Acumularea energiei termice pentru gradina. Exploatarea rețelelor termice

Ecologia consumului.Știință și tehnologie: Una dintre principalele probleme Energie alternativa- primirea neuniformă a acestuia din surse regenerabile. Să luăm în considerare modul în care tipurile de energie pot fi stocate (deși pentru utilizare practică va trebui să transformăm energia stocată fie în electricitate, fie în căldură).

Una dintre principalele probleme ale energiei alternative este furnizarea neuniformă din surse regenerabile. Soarele strălucește doar în timpul zilei și pe vreme fără nori, vântul fie bate, fie se potolește. Da, iar nevoia de electricitate nu este constantă, de exemplu, este nevoie de mai puțin pentru iluminat în timpul zilei și mai mult seara. Și oamenilor le place când orașele și satele sunt inundate de lumini noaptea. Ei bine, sau cel puțin doar străzile sunt luminate. Așa că apare sarcina - să economisiți energia primită pentru o perioadă de timp pentru a o utiliza atunci când nevoia este maximă, iar fluxul nu este suficient.

Există 6 tipuri principale de energie: gravitațională, mecanică, termică, chimică, electromagnetică și nucleară. Până în prezent, omenirea a învățat cum să creeze baterii artificiale pentru energia primelor cinci tipuri (ei bine, cu excepția faptului că stocurile disponibile de combustibil nuclear sunt de origine artificială). Aici vom lua în considerare modul în care fiecare dintre aceste tipuri de energie poate fi stocată și stocată (deși pentru utilizare practică va trebui să transformăm energia acumulată fie în energie electrică, fie în căldură).

Acumulatoare de energie gravitațională

În acumulatorii de acest tip, în stadiul de acumulare a energiei, sarcina se ridică, acumulând energie potențială, iar la momentul potrivit cade înapoi, returnând această energie cu beneficii. Utilizarea de solide sau lichide ca marfă aduce propriile caracteristici designului fiecărui tip. O poziție intermediară între ele este ocupată de utilizarea materialelor în vrac (nisip, plumb, bile mici de oțel etc.).

Stocarea energiei gravitaționale în stare solidă

Esența dispozitivelor de stocare mecanică gravitațională este că o anumită sarcină se ridică la o înălțime și este eliberată la momentul potrivit, forțând axa generatorului să se rotească pe parcurs. Un exemplu de implementare a unei astfel de metode de stocare a energiei este dispozitivul propus de compania californiană Advanced Rail Energy Storage (ARES). Ideea este simplă: într-o perioadă în care panourile solare și morile de vânt produc multă energie, mașinile speciale grele sunt conduse în sus cu ajutorul motoarelor electrice. Noaptea și seara, când nu sunt suficiente surse de energie pentru a asigura consumatorii, mașinile se prăbușesc, iar motoarele, care funcționează ca generatoare, returnează energia acumulată înapoi în rețea.

Aproape toate dispozitivele mecanice de stocare din această clasă au un design foarte simplu și, prin urmare, fiabilitate ridicată și durată lungă de viață. Timpul de stocare a energiei odată stocate este practic nelimitat, cu excepția cazului în care sarcina și elementele structurale se prăbușesc în timp din cauza bătrâneții sau a coroziunii.

Energia stocată în ridicarea corpurilor solide poate fi eliberată într-o foarte mare măsură un timp scurt. Limitarea puterii primite de la astfel de dispozitive este impusă numai de accelerația căderii libere, care determină rata maximă de creștere a vitezei sarcinii în cădere.

Din păcate, consumul specific de energie al unor astfel de dispozitive este scăzut și este determinat de formula clasică E = m · g · h. Astfel, pentru a stoca energie pentru încălzirea a 1 litru de apă de la 20°C la 100°C, este necesar să ridicați o tonă de marfă cel puțin la o înălțime de 35 de metri (sau 10 tone pe 3,5 metri). Prin urmare, atunci când este nevoie de a stoca mai multă energie, aceasta duce imediat la nevoia de a crea structuri voluminoase și, ca o consecință inevitabilă, costisitoare.

Dezavantajul unor astfel de sisteme este, de asemenea, că calea pe care se deplasează sarcina trebuie să fie liberă și destul de dreaptă și este, de asemenea, necesar să se excludă posibilitatea intrării accidentale a lucrurilor, oamenilor și animalelor în această zonă.

Depozitarea fluidelor gravitaționale

Spre deosebire de mărfurile în stare solidă, atunci când se utilizează lichide, nu este nevoie să se creeze arbori drepti cu secțiune transversală mare pentru întreaga înălțime a ascensorului - lichidul se mișcă perfect de-a lungul țevilor curbate, a căror secțiune transversală ar trebui să fie suficientă doar pentru trece fluxul maxim de proiectare prin ele. Prin urmare, rezervoarele superioare și inferioare nu trebuie să fie plasate unul sub celălalt, ci pot fi distanțate la o distanță suficient de mare.

Această clasă include centralele electrice cu acumulare prin pompare (PSPP).

Există, de asemenea, acumulatori hidraulici la scară mai mică de energie gravitațională. În primul rând, pompăm 10 tone de apă dintr-un rezervor subteran (puț) într-un container de pe un turn. Apoi apa din rezervor sub acțiunea gravitației curge înapoi în rezervor, rotind o turbină cu un generator electric. Durata de viață a unei astfel de unități poate fi de 20 de ani sau mai mult. Avantaje: la utilizarea unei turbine eoliene, aceasta din urma poate actiona direct o pompa de apa, apa dintr-un rezervor de pe un turn poate fi folosita pentru alte nevoi.

Din păcate, sistemele hidraulice sunt mai dificil de menținut în stare tehnică corespunzătoare decât cele cu stare solidă - în primul rând, aceasta se referă la etanșeitatea rezervoarelor și a conductelor și la funcționarea echipamentelor de oprire și pompare. Inca un lucru condiție importantă- în momentele de acumulare și utilizare a energiei, fluidul de lucru (cel puțin partea lui suficient de mare) trebuie să fie în stare lichidă de agregare și să nu fie sub formă de gheață sau abur. Dar, uneori, în astfel de acumulatori este posibil să se obțină energie suplimentară gratuită, de exemplu, la completarea rezervorului superior cu apă topită sau de ploaie.

Stocarea energiei mecanice

Energia mecanică se manifestă în interacțiunea, mișcarea corpurilor individuale sau a particulelor acestora. Include energia cinetică de mișcare sau rotație a corpului, energia de deformare la îndoire, întindere, răsucire, comprimare a corpurilor elastice (arcuri).

Stocarea de energie giroscopică

În acumulatoarele giroscopice, energia este stocată sub forma energiei cinetice a unui volant care se rotește rapid. Energia specifică stocată pe kilogram de greutate a volantului este mult mai mare decât ceea ce poate fi stocat într-un kilogram de greutate statică, chiar ridicându-l la o înălțime mare, iar cele mai recente dezvoltări de înaltă tehnologie promit o densitate de energie stocată comparabilă cu energia chimică per unitate de masă a celor mai eficiente tipuri de combustibil chimic.

Un alt plus uriaș al volantului este capacitatea de a reveni rapid sau de a primi o putere foarte mare, limitată doar de rezistența la tracțiune a materialelor în cazul unei transmisii mecanice sau de „capacitatea” transmisiilor electrice, pneumatice sau hidraulice.

Din păcate, volantele sunt sensibile la șocurile și rotațiile în alte planuri decât planul de rotație, deoarece acest lucru creează sarcini giroscopice uriașe care tind să îndoaie axa. În plus, timpul de stocare a energiei acumulate de volant este relativ scurt, iar pentru modelele convenționale acesta variază de obicei de la câteva secunde la câteva ore. În plus, pierderile de energie din cauza frecării devin prea vizibile... Cu toate acestea, tehnologii moderne vă permite să măriți dramatic timpul de depozitare - până la câteva luni.

În sfârșit, încă un moment neplăcut - energia stocată de volant depinde direct de viteza de rotație a acestuia, prin urmare, pe măsură ce se acumulează sau se eliberează energie, viteza de rotație se schimbă tot timpul. În același timp, sarcina necesită foarte des o viteză de rotație stabilă, care să nu depășească câteva mii de rotații pe minut. Din acest motiv, sistemele pur mecanice pentru transferul puterii către și de la volantă pot fi prea complexe pentru a fi fabricate. Uneori situatia poate fi simplificata printr-o transmisie electromecanica folosind un motor-generator situat pe acelasi arbore cu volanta sau conectat la acesta printr-o cutie de viteze rigida. Dar atunci sunt inevitabile pierderile de energie pentru încălzirea firelor și înfășurărilor, care pot fi mult mai mari decât pierderile prin frecare și alunecare la variatoarele bune.

