fundul vasului rece este comprimat, încălzind gazul la temperatura ambiantă. Gazul este apoi direcționat spre fundul vasului încălzit pentru a fi încălzit din nou.

Procesele de comprimare și expansiune sunt asigurate de un compresor cu piston special proiectat, cu supape glisante. Căldura suplimentară generată de deficiențele procesului este pierdută în mediu prin schimbătoarele de căldură în timpul ciclului de descărcare.

Dezvoltatorul afirmă că o eficiență a ciclului de 72-80% este destul de realistă. Acest lucru ne permite să-l comparăm cu stocarea energiei din centralele cu acumulare prin pompare, a căror eficiență este de peste 80%.

Un alt sistem propus folosește turbine și este capabil să gestioneze cantități mult mai mari de energie. Folosirea plăcuțelor de încălzire cu sare ca dispozitiv de stocare a energiei va avansa în cercetare.

Reacții chimice endoterme și exoterme

Tehnologia hidratului de sare

Un exemplu de tehnologie experimentală de stocare a energiei bazată pe energia reacțiilor chimice este tehnologia bazată pe hidrați de sare. Sistemul folosește energia de reacție creată atunci când sărurile se hidratează sau se deshidratează. Funcționează prin stocarea căldurii într-un rezervor care conține o soluție de hidroxid de sodiu 50%. Căldura (de exemplu de la un colector solar) este stocată prin evaporarea apei într-o reacție endotermă. Când se adaugă din nou apă, căldura este eliberată într-o reacție exotermă la 50C (120F). În prezent, sistemele funcționează cu o eficiență de 60%. Sistemul este deosebit de eficient pentru stocarea sezonieră a energiei termice, deoarece sarea uscată poate fi păstrată la temperatura camerei pentru o lungă perioadă de timp, fără pierderi de energie. Containerele cu sare deshidratată pot fi chiar transportate în diferite locații. Sistemul are o densitate energetică mai mare decât căldura stocată în apă, iar capacitatea sa permite stocarea energiei luni sau chiar ani.

În 2013, dezvoltatorul olandez de tehnologie TNO a prezentat rezultatele proiectului MERITS privind stocarea căldurii într-un recipient cu sare. Căldura care poate fi livrată de la colectorul solar către acoperișul plat evaporă apa conținută în sare. Când se adaugă din nou apă, căldura este eliberată practic fără pierderi de energie. Un recipient cu câțiva metri cubi de sare poate stoca suficientă energie termochimică pentru a încălzi o casă toată iarna. Cu temperaturi precum cele din Țările de Jos, o gospodărie medie stabilă la căldură va necesita aproximativ 6,7 GJ de energie în timpul iernii. Pentru a stoca atâta energie în apă (cu o diferență de temperatură de 70C) ar fi nevoie de 23 m3 de apă într-un rezervor izolat, ceea ce este mai mult decât capacitatea de stocare a majorității caselor. Folosind tehnologia hidratului de sare cu o densitate energetică de aproximativ 1 GJ/m3, 4-8 m3 ar fi suficient.

Începând cu 2016, cercetătorii din mai multe țări efectuează experimente pentru a determina cel mai bun tip de sare sau amestec de săruri. Presiunea scăzută în interiorul recipientului pare a fi cea mai bună pentru transferul de energie. Sărurile organice, așa-numitele „lichide ionice”, sunt deosebit de promițătoare. În comparație cu adsorbanții pe bază de halogenură de litiu, aceștia provoacă mult mai puține probleme în medii cu resurse limitate și, în comparație cu majoritatea halogenurilor și hidroxidului de sodiu, sunt mai puțin caustici și nu au impact negativ prin emisiile de dioxid de carbon.

(2 evaluări, medie: 5,00 din 5)

Universitatea Tehnică de Stat din Altai

lor. I. I. Polzunova

Facultatea de corespondență

la disciplina Surse de energie netradiţionale.

Subiect: stocarea căldurii

Verificat de: V.V. Chertishchev

Barnaul 2007

Introducere

Capitolul 1. Bazele fizice pentru realizarea unui acumulator termic

Capitolul 2. Acumulatoare termice lichide

Capitolul 3. Acumulatoare termice cu material solid de stocare a căldurii.

Capitolul 4. Acumulatoare de căldură bazate pe tranziții de fază.

Capitolul 5. Construcția tranziției de fază TA.

Introducere

Acum, în întreaga lume, există o economie pe scară largă de materii prime. Oamenii de știință din multe țări încearcă să rezolve această problemă folosind diverse metode, inclusiv utilizarea surselor alternative de energie. Acestea includ tipuri precum utilizarea resurselor de apă ale râurilor mici, valurile marine, gheizerele și chiar deșeurile industriale și gunoiul menajer.

Dar se pune problema economisirii energiei primite. De exemplu, energia termică obținută într-o instalație solară de încălzire a apei poate fi stocată într-un acumulator termic și utilizată noaptea.

Acumulatoarele termice sunt cunoscute omenirii din cele mai vechi timpuri. Aceasta include cenușa fierbinte, în care strămoșii noștri îngropau alimente pentru gătit și pietrele fierbinți, care erau încălzite la foc. Un fier de călcat care este încălzit la foc și apoi călcat cu el este un acumulator de căldură. Pietrele încălzite pe care le turnăm apă (kvas, bere) în băile de aburi sunt, de asemenea, un acumulator de căldură. Rolele termice, care se fierb in apa si apoi se folosesc la coafarea parului, sunt si acumulatoare de caldura, si destul de avansate, bazate pe acumulare prin topire.