Deosebit de promițătoare sunt așa-numitele superflywheels, care constau din bobine de bandă de oțel, sârmă sau fibre sintetice de înaltă rezistență. Înfășurarea poate fi densă sau poate avea un spațiu liber special lăsat. În ultimul caz, pe măsură ce volantul se desfășoară, spirele benzii se deplasează din centrul său la periferia de rotație, schimbând momentul de inerție al volantului, iar dacă banda este arc, atunci stochează o parte din energie în energie. de deformare elastică a arcului. Drept urmare, în astfel de volante, viteza de rotație nu este atât de direct legată de energia acumulată și este mult mai stabilă decât în ​​cele mai simple structuri dintr-o singură bucată, iar consumul lor de energie este vizibil mai mare.

Pe lângă o intensitate mai mare a energiei, acestea sunt mai sigure în cazul diverselor accidente, deoarece, spre deosebire de fragmentele unui volant monolitic mare, comparabile ca energie și putere distructivă cu ghiulele, fragmentele unui arc au mult mai puțină „putere dăunătoare” și, de obicei, destul de eficient. încetiniți o explozie a volantului din cauza frecării împotriva pereților carcasei. Din același motiv, volantele solide moderne, proiectate să funcționeze în moduri apropiate de redistribuirea rezistenței materialului, sunt adesea realizate nu monolitice, ci țesute din cabluri sau fibre impregnate cu un liant.

Design-urile moderne cu o cameră de rotație cu vid și o suspensie magnetică a unui super-volant din fibră Kevlar asigură o densitate de energie stocată de peste 5 MJ/kg și pot stoca energie cinetică timp de săptămâni și luni. Potrivit estimărilor optimiste, utilizarea fibrei de „supercarbon” de mare rezistență pentru înfășurare va crește viteza de rotație și densitatea specifică a energiei stocate de multe ori mai mult - până la 2-3 GJ / kg (ei promit că o rotație de un astfel de volant care cântărește 100-150 kg va fi suficient pentru o alergare de un milion de kilometri sau mai mult, adică pentru aproape întreaga viață a mașinii!). Cu toate acestea, costul acestei fibre este, de asemenea, de multe ori mai mare decât costul aurului, așa că nici măcar șeicii arabi nu își pot permite încă astfel de mașini... Mai multe detalii despre transmisiile cu volantă găsiți în cartea lui Nurbey Gulia.

Stocarea de energie prin girorezonanță

Aceste unități sunt același volant, dar dintr-un material elastic (de exemplu, cauciuc). Drept urmare, are proprietăți fundamental noi. Pe măsură ce viteza crește, „excrescențele” - „petale” încep să se formeze pe un astfel de volant - mai întâi se transformă într-o elipsă, apoi într-o „floare” cu trei, patru sau mai multe „petale” ... Mai mult, după formare de „petale” începe, viteza de rotație a volantului este deja practic nu se schimbă, iar energia este stocată în valul rezonant de deformare elastică a materialului volantului, care formează aceste „petale”.

La sfârșitul anilor 1970 și începutul anilor 1980, N.Z. Garmash a fost angajat în astfel de construcții în Donețk. Rezultatele sale sunt impresionante - conform estimărilor sale, cu o viteză de funcționare a volantului de doar 7-8 mii rpm, energia stocată a fost suficientă pentru ca mașina să parcurgă 1.500 km față de 30 km cu un volant convențional de aceeași dimensiune. Din păcate, informații mai recente despre acest tip de unitate nu sunt cunoscute.

Acumulatoare mecanice care utilizează forțe elastice

Această clasă de dispozitive are o capacitate specifică foarte mare de energie stocată. Dacă este necesar să se respecte dimensiunile mici (câțiva centimetri), intensitatea sa energetică este cea mai mare dintre dispozitivele mecanice de stocare. Dacă cerințele pentru caracteristicile de greutate și dimensiune nu sunt atât de stricte, atunci volantele mari de viteză ultra mare o depășesc în ceea ce privește intensitatea energetică, dar sunt mult mai sensibile la factorii externi și au mult mai puțin timp de stocare a energiei.

Acumulatoare mecanice cu arc

Comprimarea și extinderea arcului poate asigura un debit foarte mare și o furnizare de energie pe unitatea de timp - poate cea mai mare putere mecanică dintre toate tipurile de dispozitive de stocare a energiei. Ca și în cazul volantelor, este limitat doar de rezistența la tracțiune a materialelor, dar arcurile implementează de obicei direct mișcarea de translație de lucru, iar la volante nu se poate face fără o transmisie destul de complexă (nu este o coincidență că armele pneumatice folosesc fie arcuri mecanice, fie canistre de gaz, care, în esență, sunt arcuri pneumatice preîncărcate; înainte de apariția armelor de foc, armele cu arc erau folosite și pentru luptă la distanță - arcuri și arbalete, care, cu mult înainte de noua eră, erau complet înlocuit trupe profesioniste sling cu stocarea sa de energie cinetică).

Durata de stocare a energiei acumulate într-un arc comprimat poate fi de mulți ani. Cu toate acestea, trebuie avut în vedere faptul că, sub influența deformării constante, orice material acumulează oboseală în timp, iar rețeaua cristalină a metalului arcului se schimbă încet și cu cât tensiunile interne sunt mai mari și cu cât temperatura mediului ambiant este mai mare, cu atât mai repede și într-o măsură mai mare se va întâmpla acest lucru. Prin urmare, după câteva decenii, un arc comprimat, fără a se schimba în exterior, se poate dovedi a fi „descărcat” complet sau parțial. Cu toate acestea, arcurile din oțel de înaltă calitate, dacă nu sunt supuse supraîncălzirii sau hipotermiei, sunt capabile să funcționeze timp de secole fără pierderi vizibile de capacitate. De exemplu, un ceas de perete mecanic vechi de la o fabrică plină încă mai funcționează timp de două săptămâni - la fel cum a făcut acum mai bine de jumătate de secol, când a fost fabricat.

Dacă este necesară „încărcarea” și „descărcarea” treptat a arcului, mecanismul care asigură acest lucru poate fi foarte complex și capricios (uitați-vă la același ceas mecanic - de fapt, o mulțime de viteze și alte piese servesc tocmai acestui scop ). O transmisie electromecanică poate simplifica situația, dar de obicei impune restricții semnificative asupra puterii instantanee a unui astfel de dispozitiv, iar atunci când se lucrează cu puteri mici (câteva sute de wați sau mai puțin), eficiența acestuia este prea scăzută. O sarcină separată este acumularea de energie maximă într-un volum minim, deoarece în acest caz apar solicitări mecanice apropiate de rezistența maximă a materialelor utilizate, ceea ce necesită calcule deosebit de atente și o manoperă impecabilă.

Vorbind despre arcuri aici, trebuie să aveți în vedere nu numai metalul, ci și alte elemente solide elastice. Cele mai comune dintre ele sunt benzile de cauciuc. Apropo, în ceea ce privește energia stocată pe unitatea de masă, cauciucul depășește oțelul de zece ori, dar servește aproximativ aceeași cantitate mai puțin și, spre deosebire de oțel, își pierde proprietățile după câțiva ani chiar și fără utilizare activă și în condiții externe ideale. conditii - datorita imbatranirii chimice relativ rapide si degradarii materialului.

Depozitare mecanică pe gaz

În această clasă de dispozitive, energia este stocată datorită elasticității gazului comprimat. Cu un exces de energie, compresorul pompează gaz în butelie. Atunci când este necesară utilizarea energiei stocate, gazul comprimat este furnizat turbinei, care realizează direct lucrările mecanice necesare sau rotește generatorul electric. În loc de turbină, poți folosi un motor cu piston, care este mai eficient la putere mică (apropo, există și compresoare-motor cu piston reversibile).

Aproape fiecare compresor industrial modern este echipat cu o baterie similară - receptor. Adevărat, presiunea acolo depășește rar 10 atm și, prin urmare, rezerva de energie într-un astfel de receptor nu este foarte mare, dar chiar și aceasta permite de obicei de mai multe ori creșterea resursei instalației și economisirea energiei.

Un gaz comprimat la o presiune de zeci și sute de atmosfere poate oferi o densitate specifică suficient de mare a energiei stocate pentru un timp aproape nelimitat (luni, ani, și cu o calitate înaltă a receptorului și supapelor - zeci de ani - nu este fără motiv că armele pneumatice care folosesc cartușe cu gaz comprimat, au devenit atât de răspândite). Totuși, compresorul cu turbină sau motor alternativ inclus în instalație sunt dispozitive destul de complexe, capricioase și au o resursă foarte limitată.

O tehnologie promițătoare pentru crearea rezervelor de energie este comprimarea aerului în detrimentul energiei disponibile într-un moment în care nu este nevoie directă de aceasta din urmă. Aerul comprimat este răcit și depozitat la o presiune de 60-70 atmosfere. Dacă este necesar să se utilizeze energia stocată, aerul este extras din acumulator, încălzit și apoi intră într-o turbină cu gaz specială, unde energia aerului comprimat și încălzit rotește treptele turbinei, al cărei arbore este conectat la un electric. generator care produce energie electrică pentru sistemul de alimentare.