Deci, fiecare corp încălzit peste temperatura ambiantă poate fi considerat un acumulator de căldură. Acest corp este capabil să producă muncă la răcire și, prin urmare, are energie.

Capitolul 1.Bazele fizice pentru realizarea unui acumulator termic

Un acumulator de căldură este un dispozitiv (sau un set de dispozitive) care asigură procese reversibile de acumulare, stocare și generare de energie termică în conformitate cu cerințele consumatorilor.

Procesele de acumulare de căldură se produc prin modificarea parametrilor fizici ai materialului acumulator de căldură și prin utilizarea energiei de legare a atomilor și a moleculelor de substanțe.

Pe baza primei legi a termodinamicii pentru un sistem deschis cu compoziție chimică constantă, caracteristicile acumulatorilor de căldură depind de modificările masei, volumului , presiunea, entalpia și energia internă a materialului, precum și diverse combinații ale acestora.

În funcție de implementarea tehnică, se folosește acumularea directă de căldură, când materialul de depozitare este și un lichid de răcire, acumularea indirectă - cu diferite medii de acumulare și transfer de căldură, precum și diferite tipuri de simbioză a acestor cazuri.

O modificare a entalpiei unui material acumulator de căldură (TAM) poate apărea atât cu, cât și fără modificarea temperaturii acestuia - în procesul transformărilor de fază (de exemplu, solid - solid, solid - lichid, lichid - vapori).

Acumulatoarele termice implementează, de regulă, mai multe procese elementare.

În stadiul actual de dezvoltare a științei și tehnologiei, este posibil să se implementeze aproape orice principiu cunoscut al acumulării de căldură. Fezabilitatea utilizării fiecărui principiu este determinată de prezența unui efect pozitiv, în primul rând economic, care poate fi realizat la un cost minim al bateriei. Este determinată, în egală măsură, de masa și volumul materialului acumulator de căldură necesar pentru asigurarea parametrilor de proces specificați.

În procesul real de acumulare a căldurii, densitatea energiei stocate se dovedește a fi semnificativ mai mică decât valoarea teoretică din cauza pierderilor de căldură, egalizării câmpului de temperatură și pierderilor în timpul încărcării și descărcării. Raportul dintre valorile reale și teoretice ale densității energiei stocate determină eficiența acumulatorului de căldură.

Unul dintre cei mai importanți indicatori care determină posibilitatea și fezabilitatea acumulării de căldură este capacitatea de a elibera energie în cantitățile cerute de consumator. Cu acumularea directă de căldură, acest lucru este aproape întotdeauna realizat. Performanța unor astfel de baterii depinde slab de puterea generată, care este determinată de consumul TAM și este limitată doar de cerințele de proiectare și rezistență.

În cazul stocării indirecte, o creștere a puterii generate crește gradientul de temperatură și TAM, ceea ce duce fie la creșterea suprafeței de schimb de căldură, fie la utilizarea incompletă a rezervei de căldură. În orice caz, acest lucru reduce eficiența stocării.

Capitolul 2. Acumulatoare termice lichide

Printre cele mai simple și mai fiabile dispozitive de stocare a căldurii, fără îndoială, se numără încălzitoarele lichide, care sunt asociate cu combinația de funcții ale materialului de răcire de stocare a căldurii. Ca urmare, bateriile de acest tip sunt utilizate în special în scopuri casnice, în circuitele diferitelor centrale electrice (centrale nucleare, centrale nucleare, centrale solare etc.). În prezent, sunt utilizate mai multe modele de bază ale pompelor de combustibil lichid. Un TA cu cocă dublă se caracterizează prin stocarea separată a TA caldă și rece. În timpul procesului de încărcare, o carcasă este umplută cu TAM fierbinte, iar cealaltă este golită. În timpul funcționării, TAM-ul cald este furnizat consumatorului și, după lucru, intră în corpul TAM-ului rece. Principalul avantaj al acestui design al încălzitorului este natura izotermă a fiecăreia dintre carcase și, în consecință, absența tensiunilor și pierderilor termice și a energiei pentru încălzire și răcire. De asemenea, este evident că volumul clădirilor este utilizat irațional și este aproape de două ori mai mare decât volumul TAM-ului. Această soluție fundamentală este indicată atunci când există o diferență mare de temperatură între TAM cald și rece, mai ales în cazurile de utilizare a TAM săruri și metale lichide.

Orez. 2. Principalele tipuri de acumulatoare de căldură lichidă (liniile sunt afișate în modul de descărcare): A- dublu circuit; b - multicoca; c - represiv; Cu- cu temperatură de glisare TAM; 1 - TAM fierbinte; 2 - TAM rece; 3– consumator; 4 - un singur corp; 5 - nivelul lichidului; 6 - lichid de racire intermediar.

Pentru a utiliza mai rațional volumul bateriei, a fost propusă o versiune multi-case, în care se folosesc mai multe cazuri cu TAM cald și unul gol (rece). Pe măsură ce descărcarea continuă, mai întâi această carcasă este umplută, iar apoi cele fierbinți eliberate pe măsură ce sunt golite. Aceasta duce la apariția tensiunilor termice și a pierderilor de încălzire în toate cazurile, cu excepția unuia.

Volumul acumulatorului de căldură este utilizat cel mai rațional în cazul utilizării unei singure carcase umplute cu TAM fierbinte la începutul procesului.