Pentru stocarea aerului comprimat, se propune, de exemplu, utilizarea unor lucrări miniere adecvate sau rezervoare subterane special create în roci sărate. Conceptul nu este nou, depozitarea aerului comprimat într-o peșteră subterană a fost brevetată încă din 1948, iar prima centrală de stocare a energiei cu aer comprimat (CAES) cu o capacitate de 290 MW funcționează la centrala electrică Huntorf din Germania din 1978. . În stadiul de comprimare a aerului un numar mare de energia se pierde sub formă de căldură. Această energie pierdută trebuie compensată de aerul comprimat înainte ca turbina cu gaz să se extindă, motiv pentru care combustibilii cu hidrocarburi sunt utilizați pentru a crește temperatura aerului. Aceasta înseamnă că instalațiile sunt departe de a fi 100% eficiente.

Există o direcție promițătoare pentru îmbunătățirea eficacității CAES. Constă în reținerea și stocarea căldurii degajate în timpul funcționării compresorului în stadiul de comprimare și răcire a aerului, cu reutilizarea ulterioară a acesteia în timpul reîncălzirii aerului rece (așa-numita recuperare). Cu toate acestea, această versiune a CAES are dificultăți tehnice semnificative, mai ales în direcția creării unui sistem de stocare a căldurii pe termen lung. Dacă aceste probleme vor fi rezolvate, AA-CAES (Advanced Adiabatic-CAES) ar putea deschide calea unor sisteme de stocare a energiei la scară largă, problemă care a fost ridicată de cercetătorii din întreaga lume.

Participanții startup-ului canadian Hydrostor au propus altul soluție neobișnuită- pompa energie în bule subacvatice.

Stocarea energiei termice

În condițiile noastre climatice, o parte foarte semnificativă (adesea cea mai mare parte) din energia consumată este cheltuită pentru încălzire. Prin urmare, ar fi foarte convenabil să acumulați căldură direct în depozit și apoi să o primiți înapoi. Din păcate, în majoritatea cazurilor, densitatea de energie stocată este foarte scăzută, iar timpul de conservare a acesteia este foarte limitat.

Exista acumulatoare termice cu material solid sau consumabil de stocare a căldurii; lichid; aburi; termochimic; cu element de incalzire electric. Acumulatoarele de căldură pot fi conectate la un sistem cu un cazan pe combustibil solid, un sistem solar sau un sistem combinat.

Stocarea energiei datorita capacitatii termice

În acumulatorii de acest tip, căldura se acumulează datorită capacității termice a substanței care servește drept fluid de lucru. Un exemplu clasic de acumulator de căldură este aragazul rusesc. Era încălzită o dată pe zi și apoi încălzea casa în timpul zilei. În zilele noastre, un acumulator de căldură înseamnă cel mai adesea rezervoare de stocare apa fierbinte căptușită cu un material cu proprietăți ridicate de izolare termică.

Există, de asemenea, acumulatori de căldură bazați pe purtători de căldură solizi, de exemplu, în cărămizi ceramice.

Substanțe diferite au capacități termice diferite. Pentru majoritatea, este în intervalul de la 0,1 la 2 kJ/(kg K). Apa are o capacitate termică anormal de mare - capacitatea sa de căldură în fază lichidă este de aproximativ 4,2 kJ/(kg K). Doar litiul foarte exotic are o capacitate termică mai mare - 4,4 kJ/(kg·K).

Cu toate acestea, pe lângă capacitatea termică specifică (în masă), trebuie luată în considerare și capacitatea termică volumetrică, ceea ce face posibilă determinarea câtă căldură este necesară pentru a modifica temperatura aceluiași volum a diferitelor substanțe cu aceeași cantitate. . Se calculează din capacitatea termică specifică (masă) obișnuită prin înmulțirea acesteia cu densitatea specifică a substanței corespunzătoare. Capacitatea de căldură volumetrică trebuie ghidată atunci când volumul acumulatorului de căldură este mai important decât greutatea acestuia.

De exemplu, capacitatea termică specifică a oțelului este de numai 0,46 kJ / (kg K), dar densitatea este de 7800 kg / m3 și, să zicem, pentru polipropilenă - 1,9 kJ / (kg K) - de peste 4 ori mai mult, dar densitatea sa este de numai 900 kg/mc. Prin urmare, cu același volum, oțelul va putea stoca de 2,1 ori mai multă căldură decât polipropilena, deși va fi de aproape 9 ori mai greu. Totuși, datorită capacității termice anormal de mare a apei, niciun material nu o poate depăși în ceea ce privește capacitatea termică volumetrică. Cu toate acestea, capacitatea termică volumetrică a fierului și a aliajelor sale (oțel, fontă) diferă de apă cu mai puțin de 20% - într-un metru cub pot stoca mai mult de 3,5 MJ de căldură pentru fiecare grad de schimbare a temperaturii, capacitatea de căldură volumetrică. de cupru este puțin mai mică - 3,48 MJ /(cub. m K). Capacitatea termică a aerului în interior conditii normale este de aproximativ 1 kJ / kg, sau 1,3 kJ / m3, prin urmare, pentru a încălzi un metru cub de aer cu 1 °, este suficient să răciți puțin mai puțin de 1/3 litru de apă în același grad (desigur , mai fierbinte decât aerul).

Datorită simplității dispozitivului (ce poate fi mai simplu decât o piesă solidă staționară sau un rezervor închis cu un purtător de căldură lichid?), astfel de dispozitive de stocare a energiei au un număr aproape nelimitat de cicluri de stocare-retur de energie și o durată de viață foarte lungă. - pentru purtători de căldură lichid până când lichidul se usucă sau până când rezervorul este deteriorat din cauza coroziunii sau din alte cauze, pentru stare solidă nu există astfel de restricții. Dar timpul de depozitare este foarte limitat și, de regulă, variază de la câteva ore până la câteva zile - pentru o perioadă mai lungă, izolația termică convențională nu mai este capabilă să rețină căldura, iar densitatea specifică a energiei stocate este scăzută.

În cele din urmă, trebuie subliniată încă o circumstanță - pentru o funcționare eficientă, nu numai capacitatea de căldură este importantă, ci și conductivitatea termică a substanței acumulatorului de căldură. Cu o conductivitate termică ridicată, chiar și la schimbări destul de rapide ale condițiilor externe, acumulatorul de căldură va răspunde cu întreaga sa masă și, prin urmare, cu toată energia stocată - adică cât mai eficient posibil.

În cazul conductibilității termice slabe, doar partea de suprafață a acumulatorului de căldură va avea timp să reacționeze, iar schimbările pe termen scurt ale condițiilor externe pur și simplu nu vor avea timp să ajungă la straturile adânci și o parte semnificativă a substanței unui astfel de un acumulator de căldură va fi efectiv exclus de la lucru.

Polipropilena, menționată în exemplul discutat mai sus, are o conductivitate termică de aproape 200 de ori mai mică decât oțelul și, prin urmare, în ciuda capacității de căldură specifică destul de mare, nu poate fi un acumulator de căldură eficient. Cu toate acestea, din punct de vedere tehnic, problema este ușor de rezolvat prin organizarea de canale speciale pentru circulația lichidului de răcire în interiorul acumulatorului de căldură, dar este evident că o astfel de soluție complică semnificativ proiectarea, îi reduce fiabilitatea și consumul de energie și, cu siguranță, va necesita întreținere periodică. , care este cu greu necesar pentru o bucată de materie monolitică.

Oricât de ciudat ar părea, uneori este necesar să acumulați și să stocați nu căldură, ci rece. Companiile din SUA oferă „acumulatoare” pe bază de gheață pentru instalarea în aparatele de aer condiționat de mai bine de un deceniu. Noaptea, când electricitatea este din abundență și se vinde la prețuri reduse, aparatul de aer condiționat îngheață apa, adică intră în regim de frigider. În timpul zilei, consumă de câteva ori mai puțină energie, funcționând ca un ventilator. Compresorul consumator de energie este oprit pentru această perioadă. .

Acumularea de energie în timpul unei schimbări în starea de fază a materiei

Dacă te uiți cu atenție parametrii termici diverse substanțe, se poate observa că atunci când starea de agregare se modifică (topire-întărire, evaporare-condensare), are loc o absorbție sau eliberare semnificativă de energie. Pentru majoritatea substanțelor, energia termică a unor astfel de transformări este suficientă pentru a modifica temperatura aceleiași cantități din aceeași substanță cu multe zeci sau chiar sute de grade în acele intervale de temperatură în care starea sa de agregare nu se modifică. Dar, după cum știți, până când starea de agregare a întregului volum al unei substanțe devine aceeași, temperatura acesteia este aproape constantă! Prin urmare, ar fi foarte tentant să acumulați energie prin schimbarea stării de agregare - se acumulează multă energie, iar temperatura se schimbă puțin, astfel încât, ca urmare, nu ar fi necesară rezolvarea problemelor asociate cu încălzirea până la temperaturi mariși, în același timp, puteți obține o capacitate bună a unui astfel de acumulator de căldură.

Topire și cristalizare

Din păcate, în prezent, practic nu există substanțe ieftine, sigure și rezistente la descompunere cu o energie mare de tranziție de fază, al căror punct de topire ar fi în intervalul cel mai relevant - aproximativ de la +20°С la +50°С (maximum +70°С - aceasta este încă o temperatură relativ sigură și ușor de atins). De regulă, compușii organici complecși se topesc în acest interval de temperatură, care nu sunt deloc benefici pentru sănătate și adesea se oxidează rapid în aer.

Poate că cele mai potrivite substanțe sunt parafinele, punctul de topire al celor mai multe dintre ele, în funcție de varietate, se situează în intervalul 40..65 ° C (deși există și parafine „licide” cu un punct de topire de 27 ° C sau mai putin, precum si ozocherita naturala legata de parafine, al caror punct de topire este in intervalul 58..100°C). Atât parafinele, cât și ozokeritul sunt destul de sigure și sunt, de asemenea, folosite în scopuri medicale pentru încălzirea directă a punctelor dureroase de pe corp.

Cu toate acestea, cu o capacitate termică bună, conductivitatea lor termică este foarte mică - atât de mică încât parafina sau ozocherita aplicată pe corp, încălzită la 50-60 ° C, se simte doar plăcut caldă, dar fără opărire, așa cum ar fi cu apa încălzită la aceeași temperatură, - pentru medicamente, acest lucru este bun, dar pentru un acumulator de căldură, acesta este un minus absolut. În plus, aceste substanțe nu sunt atât de ieftine, să zicem, prețul cu ridicata pentru ozocerit în septembrie 2009 a fost de aproximativ 200 de ruble pe kilogram, iar un kilogram de parafină a costat de la 25 de ruble (tehnice) la 50 și mai mult (alimente foarte purificate, adică adecvate). pentru utilizare la ambalarea alimentelor). Acestea sunt prețuri cu ridicata pentru loturi de câteva tone, prețurile cu amănuntul sunt de cel puțin o dată și jumătate mai scumpe.

Drept urmare, eficiența economică a unui acumulator de căldură cu parafină se dovedește a fi o mare întrebare, deoarece un kilogram sau două de parafină sau ozocerit este potrivit doar pentru încălzirea medicală a spatelui rupt pentru câteva zeci de minute și pentru a asigura o temperatură stabilă a unei locuințe mai mult sau mai puțin spațioase timp de cel puțin o zi, masa unui acumulator de căldură cu parafină trebuie măsurată în tone, astfel încât costul acestuia să se apropie imediat de costul unei mașini (deși în segmentul de preț mai mic) !

Da, iar temperatura tranziției de fază, în mod ideal, ar trebui să corespundă exact intervalului confortabil (20..25 ° C) - în caz contrar, mai trebuie să organizați un fel de sistem de control al schimbului de căldură. Cu toate acestea, temperatura de topire în regiunea de 50..54°C, tipică pentru parafinele înalt purificate, în combinație cu o căldură ridicată de tranziție de fază (puțin mai mult de 200 kJ/kg) este foarte potrivită pentru un acumulator de căldură proiectat să asigura alimentarea cu apă caldă și încălzirea apei, Singura problemă este conductivitatea termică scăzută și preț mare parafină.

Dar, în caz de forță majoră, parafina în sine poate fi folosită ca combustibil cu putere calorică bună (deși nu este atât de ușor să faceți acest lucru - spre deosebire de benzină sau kerosen, parafina lichidă și cu atât mai mult solidă nu arde în aer, un fitil sau alt dispozitiv este necesar pentru a alimenta zona de ardere nu a parafinei în sine, ci numai a vaporilor acesteia)!

Un exemplu de dispozitiv de stocare a energiei termice bazat pe efectul topirii și cristalizării este sistemul de stocare a energiei termice pe bază de siliciu TESS, care a fost dezvoltat de compania australiană Latent Heat Storage.

Evaporare și condensare

Căldura de evaporare-condensare, de regulă, este de câteva ori mai mare decât căldura de topire-cristalizare. Și se pare că nu sunt atât de puține substanțe care se evaporă în intervalul potrivit de temperatură. Pe lângă disulfura de carbon, acetonă, eterul etilic etc., care este otrăvitor, există și alcool etilic (siguranța sa relativă este dovedită zilnic pe exemplu personal milioane de alcoolici din întreaga lume!). În condiții normale, alcoolul fierbe la 78°С, iar căldura sa de vaporizare este de 2,5 ori mai mare decât căldura de fuziune a apei (gheață) și echivalează cu încălzirea aceleiași cantități de apă lichidă cu 200°.

Totuși, spre deosebire de topire, când modificările de volum ale unei substanțe rareori depășesc câteva procente, în timpul evaporării, vaporii ocupă întregul volum furnizat acesteia. Iar dacă acest volum este nelimitat, atunci aburul se va evapora, luând cu sine irevocabil toată energia acumulată. Într-un volum închis, presiunea va începe imediat să crească, prevenind evaporarea unor noi porțiuni ale fluidului de lucru, așa cum este cazul în cea mai obișnuită oală sub presiune, astfel încât doar un mic procent din substanța de lucru suferă o schimbare a stării de agregare, în timp ce restul continuă să se încălzească, fiind în fază lichidă. Acest lucru deschide un domeniu larg de activitate pentru inventatori - crearea unui acumulator de căldură eficient bazat pe evaporare și condensare cu un volum de lucru ermetic variabil.

Tranziții de fază de al doilea fel

Pe lângă tranzițiile de fază asociate cu o schimbare a stării de agregare, unele substanțe pot avea mai multe stări de fază diferite în cadrul aceleiași stări de agregare. O modificare a unor astfel de stări de fază, de regulă, este, de asemenea, însoțită de o eliberare sau absorbție notabilă de energie, deși de obicei mult mai puțin semnificativă decât cu o schimbare a stării de agregare a unei substanțe. În plus, în multe cazuri, cu astfel de modificări, spre deosebire de o schimbare a stării de agregare, există o histerezis de temperatură - temperaturile tranzițiilor de fază directă și inversă pot diferi semnificativ, uneori cu zeci sau chiar sute de grade.

Stocarea energiei electrice

Electricitatea este cea mai convenabilă și versatilă formă de energie lumea modernă. Nu este surprinzător, depozitare energie electrica dezvolta cel mai rapid. Din păcate, în cele mai multe cazuri, capacitatea specifică a dispozitivelor ieftine este mică, iar dispozitivele cu o capacitate specifică mare sunt încă prea scumpe pentru a stoca cantități mari de energie pentru utilizare în masă și sunt foarte scurte.

Condensatoare

Cele mai masive dispozitive de stocare a energiei „electrice” sunt condensatoarele radio convenționale. Au o rată uriașă de acumulare și eliberare a energiei - de regulă, de la câteva mii la multe miliarde de cicluri complete pe secundă și sunt capabile să funcționeze în acest fel într-un interval larg de temperatură timp de mulți ani sau chiar decenii. Prin combinarea mai multor condensatoare în paralel, puteți crește cu ușurință capacitatea lor totală la valoarea dorită.

Condensatorii pot fi împărțiți în două clase mari - nepolare (de obicei „uscate”, adică care nu conțin electrolit lichid) și polare (de obicei electrolitice). Utilizarea unui electrolit lichid oferă o capacitate specifică semnificativ mai mare, dar aproape întotdeauna necesită respectarea polarității la conectare. În plus, condensatoarele electrolitice sunt adesea mai sensibile la condițiile externe, în primul rând la temperatură, și au o durată de viață mai scurtă (în timp, electrolitul se evaporă și se usucă).

Cu toate acestea, condensatorii au două dezavantaje majore. În primul rând, aceasta este o densitate specifică foarte scăzută a energiei stocate și, prin urmare, o capacitate mică (față de alte tipuri de dispozitive de stocare). În al doilea rând, acesta este un timp scurt de stocare, care este de obicei calculat în minute și secunde și rareori depășește câteva ore, iar în unele cazuri este doar mici fracțiuni de secundă. Drept urmare, domeniul de aplicare al condensatorilor este limitat la diferite circuite electronice și acumulare pe termen scurt suficientă pentru rectificarea, corectarea și filtrarea curentului în inginerie electrică de putere - încă nu sunt suficiente pentru mai mult.

Ionistori

Condensatorii, denumiți uneori „supercondensatori”, pot fi gândiți ca un fel de legătură intermediară între condensatorii electrolitici și bateriile electrochimice. Din prima, au moștenit un număr aproape nelimitat de cicluri de încărcare-descărcare, iar de la cele din urmă, curenți de încărcare și descărcare relativ mici (un ciclu complet de încărcare-descărcare poate dura o secundă, sau chiar mult mai mult). Capacitatea lor este, de asemenea, în intervalul dintre cei mai capaci condensatori și bateriile mici - de obicei, rezerva de energie este de la câteva până la câteva sute de jouli.