În timpul funcționării, TAM fierbinte este preluat din partea superioară a TA, iar TAM rece uzat este furnizat în partea inferioară a TA. Acest tip de baterie lichidă se numește baterie cu deplasare. Datorită diferenței de densitate a lichidelor calde și reci, se poate asigura o amestecare redusă a lichidului (efectul „termoclină”), eficiența utilizării pompelor de combustibil este redusă din cauza pierderilor de căldură datorate amestecării și conductivității termice între volume de pompe de combustibil cald și rece, încălzirea carcaselor etc.

Acumulatoarele de căldură de acest tip sunt utilizate pentru lichide cu un coeficient mare de dilatare liniară.

Dacă TAM are proprietăți speciale sau este inadecvat pentru consumator să folosească TAM ca lichid de răcire, se folosesc acumulatori de căldură cu temperaturi de glisare (Fig. 2, G ).

În acest caz, schimbătorul de căldură intermediar poate fi amplasat atât în ​​carcasa TA, cât și în exteriorul acesteia. În timpul procesului de încărcare, elementul de încălzire este încălzit folosind fie un lichid de răcire intermediar, fie electricitate, iar în timpul procesului de răcire, căldura este îndepărtată într-un schimbător de căldură intermediar. Un exemplu tipic de astfel de TA este un „iaz solar”, în care selecția TAM este nedorită din cauza distrugerii gradientului invers de salinitate a apei.

Proiectarea unui acumulator de căldură lichidă este în mare măsură determinată de proprietățile materialului de stocare a căldurii. În prezent, cele mai utilizate sunt apa și soluțiile apoase de săruri, lichidele de răcire organice și organosilicioase la temperatură înaltă, sărurile topite și metalele.

În intervalul de temperatură de funcționare 0...100 o C, apa este cel mai bun TAM lichid atât din punct de vedere al complexului de proprietăți termofizice, cât și din punct de vedere al indicatorilor economici. O creștere suplimentară a temperaturii de funcționare a apei este asociată cu o creștere semnificativă a presiunii, ceea ce complică proiectarea carcasei și crește costul acesteia. Pentru a asigura presiuni scăzute de funcționare, TAM utilizează diverși agenți de răcire la temperatură ridicată. În acest caz, apar probleme în selectarea materialelor structurale pentru acumulatorul de căldură și sistemul în ansamblu, utilizarea dispozitivelor speciale care împiedică întărirea acumulatorului termic în toate modurile de funcționare, etanșarea acumulatorului termic și o serie de altele.

În plus, utilizarea celui mai comun tip de pompă de căldură cu deplasare este asociată cu un set de măsuri de proiectare și operaționale care asigură pierderi minime de energie.

Pentru a reduce pierderile de la amestecarea volumelor de TAM calde și reci, sunt utilizate diferite dispozitive pentru a reduce viteza fluxului de lichid care iese și intră în duză la câțiva centimetri pe secundă și distribuie uniform TAM pe toată secțiunea transversală a bateriei.

Tabelul 2 Proprietățile termofizice ale TAM lichid

	Temperatura, K			Densitatea kg\m 3 10 3	Capacitate termică specifică kJ\kg K	coeficient
	întărire	maxim	fierbere			Conductivitate termică, W\m·K	Vâscozitate, 10 6 Pa s
Apă sub presiune, 0,1 MPa:	273	373	373	1	4,19	0,67	5,5
tetraclorobifenil	266	613	1,44	2,1	0,17	1000
Amestecul de difenil	285	673	531	0,95	0,12-0,08
polimetilsiloxan	213	593	0,9	1,5	0,1-0,14	5-20
polietilsiloxan	203	563	0,9-1	1,6	0,13-0,16	3-40
litiu	455	1600	1623	0,48	4,36	52-66	8-13
sodiu	371	1150	1155	0,8	1,33	52-75	14-22

În spațiile rezidențiale, puteți utiliza o baterie de apă ca baterie zilnică. Un acumulator zilnic de căldură a apei este instalat în interiorul casei și poate fi, de asemenea, încorporat într-una dintre compartimentele interioare. Bateria este un perete gol, care conține rezervoare umplute cu apă. Prin aceste rezervoare trec țevi de fum din cuptor, care încălzesc apa din rezervoare. Pe lângă cuptor, sursele de încălzire a acumulatorului de apă pot fi un sistem solar de încălzire a aerului și un sistem solar de încălzire a apei.

Izolarea termică exterioară a bateriei – lemn, cărămidă sau beton celular – servește la scăderea temperaturii suprafeței de încălzire la aproximativ 40 o C. Izolarea termică asigură răcirea lentă a rezervorului de stocare astfel încât temperatura din încăpere să fie menținută într-un interval de temperatură acceptabil.

Capitolul 3. Acumulatoare de căldură cu material solid de stocare a căldurii

Bateriile termice cu TAM solid sunt în prezent cele mai comune. Acest lucru se datorează în primul rând utilizării de materiale ieftine, soluții tehnice simple și dovedite. Cele mai ieftine materiale sunt folosite ca TAM - piatra zdrobita, feolitul (minereu de fier), resturi de materiale de constructii.

În mod tradițional, se consideră acumulatoare termice cu matrice fixe sau mobile.

Utilizarea unei matrice fixe asigură o simplitate maximă a designului, dar necesită mase mari TAM. În plus, temperatura lichidului de răcire la ieșirea bateriei se modifică în timp, ceea ce necesită un sistem suplimentar de menținere a parametrilor constanti prin bypassing.

În prezent, sunt luate în considerare câteva soluții tehnice tipice pentru astfel de acumulatori de căldură ( orez. 3).