În plus, trebuie remarcată sensibilitatea destul de mare a ionistorilor la temperatură și timpul limitat de stocare al încărcării - de la câteva ore până la maximum câteva săptămâni.

Baterii electrochimice

Bateriile electrochimice au fost inventate în zorii dezvoltării ingineriei electrice, iar acum pot fi găsite peste tot - de la un telefon mobil la avioane și nave. În general, ele funcționează pe baza unor reacții chimice și, prin urmare, ar putea fi atribuite următoarei secțiuni a articolului nostru - „Depozitarea energiei chimice”. Dar, deoarece acest punct nu este de obicei subliniat, dar se acordă atenție faptului că bateriile acumulează energie electrică, le vom lua în considerare aici.

De regulă, dacă este necesar să stocați o energie suficient de mare - de la câteva sute de kilojuli sau mai mult - se folosesc baterii cu plumb-acid (un exemplu este orice mașină). Cu toate acestea, au dimensiuni considerabile și, cel mai important, greutate. Dacă este nevoie de greutate redusă și mobilitate a dispozitivului, atunci se folosesc tipuri mai moderne de baterii - nichel-cadmiu, metal-hidrură, litiu-ion, polimer-ion etc. Au o capacitate specifică mult mai mare, totuși, specificul costul de stocare a energiei în ele este considerabil mai mare, astfel încât utilizarea lor este de obicei limitată la dispozitive relativ mici și economice, cum ar fi telefoanele mobile, camerele și camerele video, laptopurile etc.

Recent, bateriile puternice litiu-ion au început să fie folosite în mașinile hibride și vehiculele electrice. Pe lângă greutatea mai ușoară și capacitatea specifică mai mare, spre deosebire de plumb-acid, acestea permit utilizarea aproape completă a capacității lor nominale, sunt considerate mai fiabile și au o durată de viață mai lungă, iar eficiența lor energetică într-un ciclu complet depășește 90%, în timp ce eficiența energetică a bateriilor cu plumb la încărcarea ultimelor 20% din capacitate poate scădea la 50%.

În funcție de modul de utilizare, bateriile electrochimice (în primul rând cele puternice) sunt, de asemenea, împărțite în două clase mari - așa-numitele de tracțiune și cele de pornire. De obicei, o baterie de pornire poate funcționa destul de cu succes ca baterie de tracțiune (principalul este să controlezi gradul de descărcare și să nu o aduci la o astfel de adâncime acceptabilă pentru bateriile de tracțiune), dar atunci când este folosită invers, curent de sarcină prea mare poate dezactiva foarte rapid bateria de tracțiune.

Dezavantajele bateriilor electrochimice includ un număr foarte limitat de cicluri de încărcare-descărcare (în majoritatea cazurilor de la 250 la 2000, iar dacă nu sunt respectate recomandările producătorilor, cu atât mai puțin), și chiar și în absența utilizării active, majoritatea tipurilor de baterii. se degradează după câțiva ani, pierzându-și proprietățile de consum.

În același timp, durata de viață a multor tipuri de baterii nu merge de la începutul funcționării lor, ci din momentul fabricării. În plus, bateriile electrochimice se caracterizează prin sensibilitate la temperatură, un timp mare de încărcare, uneori de zeci de ori mai mare decât timpul de descărcare, și necesitatea respectării metodologiei de utilizare (evitarea descărcării profunde a bateriilor cu plumb și, dimpotrivă, respectarea unei încărcări complete. -ciclu de descărcare pentru hidrură metalică și multe alte tipuri de baterii). Timpul de stocare a încărcării este, de asemenea, destul de limitat - de obicei de la o săptămână la un an. Cu bateriile vechi, nu numai capacitatea scade, ci și timpul de stocare, iar ambele pot fi reduse de multe ori.

Evoluțiile pentru crearea de noi tipuri de baterii electrice și îmbunătățirea dispozitivelor existente nu se opresc.

Stocarea energiei chimice

Energia chimică este energia „înmagazinată” în atomii substanțelor, care este eliberată sau absorbită în timpul reacțiilor chimice dintre substanțe. Energia chimică fie este eliberată sub formă de energie termică în timpul reacțiilor exoterme (de exemplu, arderea combustibilului), fie este convertită în energie electrică în celulele galvanice și baterii. Aceste surse de energie se caracterizează prin randament ridicat (până la 98%), dar capacitate redusă.

Dispozitivele de stocare a energiei chimice vă permit să primiți energie atât în ​​forma din care a fost stocată, cât și în orice alta. Există soiuri „combustibil” și „non-combustibil”. Spre deosebire de acumulatorii termochimici de joasă temperatură (vom vorbi despre ei puțin mai târziu), care pot stoca energie pur și simplu fiind plasați într-un loc destul de cald, aici nu se poate face fără tehnologii speciale și echipamente de înaltă tehnologie, uneori foarte greoaie. În special, în timp ce în cazul reacțiilor termochimice la temperatură joasă, amestecul de reactanți nu este de obicei separat și este întotdeauna în același recipient, reactanții pentru reacțiile la temperatură înaltă sunt stocați separat unul de celălalt și sunt combinați numai atunci când energia este Necesar.

Acumularea de energie prin funcționarea combustibilului

În timpul etapei de stocare a energiei, are loc o reacție chimică, în urma căreia combustibilul este redus, de exemplu, hidrogenul este eliberat din apă - prin electroliză directă, în celule electrochimice folosind un catalizator sau prin descompunere termică, de exemplu, prin un arc electric sau lumina solară foarte concentrată. Oxidantul „eliberat” poate fi colectat separat (pentru oxigen, acest lucru este necesar într-un obiect izolat închis - sub apă sau în spațiu) sau „aruncat” ca fiind inutil, deoarece în momentul utilizării combustibilului, acest oxidant va fi suficient în mediul înconjurător și nu este nevoie să risipești spațiu și fonduri pentru depozitarea sa organizată.

În etapa de extracție a energiei, combustibilul produs este oxidat cu eliberarea de energie direct în forma dorită, indiferent de modul în care a fost obținut acest combustibil. De exemplu, hidrogenul poate furniza imediat căldură (atunci când este ars într-un arzător), energie mecanică (când este alimentat ca combustibil către un motor cu ardere internă sau turbină) sau electricitate (când este oxidat într-o pilă de combustibil). De regulă, astfel de reacții de oxidare necesită inițiere suplimentară (aprindere), ceea ce este foarte convenabil pentru controlul procesului de extracție a energiei.

Această metodă este foarte atractivă datorită independenței etapelor de acumulare a energiei („încărcare”) și a utilizării acesteia („descărcare”), a capacității specifice ridicate a energiei stocate în combustibil (zeci de megajouli pe kilogram de combustibil) și posibilitatea depozitării pe termen lung (cu etanșeitatea adecvată a recipientelor - pentru mulți ani). ). Cu toate acestea, distribuția sa largă este împiedicată de dezvoltarea incompletă și costul ridicat al tehnologiei, riscurile ridicate de incendiu și explozie în toate etapele de lucru cu un astfel de combustibil și, ca urmare, nevoia de personal înalt calificat în întreținerea și operarea aceste sisteme. În ciuda acestor neajunsuri, în întreaga lume sunt dezvoltate diverse instalații care folosesc hidrogenul ca sursă de energie de rezervă.

Stocarea energiei prin reacții termochimice

De multă vreme este cunoscut pe scară largă un grup mare de reacții chimice, care, într-un vas închis, atunci când sunt încălzite, merg într-o direcție cu absorbția energiei, iar când sunt răcite, în direcția opusă cu eliberarea energiei. Astfel de reacții sunt adesea numite termochimice. Eficienta energetica astfel de reacții, de regulă, sunt mai mici decât atunci când starea de agregare a unei substanțe se schimbă, dar este și foarte vizibilă.

Astfel de reacții termochimice pot fi considerate ca un fel de schimbare a stării de fază a unui amestec de reactivi, iar problemele aici sunt aproximativ aceleași - este dificil să găsești un amestec ieftin, sigur și eficient de substanțe care să funcționeze cu succes în acest mod. în intervalul de temperatură de la +20°C la +70°C. Cu toate acestea, o compoziție similară este cunoscută de mult timp - aceasta este sarea lui Glauber.

Mirabilite (alias sarea lui Glauber, alias sulfat de sodiu Na2SO4 10H2O decahidrat) este obținută ca urmare a reacțiilor chimice elementare (de exemplu, atunci când clorură de sodiu este adăugată la acidul sulfuric) sau este extrasă într-o „formă finită” ca mineral.

În ceea ce privește stocarea căldurii, cel mai mult caracteristică interesantă mirabilite constă în faptul că, atunci când temperatura crește peste 32 ° C, apa legată începe să fie eliberată, iar în exterior arată ca o „topire” a cristalelor care se dizolvă în apa eliberată din ele. Când temperatura scade la 32°C, apa liberă este din nou legată de structura hidratului cristalin - are loc „cristalizarea”. Dar, cel mai important, căldura acestei reacții de hidratare-deshidratare este foarte mare și se ridică la 251 kJ/kg, ceea ce este vizibil mai mare decât căldura de topire-cristalizare „cinstă” a parafinelor, deși cu o treime mai mică decât căldura de topire a gheții. (apă).

Astfel, un acumulator de căldură bazat pe o soluție saturată de mirabilite (saturată doar la temperaturi peste 32°C) poate menține eficient temperatura la 32°C cu o resursă lungă de acumulare sau retur de energie. Desigur, această temperatură este prea scăzută pentru o sursă de apă caldă cu drepturi depline (un duș cu o astfel de temperatură este perceput în cel mai bun caz ca „foarte rece”), dar această temperatură poate fi suficientă pentru a încălzi aerul.

Stocarea energiei chimice fără combustibil

În acest caz, în etapa de „încărcare”, unele substanțe chimice formează altele, iar în timpul acestui proces, energia este stocată în noile legături chimice formate (de exemplu, varul stins este transferat în stare de var neted prin încălzire).

Când este „descărcat”, are loc o reacție inversă, însoțită de eliberarea energiei stocate anterior (de obicei sub formă de căldură, uneori suplimentar sub formă de gaz care poate fi alimentat în turbină) - în special, asta este exact ceea ce se întâmplă când varul este „stins” cu apă. Spre deosebire de metodele cu combustibil, este de obicei suficient să conectați pur și simplu reactanții unul la altul pentru a începe reacția - nu este necesară inițierea suplimentară a procesului (aprindere).

De fapt, acesta este un fel de reacție termochimică, însă, spre deosebire de reacțiile la temperatură joasă descrise atunci când se iau în considerare dispozitivele de stocare a energiei termice și care nu necesită condiții speciale, aici vorbim de temperaturi de multe sute sau chiar mii de grade. Ca urmare, cantitatea de energie stocată în fiecare kilogram de substanță de lucru crește semnificativ, dar echipamentele sunt de multe ori mai complexe, mai voluminoase și mai scumpe decât cele goale. sticle de plastic sau un simplu rezervor de reactiv.

Necesitatea de a consuma o substanță suplimentară - să zicem, apă pentru a stinge varul - nu este un dezavantaj semnificativ (dacă este necesar, puteți colecta apa eliberată atunci când varul intră în stare de var neted). Dar condițiile speciale de depozitare pentru acest var foarte neted, a cărui încălcare este plină nu numai arsuri chimice, dar și cu o explozie, transferați aceasta și metode similare în categoria celor care este puțin probabil să iasă în viață largă.

Alte tipuri de stocare a energiei

Pe lângă cele descrise mai sus, există și alte tipuri de dispozitive de stocare a energiei. Cu toate acestea, în prezent, acestea sunt foarte limitate în ceea ce privește densitatea energiei stocate și timpul de stocare a acesteia la un cost specific ridicat. Prin urmare, în timp ce acestea sunt mai folosite pentru divertisment, iar funcționarea lor în scopuri serioase nu este luată în considerare. Un exemplu sunt vopselele fosforescente, care stochează energie dintr-o sursă de lumină puternică și apoi strălucesc câteva secunde sau chiar minute lungi. Modificările lor moderne nu conțin fosfor otrăvitor pentru o lungă perioadă de timp și sunt destul de sigure chiar și pentru utilizarea în jucăriile pentru copii.

Depozitele supraconductoare de energie magnetică o stochează în câmpul unei bobine magnetice mari cu curent continuu. Poate fi transformat în curent electric alternativ după cum este necesar. Rezervoarele de stocare la temperatură joasă sunt răcite cu heliu lichid și sunt disponibile pentru instalațiile industriale. Rezervoarele de stocare răcite cu hidrogen lichid la temperatură înaltă sunt încă în curs de dezvoltare și pot deveni disponibile în viitor.

Dispozitivele supraconductoare de stocare a energiei magnetice sunt de dimensiuni considerabile și sunt utilizate de obicei pentru perioade scurte de timp, cum ar fi în timpul comutărilor. publicat

Universitatea Tehnică de Stat din Altai

lor. I. I. Polzunova

Facultatea de corespondență

disciplina Surse de energie netradiționale.

Subiect: stocarea căldurii

Verificat de: V.V. Chertishchev

Barnaul 2007

Introducere

Capitolul 1. Baza fizică pentru crearea unui acumulator de căldură

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. diverse metode inclusiv prin utilizarea surselor alternative de energie. Acestea includ tipuri precum utilizarea resurselor de apă ale râurilor mici, valurile marine, gheizerele și chiar deșeurile industriale și deșeurile menajere.

Dar există o problemă de conservare a energiei primite. De exemplu, energia termică obținută într-o instalație solară de încălzire a apei poate fi stocată într-un acumulator de căldură și utilizată noaptea.

Acumulatoarele termice sunt cunoscute omenirii din cele mai vechi timpuri. Aceasta este cenușa fierbinte, unde strămoșii noștri au îngropat alimente pentru tratamentul lor termic și pietre fierbinți care au fost încălzite pe foc. Un fier de călcat care este încălzit la foc și apoi călcat cu el este un acumulator de căldură. Pietrele fierbinți, pe care le turnăm cu apă (kvas, bere) în băile de aburi, sunt, de asemenea, un acumulator de căldură. Bigudiurile termice de păr, care se fierb în apă, apoi se face părul cu ajutorul lor, sunt și ele acumulatoare de căldură, și destul de perfecte, bazate pe acumulare prin topire.

Deci, fiecare corp s-a încălzit peste temperatură mediu inconjurator, poate fi considerat un acumulator de căldură. Acest corp este capabil să lucreze prin răcire și, prin urmare, are energie.

Capitolul 1. Baza fizică pentru crearea unui acumulator de căldură

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 consumatorului.

Procesele de acumulare a căldurii se produc prin modificarea parametrilor fizici ai materialului de stocare a căldurii 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 diferitele combinații ale acestora.

În funcție de implementarea tehnică, se utilizează stocarea directă a căldurii, când materialul de stocare este și un lichid de răcire, stocarea indirectă este utilizată cu diverse medii de stocare și transfer de căldură, precum și diferite tipuri de simbioză a acestor cazuri.

Modificarea entalpiei materialului de stocare a căldurii (TAM) poate avea loc atât cu o modificare a temperaturii acestuia, cât și fără aceasta - 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. Utilitatea utilizării fiecărui principiu este determinată de prezența unui efect pozitiv, în primul rând economic, care poate fi realizat la costul minim al bateriei. Este determinată, ceteris paribus, de masa și volumul materialului de stocare a căldurii necesare pentru asigurarea parametrilor de proces specificați.

Într-un proces real de acumulare de căldură, densitatea energiei stocate se dovedește a fi semnificativ mai mică decât valoarea teoretică din cauza pierderilor de căldură, nivelării 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 indicatori cheie determinarea posibilităţii şi fezabilităţii stocării căldurii este capacitatea de a elibera energie în cantităţile cerute de consumator. Cu stocarea directă a căldurii, acest lucru este aproape întotdeauna realizat. Performanța unor astfel de baterii depinde slab de puterea generată, care este determinată de consumul de TAM și este limitată doar de cerințele de proiectare și rezistență.

La stocarea indirectă, 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 acumulării.

Capitolul 2. Acumulatoare termice lichide

Printre cele mai simple și mai fiabile dispozitive de stocare a căldurii se numără, desigur, HE lichid, care este asociat cu combinația de funcții ale materialului de stocare a căldurii al lichidului de răcire. Ca urmare, bateriile de acest tip sunt utilizate în special în scopuri casnice, în circuitele diferitelor centrale electrice (centrale nucleare, centrale termice, solare etc.). În prezent, sunt utilizate mai multe modele de bază de HE lichid. HE cu cocă dublă se caracterizează prin depozitarea separată a HAM rece și caldă. În timpul procesului de încărcare, o carcasă este umplută cu TAM fierbinte, iar cealaltă este golită. În timpul funcționării, HAM-ul fierbinte este furnizat consumatorului și, după ce s-a terminat, intră în carcasa HAM rece. Principalul avantaj al unui astfel de design al HE este natura izotermă a fiecăruia dintre cazuri și, ca urmare, absența tensiunilor și pierderilor termice în ele, energie pentru încălzire - răcire. De asemenea, este evident că volumul clădirilor este utilizat irațional și este aproape de două ori mai mare decât volumul TAM. O astfel de soluție fundamentală este adecvată pentru o diferență mare de temperatură între cald și rece

TAM rece, mai ales în cazurile în care se utilizează TAM salin 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 - deplasare; Cu- cu temperatura de alunecare TAM; 1 - cald ACOLO; 2 - TAM rece; 3– consumator; 4 - un singur corp; 5 - nivelul lichidului; 6 - lichid de racire intermediar.