Fig.3. Principalele tipuri de TA cu TAM solid: A- cu o matrice poroasa; b, c- canal; g, d- subteran cu canale verticale si orizontale; e- în acvifer; 1- admisie lichid de racire; 2- izolatie termica; 3 – grila de separare; 4 - ACOLO; 5 - suporturi; 6- evacuare lichid de racire; 7 - separarea fluxului; 8 -- inductor; 9– acvifer; 10 – strat impermeabil.

Bateriile cu matrice poroasă sunt utilizate, de regulă, în sistemele de încălzire solară. Astfel de TA sunt proiectate, de regulă, cu rezistență hidraulică minimă, ceea ce face posibilă utilizarea principiului transferului liber-convectiv. La încărcare, gazul fierbinte este furnizat în partea superioară a TA și, la răcire, cade în partea inferioară.

La încărcare, gazul fierbinte este furnizat în partea superioară a TA și, la răcire, cade în partea inferioară. În timpul descărcării, gazul rece este furnizat în partea inferioară a TA, se încălzește și părăsește partea superioară. Astfel, este posibil să se proiecteze un sistem de încălzire care necesită doar o sursă de energie termică (de exemplu, Soarele). Este cunoscută dezvoltarea unui încălzitor cu gaz pentru un laser gaz-dinamic, folosind principiul unei matrice „poroase” încălzite cu energie electrică.

Schimbătoarele de căldură prin conducte sunt utilizate pe scară largă în sistemele electrice și de alimentare cu căldură care utilizează energie în afara vârfului. Materialul de stocare a căldurii (argilă, cărămidă refractară etc.) este încălzit în perioadele de consum minim de energie electrică, ceea ce face posibilă egalizarea programelor de încărcare a centralelor electrice. Încălzirea spațiilor se realizează cu aer încălzit pe măsură ce trece prin matrice.

Un tip special de canal TA cu TAM solid sunt bateriile termice din grafit utilizate ca sursă de energie în centralele autonome. Temperatura lor de încălzire poate ajunge la 3500 K, ceea ce asigură caracteristici bune de greutate și dimensiuni ale instalației.

Acumulatoarele de căldură subterane cu canale verticale sunt utilizate, de regulă, pentru a acumula căldură sezonieră. Lungimea unui canal de astfel de baterii poate ajunge la o sută de metri, iar intensitatea totală a energiei de mii de kilowați-oră. Acumulatoarele de căldură subterane cu canale orizontale sunt folosite pentru a acumula căldură timp de câteva luni.

Bateriile termice cu matrice în mișcare sunt realizate de obicei sub forma unui regenerator rotativ, dispozitive cu bile care căde etc. Astfel de baterii sunt utilizate în dispozitivele de recuperare a energiei termice și, datorită ciclului scurt de funcționare, au dimensiuni reduse; TA cu o matrice în mișcare pot asigura o temperatură constantă de ieșire a gazului. Principalele caracteristici ale celor mai frecvent utilizate TAM solide sunt prezentate în masa 3

Tabelul 3 Principalele proprietăți ale TAM solid

ACOLO	Temperatura aproximativ C	Densitatea, kg\m3	Capacitate termică specifică, kJ\kg	coeficient
				Conductivitate termică, W\m*K	Difuzivitate termică 10 -6 m2\s
Piatra zdrobita	400	2500-2800	0,92	2,2-3,5	0,85-1,5
feolit	400	3900	0,92	2,1	2,5
beton	400	1900-2000	0,84	1,2-1,3	0,76
argilă de foc	1700	1830-2200	1,1-1,3	0,6-1,3	0,21-0,65
grafit	3500	1600-2000	2,0	40-170	12-54
caramida rosie	1000	1700-1800	0,88	0,7-0,8	0,5
nisip	–––	1460-1600	0,8-1,5	0,3-0,2	––

Pentru a reduce amplitudinea fluctuațiilor de temperatură a gazului rece se folosește funcționarea simultană a mai multor baterii, descărcate într-un canal comun. În acest caz, amplitudinea oscilațiilor scade proporțional cu numărul de TA de lucru. Evident, pentru a obține o temperatură constantă a gazului, este nevoie de un număr infinit de ele, care se realizează într-un regenerator rotativ.

Capitolul 4. Acumulatoare de căldură bazate pe tranziții de fază

Utilizarea căldurii de fuziune pentru acumularea căldurii asigură o densitate mare a energiei stocate atunci când se utilizează diferențe mici de temperatură și o temperatură destul de stabilă la ieșirea încălzitorului. Cu toate acestea, majoritatea TAM-urilor în stare topită sunt corozive, au, în general, conductivitate termică scăzută, își schimbă volumul atunci când sunt topite și sunt relativ scumpe. În prezent, este cunoscută o gamă largă de substanțe care asigură temperaturi de acumulare de la 0 la 1400 °C. Trebuie remarcat faptul că utilizarea pe scară largă a TA cu TAM de topire este limitată în primul rând de considerentele de eficiență a instalațiilor care sunt create.

La temperaturi de funcționare de până la 120°C, se recomandă utilizarea hidrurilor cristaline de săruri anorganice, care se datorează în primul rând utilizării de substanțe naturale ca TAM. Pentru utilizare reală, sunt luate în considerare numai substanțele care nu se descompun la topire sau se dizolvă în exces de apă incluse în TAM. Pentru a asigura cristalizarea cu suprarăcire scăzută a lichidului, este necesar să se utilizeze substanțe care sunt centrele primare de cristalizare. Pentru a bloca separarea fazelor, se folosesc fie agenți de îngroșare, fie agitare intensivă în timpul schimbului de căldură. Până în prezent, au fost elaborate recomandări pentru a asigura performanța TAM pe bază de hidrați cristalini pentru câteva mii de cicluri de încărcare-descărcare. Dezavantajele hidraților cristalini includ și activitatea lor corozivă crescută.

Tabelul 4.1 Principalele proprietăți ale TAM pe bază de hidruri cristaline.

Utilizarea substanțelor organice elimină aproape complet problemele distrugerii corozive a carcasei, oferă densități mari de energie stocată și indicatori economici buni. Metodele de tratare a suprafeței substanțelor organice dezvoltate până în prezent (artizanat - polimerizare - modificare etc.) fac posibilă crearea unor structuri fără o suprafață de transfer de căldură clar definită. Cu toate acestea, în timpul funcționării substanțelor organice, căldura de fuziune scade din cauza distrugerii lanțurilor lungi de molecule de polimer. Utilizarea materialelor organice necesită suprafețe dezvoltate de schimb de căldură datorită coeficientului scăzut de conductivitate termică al TAM.

Tabelul 4.2 Proprietățile de bază ale topirii TAM organice.

La temperaturi de funcționare mai ridicate, de regulă, se folosesc compuși și aliaje de metale ușoare. Dezavantajele semnificative ale compușilor metalici sunt considerate a fi conductivitatea termică scăzută, activitatea de coroziune și modificarea volumului în timpul topirii.

Capitolul 5. Construcția tranziției de fază TA

Plasarea TAM în capsule orez. 4, a asigură o fiabilitate ridicată a designului, vă permite să creați o suprafață dezvoltată de schimb de căldură și să compensați (când utilizați capsule flexibile) modificările de volum în timpul tranzițiilor de fază. Cu toate acestea, din cauza conductibilității termice scăzute a TAM, este necesar un număr mare de capsule de dimensiuni mici, ceea ce duce la o intensitate ridicată a muncii la fabricarea TAM, la o utilizare insuficientă a volumului (pentru capsule cilindrice) și la o rigiditate structurală scăzută ( pentru capsule plate). Este recomandată în special utilizarea schimbătoarelor de căldură cu capsule în cazul fluxurilor scăzute de căldură de la suprafața de schimb de căldură.

Fig.4 Principalele tipuri de acumulatoare de căldură cu tranziție de fază: A- capsulă; 6 -. coajă și tub; c, d- cu răzuitoare TAM; d- cu îndepărtarea ultrasonică a TAM; e, f- cu contact direct si pompare TAM; h, Și- cu transfer termic evaporativ-convectiv; 1 - TAM lichid; 2 -TAM solid; 3 - suprafata de schimb de caldura; 4 - organism TA; a - lichid de răcire; 6 - limita de fază; 7 - particule de TAM solid; 4- schimbator de caldura intermediar; 9 - spatii de abur si lichid pentru lichid de racire.

Amplasarea TAM în spațiul inter-tub al unui schimbător de căldură cu carcasă și tub (Fig. 4,b) asigură utilizarea rațională a volumului intern al schimbătorului de căldură și utilizarea tehnologiei tradiționale pentru fabricarea schimbătoarelor de căldură. Cu toate acestea, cu acest design, este dificil să se asigure expansiunea liberă a TAM, ca urmare a faptului că fiabilitatea bateriei în ansamblu este redusă. Asigurarea caracteristicilor dinamice ale bateriei este complicată de limitările de rezistență cunoscute ale pasului tuburilor din placa tubulară.

Cel mai complex și mai scump element tehnologic al unui schimbător de căldură proiectat în mod tradițional este suprafața de schimb de căldură, care determină puterea acumulatorului de căldură. Datorită coeficienților scăzuti de conductivitate termică ai majorității TAM în topire, au fost propuse acum diferite metode pentru a reduce suprafața de transfer de căldură prin răzuirea TAM. , distrugerea cu ultrasunete sau electrohidraulică a TAM întărit . Aceste metode fac posibilă reducerea semnificativă a dimensiunii suprafeței de schimb de căldură, dar crește semnificativ sarcina asupra elementelor structurale ale bateriei. Se știe că cea mai bună opțiune pentru o suprafață de schimb de căldură este absența completă a acesteia, adică contactul direct al materialului care acumulează căldură și lichidul de răcire. Evident, în acest caz este necesar să se selecteze atât materialele de stocare a căldurii, cât și lichidele de răcire în funcție de caracteristicile care asigură operabilitatea structurilor.

În acest caz, materialele de stocare a căldurii trebuie să îndeplinească următoarele cerințe: să se cristalizeze în cristale individuale; au o mare diferență în densitățile fazelor solide și lichide; să fie stabil din punct de vedere chimic; nu formați emulsii cu lichidul de răcire.

Lichidanții de răcire sunt selectați în funcție de următoarele criterii:

stabilitate chimică atunci când este amestecat cu TAM,

diferență mare de densități față de TAM,

capacitate scăzută de spumare,

o serie de alte cerințe care decurg din caracteristicile de proiectare.

Când utilizați un lichid de răcire care este mai dens decât TAM solid, schema prezentată în orez. 4 e.În timpul funcționării, bateria este umplută cu un amestec de material de stocare a căldurii și lichid de răcire. Un lichid de răcire este furnizat în partea superioară a TA, care cade pe suprafața TA, îl răcește (încălzește) și este îndepărtat din partea inferioară a bateriei. Datorită densității mai mici a fazei lichide TAM în comparație cu faza solidă, particulele sale cristalizate se scufundă în partea inferioară a bateriei. În timpul funcționării TA, întregul volum este umplut treptat cu TAM cristalizat. Când utilizați un lichid de răcire cu o densitate mai mică decât densitatea TAM, schema prezentată în orez. 4 w. Pulverizarea lichidului de răcire are loc în partea de jos a bateriei. În timpul procesului de ascensiune a picăturilor de lichid de răcire, TAM este încălzit sau răcit și, în același timp, amestecat intens. Principalele dezavantaje ale metodelor de contact de mai sus dintre TAM și lichidul de răcire sunt necesitatea unei surse externe de energie pentru pompare și nevoia de filtrare atentă a lichidului de răcire pentru a preveni antrenarea particulelor de TAM.