Pentru a utiliza mai rațional volumul bateriei, se propune o versiune cu mai multe carcase, care utilizează mai multe carcase cu TAM fierbinte și o carcasă goală (rece). Pe măsură ce scurgerea progresează, acest corp este mai întâi umplut, iar apoi cei fierbinți eliberați pe măsură ce sunt goliți. Acest lucru duce la apariția tensiunilor termice și a pierderilor de încălzire în toate cazurile, cu excepția unuia.

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

În timpul funcționării, HAM fierbinte este preluat din partea superioară a HE, iar HAM rece uzat este alimentat în partea inferioară a HE. Acest tip de acumulator de lichid se numește acumulator cu deplasare. Datorită diferenței de densități a lichidelor calde și reci, se poate asigura o amestecare redusă a lichidului (efectul „termoclină”), eficiența utilizării HE deplasant scade din cauza pierderilor de căldură pentru amestecare și a conducerii căldurii între volumele de cald. si HAM rece, incalzirea carenelor etc.

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

La proprietăți speciale TAM sau inutilitatea pentru consumator de a utiliza TAM ca lichid de răcire, se folosesc acumulatori de căldură cu o temperatură de alunecare (Fig. 2, G ).

În acest caz, schimbătorul de căldură intermediar poate fi amplasat atât în ​​carcasa HE, cât și în exteriorul acesteia. În timpul procesului de încărcare, HE este încălzit folosind fie un lichid de răcire intermediar, fie electricitate, iar în timpul procesului de răcire, căldura este îndepărtată în schimbătorul de căldură intermediar. Unul dintre exemplele caracteristice ale unui astfel de TA este „iazul solar”, în care selecția TAM este nedorită din cauza distrugerii gradientului invers de salinitate a apei.

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

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

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

Un acumulator termic este un dispozitiv conceput pentru a acumula energie termică în scopul utilizării sale în case, clădiri și producție industrială.

Un acumulator termic sau, așa cum se numește uneori, un rezervor tampon, nu este altceva decât un butoi obișnuit (rotund sau pătrat). Dar acest butoi nu este simplu, ci magic.

Vă poate economisi bani și vă poate crea temperatura confortabila in casa. Cea mai simplă modificare a acumulatorului de căldură are două ieșiri în partea de sus și două în partea de jos. Ce altceva ar putea fi mai ușor? Mulți au auzit despre un acumulator de căldură, dar nu toată lumea știe când și cum să-l folosească, economisind în același timp la încălzire.

Când este avantajos să instalați un acumulator de căldură:

Ai un cazan cu combustibil solid;

Sunteți încălzit cu energie electrică;

S-au adăugat colectoare solare pentru a ajuta la încălzire;

Este posibil să se utilizeze căldura de la unități și mașini.

Cel mai frecvent caz de utilizare a unui acumulator de căldură este atunci când un cazan cu combustibil solid este folosit ca sursă de căldură. Oricine a folosit un cazan cu combustibil solid pentru a-și încălzi locuința știe ce confort se poate obține cu un astfel de sistem de încălzire. Inundat - dezbracat, ars - imbracat. Dimineața, într-o casă cu o astfel de sursă de căldură, nu vrei să te târăști de sub pături. Este foarte dificil de reglat procesul de ardere într-un cazan cu combustibil solid.Este necesar să se încălzească atât la +10C, cât și la -40C. Arderea și cantitatea de căldură generată vor fi aceleași, doar că această căldură este necesară în moduri complet diferite. Ce să fac? Despre ce fel de eficienta putem vorbi atunci cand trebuie sa deschideti ferestrele la o temperatura pozitiva. Nu poate fi vorba de vreun confort.

Schema de instalare a unui cazan pe combustibil solid cu acumulator de căldură este o soluție ideală pentru o casă privată, atunci când îți dorești atât confort, cât și economie. Cu o astfel de gamă, topești un cazan cu combustibil solid, încălziți apa într-un acumulator termic și obțineți atâta căldură cât aveți nevoie. În acest caz, centrala va funcționa la putere maximă și cu cea mai mare eficiență. Câtă căldură va da lemnul sau cărbunele, atât de mult va fi depozitat.

A doua varianta. Instalarea unui acumulator de căldură cu boiler electric. Această soluție va funcționa dacă aveți un contor de energie electrică cu două tarife. Stocam caldura la rata de noapte, o folosim atat ziua cat si noaptea. Dacă decideți să utilizați un astfel de sistem de încălzire, este mai bine să căutați un acumulator de căldură cu capacitatea de a instala un încălzitor electric direct în butoi. Un încălzitor electric este mai ieftin decât un cazan electric, iar materialul pentru legarea cazanului nu este necesar. Minus munca la instalarea cazanului electric. Îți poți imagina cât poți economisi?

A treia opțiune este atunci când există un colector solar. Toată căldura în exces poate fi aruncată într-un acumulator de căldură. În demi-sezon se obțin economii excelente.

Calcul acumulator de căldură

Formula de calcul este foarte simplă:

Q = mc(T2-T1), unde:

Q - căldură acumulată;

m este masa de apă din rezervor;

c - capacitatea termică specifică a lichidului de răcire în J/(kg*K), pentru apă egală cu 4200;

T2 și T1 - temperaturile inițiale și finale ale lichidului de răcire.

Să presupunem că avem un sistem de încălzire cu radiatoare. Radiatoarele sunt selectate pentru regimul de temperatură 70/50/20. Acestea. când temperatura din rezervorul bateriei scade sub 70C, vom începe să avem o lipsă de căldură, adică pur și simplu să înghețăm. Să calculăm când se întâmplă asta.

90 este T1-ul nostru

70 este T2

20 - temperatura camerei. Nu avem nevoie de el în calculele noastre.

Să presupunem că avem un acumulator de căldură pentru 1000 de litri (1m3)

Luăm în considerare rezerva de căldură.

Q \u003d 1000 * 4200 * (90-70) \u003d 84.000.000 J sau 84.000 kJ

1 kWh = 3600 kJ

84000/3600=23,3 kW căldură

Dacă pierderea de căldură la domiciliu este de 5 kW într-o perioadă rece de cinci zile, atunci avem suficientă căldură stocată pentru aproape 5 ore. În consecință, dacă temperatura este mai mare decât cea calculată pentru o perioadă rece de cinci zile, atunci acumulatorul de căldură va fi suficient pentru o perioadă mai lungă de timp.

Selectarea volumului acumulatorului termic depinde de sarcinile dvs. Dacă trebuie să netezi temperatura, setați un volum mic. Dacă trebuie să acumulați căldură seara pentru a vă trezi într-o casă caldă dimineața, aveți nevoie de o unitate mare. Să fie o a doua sarcină. De la 2300 la 0700 - trebuie să existe o sursă de căldură.

Să presupunem că pierderea de căldură este de 6 kW, iar regimul de temperatură al sistemului de încălzire este 40/30/20. Lichidul de răcire din acumulatorul de căldură poate fi încălzit până la 90C

Timp stoc 8 ore. 6*8=48 kW

M \u003d Q / 4200 * (T2-T1)

48*3600=172800 kJ

V \u003d 172800 / 4200 * 50 \u003d 0,822 m3

Un acumulator de căldură de la 800 la 1000 de litri va satisface cerințele noastre.

Avantajele folosirii unui acumulator de căldură într-o casă cu izolație

Dacă site-ul dvs. nu are o comoară națională - gaz principal, este timpul să vă gândiți la sistemul de încălzire potrivit. Cel mai bun moment este atunci când proiectul este în curs de pregătire, iar cel mai rău moment este când locuiești deja în casă și realizezi că încălzirea este foarte scumpă.

O casă ideală pentru instalarea unui cazan cu combustibil solid și a unui acumulator de căldură este o clădire cu o izolare bună și un sistem de încălzire la temperatură scăzută. Cu cât izolația este mai bună, cu atât mai puține pierderi de căldură și cu atât acumulatorul de căldură va putea menține o căldură confortabilă mai mult timp.

Sistem de incalzire la temperatura joasa. Mai sus, am dat un exemplu cu calorifere când regimul de temperatură era 90/70/20. În modul de temperatură scăzută, condițiile vor fi - 35/30/20. Simte diferenta. În primul caz, deja când temperatura scade sub 90 de grade, veți simți o lipsă de căldură. În cazul unui sistem cu temperatură scăzută, poți dormi liniștit până dimineața. De ce să fie neîntemeiat. Să calculăm doar beneficiile.

Am calculat metoda de mai sus.

Varianta cu sistem de incalzire la temperatura joasa

Q \u003d 1000 * 4200 * (90-35) \u003d 231.000.000 J (231.000 kJ)

231000/3600=64,2 kW. Aceasta este de aproape trei ori mai mult cu același volum de acumulator de căldură. Cu pierderi de căldură - 5 kW, această rezervă este suficientă pentru întreaga noapte.

Și acum despre finanțe. Să presupunem că am montat un acumulator de căldură cu încălzitoare electrice. Depozitam la tarif de noapte. Puterea Tenov - 10 kW. 5 kW merg la încălzirea curentă a casei pe timp de noapte, putem stoca 5 kW pe zi. Tarif pe noapte de la 23-00 la 07-00. ora 8.