Aceste dezavantaje sunt absente într-un design care utilizează principiul transferului de căldură evaporativ-convectiv cu contact direct între TAM și lichidul de răcire ( Fig.4, h). În acest caz, pe lângă proprietățile menționate ale lichidului de răcire, este necesar ca punctul de fierbere la presiunea atmosferică să fie puțin mai mic decât punctul de topire al TAM. Pentru a încărca bateria, presiunea și, în consecință, temperatura de fierbere a lichidului de răcire din acesta sunt setate peste punctul de topire al TAM. Căldura este furnizată schimbătorului de căldură de încărcare. Lichidul de răcire fierbe și bulele de abur la o temperatură peste punctul de topire al TAM-ului se ridică în sus și încălzesc TAM-ul. În acest caz, TAM-ul se topește și lichidul de răcire se condensează. TAM topit se ridică în sus, iar condensul lichidului de răcire cade în jos. Pe măsură ce TAM se topește, bulele de lichid de răcire ies în spațiul de vapori al TA și la sfârșitul procesului de încărcare, tot lichidul de răcire din faza de vapori este în vapori. spaţiu. În etapa de îndepărtare a căldurii din TA, presiunea din acesta scade, astfel încât temperatura de condensare a lichidului de răcire devine mai mică decât punctul de topire al TA. Când căldura este îndepărtată, condensul lichidului de răcire are loc pe suprafața schimbătorului de căldură de descărcare, care curge pe TAM topit. Picăturile de lichid de răcire se evaporă și particulele de TAM cristalizează. TAM solidificat cade în partea inferioară a TA, iar vaporii de lichid de răcire se ridică în sus.

Pe măsură ce TAM-ul se răcește, picăturile de lichid de răcire cad din ce în ce mai jos, iar la sfârșitul procesului de descărcare, tot lichidul de răcire ajunge în partea inferioară a TAM-ului.

Lista literaturii folosite

1. Ageev V.A. Surse de energie netradiționale și regenerabile (curs de prelegeri) © Departamentul de Sisteme Termoenergetice, 2006

2. Gulia N.V. Dispozitive de stocare a energiei. – M., 1980

3. Levenberg V.D. etc Acumularea de căldură. 1991

4. Pugach L.I. energie netradițională, surse regenerabile.

5. http://www.rodniki.bel.ru/dom/elgen0.htm

6. http://www.seu.ru/programs/ecodom/book/index.htm

Dmitri Belkin

Izolarea unei case private. Partea 3

Acumularea de căldură este cheia confortului în casa ta

Așadar, în ultimul articol ne-am uitat la diferite materiale de construcție din care ne-am putea construi casa. Cu toate acestea, am atins problema căldurii în casă foarte, foarte superficial. Astfel, partea teoretică nu este încă terminată! E în plină desfășurare! În acest articol voi încerca să vorbesc clar despre problemele mai serioase ale izolației termice a unei locuințe. Apropo, în procesul de prezentare am folosit din nou termeni prea liber. Să fim de acord că izolarea este un set de măsuri pentru a crește temperatura într-o cameră, adică, de exemplu, un dispozitiv de încălzire, iar izolarea termică este un set de măsuri pentru a reduce transferul de căldură al structurilor clădirii. Astfel, subiectul acestui articol va fi izolarea termică. Mai mult, izolarea termică este necesară doar acolo unde este instalată încălzirea, deoarece face dificilă scăparea căldurii afară și nu protejează deloc de frig, așa cum cred unii oameni.

Atunci când construiești o casă caldă, trebuie să ții cont de faptul că o casă decomandată pierde, conform diverselor estimări, doar 30 până la 40 la sută din căldură prin pereți. Aceasta înseamnă că, dacă casa a fost deja construită și caracteristicile ei de reținere a căldurii nu vă mulțumesc, atunci izolarea termică suplimentară a pereților poate să nu ajute. În primul rând, trebuie să izolați termic pereții care au transfer termic insuficient, de exemplu, cei construiți din materiale cu conductivitate termică ridicată (cărămidă nisip-var, blocuri de ciment sau beton), sau pereți insuficient de groși. Așadar, dacă aveți o casă rece construită din lemn, atunci este suficient să calafați astfel de pereți cu mai multă atenție, iar dacă locuiți într-o casă rece din beton spumos sau blocuri de beton de argilă expandată, atunci ar trebui în primul rând să direcționați fonduri. la izolarea termică a tavanelor și ferestrelor.

Acum să atingem problema principală a acestui articol, și anume procesul de acumulare a căldurii de către pereți. Să ne imaginăm o situație în care temperatura din interiorul camerei noastre este peste zero și în exterior este sub zero. Astfel, putem presupune că peretele nostru separă două medii cu temperaturi diferite. În același timp, așa cum tocmai am convenit, aerul cald tinde să scape. Bunul simț ne spune că dacă o suprafață a peretelui are o temperatură, de exemplu -20, iar a doua suprafață, dimpotrivă, are o temperatură de + 20, atunci trebuie să fie zero undeva. Aparent, în condițiile noastre, acest grad zero este în interiorul peretelui.

Pentru simplitate, să presupunem că este exact la mijloc. La rândul său, asta înseamnă că jumătate din perete, în condițiile noastre, are o temperatură peste zero. Să presupunem că zidul nostru cântărește o tonă. Prin urmare, jumătate de perete cântărește exact o jumătate de tonă. Cea mai bună parte este că între această jumătate caldă a peretelui și aerul din cameră are loc un proces de transfer de căldură și, dacă scoatem tot aerul cald din camera noastră, deschidem o fereastră, de exemplu, apoi după închiderea ferestrei. , peretele mai cald va renunța la aerul căldurii acumulate, în plus, Cu cât se va degaja mai multă căldură, cu atât peretele este mai greu și, în consecință, cu atât energia stocată de acesta este mai mare.

Sper că acum este clar că izolarea exteriorului unui perete este semnificativ preferabilă decât izolarea interiorului unei camere. Într-adevăr, izolația termică exterioară se deplasează cu zero grade către marginea exterioară a peretelui, crescând masa părții calde a peretelui, în timp ce izolarea termică a părții interioare a peretelui, dimpotrivă, o împiedică să se încălzească și să acumuleze căldură. . O camera cu termoizolatie interioara se caracterizeaza prin faptul ca se incalzeste foarte repede si se evapora la fel de repede atunci cand fereastra este deschisa. Căldura nu este acumulată de pereți!

Desigur, putem vorbi despre acumularea de căldură de către pereții exteriori cu un anumit grad de convenție. Faptul este că fizica procesului de transfer de căldură spune că peretele exterior degajă întotdeauna căldură, ceea ce înseamnă că nu acumulează căldură, deoarece o irosește în mod constant. Este ca o baterie pe care o încărcăm constant și la care sunt conectate o grămadă de becuri care o descarcă constant. Înțelegi analogia? Când curentul de încărcare este oprit, becurile vor descărca bateria foarte repede, doar că acest proces nu va fi instantaneu, atât. Pentru a încetini procesul de descărcare, trebuie să măriți capacitatea bateriei, iar în cazul unui perete, trebuie să creșteți grosimea acestuia.

Doar pereții interiori și obiectele masive din cameră acumulează căldură cu adevărat.

rezumat

Când construiți o casă caldă, trebuie să vă asigurați că în cameră există obiecte suficient de grele care acumulează căldură. Acesta ar putea fi un perete, iar peretele interior acumulează căldură mult mai intens decât cel exterior, deoarece peretele interior are temperatura camerei pe toată grosimea sa! Ar putea fi o coloană monolitică sau ceva la fel de greu. Permiteți-mi să vă reamintesc că cel mai tare acumulator de căldură dintre strămoșii noștri și, în unele locuri dintre noi, este un cuptor de cărămidă. Îmi amintesc cum eu și prietenii mei am încălzit o sobă rusească la dacha și încă nu s-a încălzit și nu s-a încălzit, în ciuda faptului că focul pur și simplu răvășea în ea și am petrecut o cantitate imensă de lemne de foc. Ne-am culcat în frig. Dar ne-am trezit dimineața de la căldură. Mai mult decât atât, soba a acumulat atât de multă căldură încât nu am mai încălzit-o în acel weekend. Ne-am dus acasă și ea încă era caldă. Deci, dacă casa dvs. are izolație interioară și pereți ușori, de exemplu, din gips-carton, atunci este logic să nu vă zgâriți cu pereții despărțitori și să le faceți monolitice.

La instalarea termoizolației interioare, în niciun caz nu trebuie așezate conducte de încălzire și în special conducte de apă între perete și termoizolație. Dacă în cazul încălzirii vă confruntați doar cu o creștere a facturilor la combustibil, atunci alimentarea cu apă poate îngheța!

ATENŢIE!!! Experienta personala!

Unul dintre prietenii mei (vecini) a cumpărat o casă de lemn. Mai mult, chiar în prima iarnă s-a dovedit că muncitorii au făcut economii la remorcare. Pe scurt, nu l-au pus deloc. Problema a fost complicată și mai mult de faptul că grinzile au fost montate destul de strâns și nu a fost posibil să se calafate corect casa. I-am sugerat vecinului meu să izoleze exteriorul casei cu vată minerală. Așa a făcut. În plus, a instalat termoizolație interioară în casa sa folosind plastic spumă de 3 cm grosime, apoi pereții din interior au fost acoperiți cu gips-carton într-un singur strat. Ca rezultat, destul de ciudat, chiar și în cel mai sever îngheț, fereastra din casă nu se închide, iar caloriferele de încălzire nu se încălzesc niciodată peste 60 de grade. Pentru a fi corect, aș dori să remarc că ferestrele sunt folosite cu geamuri termopan, iar prin „fereastră fereastră” înțelegem o mică crăpătură în partea pliabilă a ferestrei. Incalzirea se face folosind o pompa de circulatie, ceea ce nu este mai putin important! Poftim! Iată un caz în care teoria diverge de la practică. Se pare că un strat mizerabil de gips-carton face casa foarte confortabilă. I-am sugerat în repetate rânduri vecinului meu să-i fac o gaură în gips-carton și să bag un termometru în gaură pentru a testa teoria de mai sus, dar din anumite motive el refuză. Ei bine, desigur, teoria nu poate diverge de la practică. Serios vorbind, poți veni cu motive pentru care casa este uscată și confortabilă. De exemplu, putem presupune că în această casă radiatoarele de încălzire sunt mai puternice decât este necesar. Poate încăperile nu sunt prea mari din punct de vedere al volumului de aer, poate că există suficientă căldură acumulată în tavan sau pereții interiori? Până la urmă, nimeni nu a deschis larg ferestrele și orificiile de ventilație în îngheț și, cel mai interesant lucru este că nimeni nu o să facă asta! Pe scurt, iată faptele și sunt, după cum știm, lucruri încăpățânate!

În următorul articol mă voi uita la umiditatea aerului din interior.

Acumularea de căldură în orice sistem de încălzire a apei permite adaptarea acestuia la condițiile de cerere de apă caldă care se modifică pe parcursul zilei. Utilizarea diverselor mijloace de stocare a energiei la utilizarea centralelor solare face posibilă și depășirea unei alte dificultăți asociate cu variabilitatea intensității energiei solare în timpul zilei. După cum am văzut deja, chiar și sub un cer fără nori, o cantitate acceptabilă de energie la o temperatură adecvată a fluidului poate fi obținută doar cu câteva ore înainte și după amiază. Temperaturile mai ridicate sunt necesare doar pentru perioade scurte de timp. De exemplu, centralele solare destinate încălzirii clădirilor mențin temperatura lichidului de răcire la 60°C doar aproximativ trei ore pe zi. Întrucât în ​​astfel de sisteme perioadele de consum și de primire a energiei nu coincid, este evident că aceasta trebuie acumulată în timpul zilei și apoi îndepărtată la o temperatură adecvată.

În țările dezvoltate cu o climă asemănătoare cu cea a Angliei în timpul iernii, consumul mediu zilnic de energie pentru alimentarea cu apă caldă și încălzirea clădirilor rezidențiale este estimat la 15, respectiv 150 kWh. Costurile zilnice de energie pentru alimentarea cu apă caldă a spitalelor mari din țările tropicale se ridică la câțiva MWh. Dacă se folosește apă pentru stocarea energiei, încălzită, să zicem, cu 10 K, atunci cu capacitatea ei termică specifică de 1,2 Wh/(kg-K), debit scăzut în clădire și fără a lua în considerare pierderile pentru a obține cantitatea necesară în timpul ziua Energia necesită aproximativ 14 mii de litri de apă, iar volumul pe care îl ocupă este de 14 m2. Această cifră pare mai mult sau mai puțin reală, dar în raport cu un spital ajunge la 200 de mii de litri; iar construcția corespunzătoare este tehnic extrem de dificil de implementat.

O dificultate similară se întâlnește la dezvoltarea încălzitoarelor electrice de noapte de uz casnic, care sunt acum utilizate pe scară largă în Anglia. În astfel de încălzitoare, care consumă energie relativ scăzută, elementele electrice încălzesc un material special care reține bine căldura. Energia stocată în acest fel este apoi consumată treptat, menținând temperatura camerei în anumite limite. În acest caz, materialul se supraîncălzește atât de mult încât cărămizile rezistente la foc sunt de obicei folosite pentru izolarea termică a elementelor de încălzire. Drept urmare, astfel de încălzitoare se dovedesc a fi foarte voluminoase.

Cu colectoarele solare, energia este stocată fie în rezervoare de apă subterane, fie în compartimente pline cu piatră. A doua opțiune este de preferat pentru sistemele de încălzire cu aer, unde aerul este încălzit prin trecerea între pietre. Dacă presupunem că pietrele au aceeași dimensiune și formă sferică, atunci golurile dintre ele reprezintă aproximativ o treime din volumul total al compartimentului. Acest lucru asigură o suprafață mare de contact a aerului încălzit și condiții bune pentru schimbul de căldură. Principalul dezavantaj al unor astfel de sisteme este capacitatea lor scăzută de căldură (de patru ori mai mică decât capacitatea de căldură a apei).

În dispozitivele luate în considerare, energia termică se acumulează prin creșterea energiei cinetice și potențiale a moleculelor mediului. Se consumă mult mai multă energie în timpul tranzițiilor de fază, adică în procesul de distrugere a unei structuri ordonate, de exemplu în timpul topirii sau vaporizării. În acest caz, energia de intrare este cheltuită predominant pentru creșterea energiei potențiale a moleculelor, datorită creșterii distanței dintre ele. Un tip de încălzitor solar folosește parafina ca atare substanță de stocare a căldurii, al cărei punct de topire este de aproximativ 55 ° C, iar căldura latentă de fuziune este de aproximativ 40 Wh/kg. Când parafina este răcită, primim din nou această energie, dar la o temperatură mai convenabilă. Într-un astfel de dispozitiv pentru stocarea a 150 kWh de energie termică, volumul rezervorului nu depășește 4 m3. Hidrații anumitor săruri sunt utilizați și ca lichide de răcire. De exemplu, sarea Glauber Na2S04-10H20 se topește la o temperatură de aproximativ 32 °C, în timp ce aproximativ 67 Wh/kg sunt cheltuiți pentru distrugerea structurii cristaline. Când este răcit la aceeași temperatură, energia acumulată este eliberată. Procesul de „topire - solidificare a sării poate fi repetat de multe ori, cu toate acestea, s-a stabilit că dacă sarea topită nu este agitată, atunci are loc o redistribuire a concentrației, ceea ce face dificilă recristalizarea sării. Datorită căutărilor constante. și studii, a fost posibil să se găsească alte substanțe cu o căldură latentă mare de fuziune, în care tranzițiile de fază reversibile sunt efectuate la o temperatură de 40-60° C. Din păcate, multe dintre ele sunt nepotrivite din cauza costului ridicat, a pericolului de explozie. , toxicitate, corozivitate etc.