8*5=40 kW. Acestea. ziua vom folosi tariful de noapte pentru 8 ore.

De la 1 ianuarie 2015, pe teritoriul Krasnodar, tariful pe timp de zi este de 3,85, tariful pe noapte este de 2,15.

Diferența este de 3,85-2,15 \u003d 1,7 ruble

40 * 1,7 = 68 de ruble. Suma pare mică, dar nu vă grăbiți. Mai sus, am dat link-uri către o casă izolată și una neizolată. Imaginați-vă că ați făcut o greșeală - casa este construită, ați trecut deja de primul sezon de încălzire și ați realizat că încălzirea cu energie electrică este foarte scumpă. Mai sus, am dat un exemplu de pierdere de căldură într-o casă neizolată. În exemplu, pierderea de căldură este de 18891 wați. Aceasta este într-o zi de săptămână rece. Media sezonului de încălzire va fi exact de 2 ori mai mică și va fi de 9,5 kW.

Prin urmare, pentru sezonul de încălzire avem nevoie de 24 * 149 * 9,5 = 33972 kW

În ruble 16 ore, 2/3 (22648) la tariful zilnic, 1/3 (11324 kW) noaptea.

22648 * 3,85 = 87195 ruble

11324 * 3,85 = 24346 ruble

Total: 111541 ruble. Cifra pentru căldură este pur și simplu terifiantă. O astfel de sumă poate devasta orice buget. Dacă păstrați căldură noaptea, puteți economisi. 38502 ruble pentru sezonul de încălzire. Economii mari. Dacă aveți astfel de cheltuieli, este necesar să puneți un cazan cu combustibil solid sau un șemineu cu o cămașă de apă în pereche cu boilerul electric. Există timp și dorință - au aruncat lemne de foc, au stocat căldură într-un acumulator termic și au terminat restul cu electricitate.

Într-o casă izolată cu un acumulator de căldură, costul sezonului de încălzire va fi comparabil cu casele similare neizolate care au gaz de rețea.

Alegerea noastră atunci când nu există gaz principal este următoarea:

Casa bine izolata;

Sistem de incalzire la temperatura joasa;

Acumulator termic;

Cazan cu combustibil solid sau semineu cu apa;

Cazan electric.

Dacă aveți o centrală de cazane cu combustibil solid în casă, atunci ar trebui să fiți conștienți de faptul că aceasta nu poate funcționa. pentru o lungă perioadă de timp fără intervenție umană. Acest lucru se datorează necesității de a încărca periodic lemne de foc în focar. Dacă acest lucru nu se face la timp, sistemul va începe să se răcească, iar temperatura din încăperi va scădea.

Dacă electricitatea este oprită atunci când focarul se aprinde, atunci va exista pericolul de fierbere a apei în mantaua echipamentului, ceea ce va duce la distrugerea acesteia. Aceste probleme pot fi rezolvate prin instalarea unui acumulator de căldură. De asemenea, îndeplinește rolul de a proteja instalațiile din fontă de fisurare atunci când are loc o scădere bruscă a temperaturii apei din rețea.

Utilizarea unui acumulator de căldură în viața de zi cu zi

Bateria termică a devenit pentru mulți sisteme moderne dispozitiv indispensabil de încălzire. Cu acest adaos este posibil să se asigure acumularea surplusului de energie generat în cazan și de obicei irosit. Dacă luăm în considerare modelele de acumulatoare de căldură, atunci cele mai multe dintre ele arată ca un rezervor de oțel, care are mai multe duze superioare și inferioare. Sursa de căldură este conectată la cea din urmă, în timp ce consumatorii sunt conectați la prima. În interior se află un lichid care poate fi folosit pentru a rezolva diverse probleme.

Acumulatorul termic este folosit destul de des în viața de zi cu zi. Funcționarea sa se bazează pe capacitatea termică impresionantă a apei. Funcționarea acestui dispozitiv poate fi descrisă după cum urmează. Conducta echipamentului cazanului este conectată la partea superioară a rezervorului. Un lichid de răcire fierbinte intră în rezervor, care se dovedește a fi încălzit la maximum.

Pompa de circulație este în partea de jos. Preia apa rece si o trece prin sistemul de incalzire, directionand-o catre cazan. Lichidul răcit este înlocuit cu unul încălzit în scurt timp. De îndată ce cazanul încetează să funcționeze, lichidul de răcire începe să se răcească în țevi și conducte. Apa intră în rezervor, unde începe să deplaseze lichidul de răcire fierbinte în conducte. Încălzirea camerei va continua o perioadă de timp conform acestui principiu.

Rolul stocării căldurii

O baterie termică în viața de zi cu zi este capabilă să îndeplinească multe funcții utile, printre care:

• stabilizarea temperaturii în casă;
• asigurarea spațiilor cu alimentare cu apă caldă;
• creșterea eficienței sistemului la maximum posibil;
• reducerea costurilor în numerar pentru combustibil;
• acumularea de energie în exces din cazan;
• combinarea mai multor surse de căldură într-un singur circuit;
• posibilitatea separării surselor de căldură.

Ce altceva trebuie să știți despre caracteristicile de utilizare în viața de zi cu zi

Până în prezent, există mai multe metode de calculare a volumului unui rezervor. După cum arată experiența, pentru fiecare kilowatt de putere a echipamentului, sunt necesari 25 de litri de apă. Eficiența cazanului, care prevede necesitatea unui sistem de încălzire cu un acumulator de căldură, crește la 84%. Vârful de ardere este nivelat, datorită acestui fapt, resursele de energie sunt economisite în valoare de până la 30%.

Acumulatorul termic asigură păstrarea temperaturii datorită izolației termice fiabile din poliuretan spumat. În plus, este posibilă instalarea unor elemente de încălzire, care permit, dacă este necesar, încălzirea apei.

Când aveți nevoie de un depozit de căldură

Stocarea căldurii este necesară atunci când există o cerere mare de alimentare cu apă. Acest caz se aplică cabanelor cu mai mult de 5 persoane.

De asemenea, stocarea căldurii este necesară în acele case în care există două băi. Un acumulator de căldură este, de asemenea, necesar atunci când se utilizează cazane cu combustibil solid. Dispozitivele descrise ușurează funcționarea echipamentului în timpul orelor de sarcini mari, colectând căldura în exces și eliminând fierberea. Cu ajutorul unui astfel de dispozitiv, puteți crește timpul dintre filetele de combustibil.

Alte tipuri de acumulatori de căldură

Se poate folosi și un acumulator de căldură pentru o mașină. Este un termos care asigură pornirea ușoară a motorului când temperaturi scăzute. Acest dispozitiv se acumulează și degajă căldură. Funcționează autonom și aproape că nu necesită aplicarea de energie suplimentară. Principiul funcționării sale este că antigelul este încălzit de la un motor în funcțiune la 90 ° C, iar dacă este plasat într-un acumulator termic, acesta va rămâne fierbinte încă două zile.

Înainte de a porni un motor rece, consumatorul va trebui să pornească pompa electrică, care va pompa lichid în motor. După câteva minute, motorul se va încălzi, ceea ce înseamnă că poate fi conectat la o alarmă auto.

A fost inventat și un acumulator de căldură pentru rachete sol-aer. S-a stabilit producția sa, ceea ce a reușit să crească eficiența apărării aeriene. Astăzi, acumulatorii de căldură, din păcate, pot fi folosiți pentru a crea vehicule minate care sunt controlate de la distanță.

Realizarea unui acumulator de căldură cu propriile mâini

Cel mai model simplu bateria poate fi realizată independent, în timp ce tu ar trebui să te ghidezi după principiile termosului. Datorită pereților care nu conduc căldura, lichidul va rămâne fierbinte mult timp. Pentru muncă, ar trebui să vă pregătiți:

• scotch;
• placă de beton;
• material termoizolant;
• țevi de cupru sau elemente de încălzire.

Când este realizat, atunci când alegeți un rezervor, este necesar să țineți cont de capacitatea dorită, acesta ar trebui să înceapă de la 150 de litri. Puteți ridica orice butoi metalic. Dar dacă alegeți un volum mai mic decât cel menționat, atunci sensul se pierde. Recipientul este pregătit, praful și resturile sunt îndepărtate din interior, zonele în care a început să se formeze coroziunea trebuie tratate corespunzător.

Metodologia de lucru

În etapa următoare, este necesar să pregătiți un încălzitor, acesta va trebui să fie înfășurat în jurul butoiului. El va fi responsabil pentru ținerea caldă. Vata minerală este excelentă pentru construcția de casă. Din exterior, rezervorul este înfășurat în jurul lui, iar după aceea întreaga structură este protejată cu bandă adezivă. În plus, suprafața poate fi acoperită cu o folie sau metal.

Când rulați un acumulator de căldură pentru încălzire, este important să vă asigurați că apa din interior este încălzită; pentru aceasta, se utilizează de obicei una dintre metodele existente. Aceasta poate fi instalarea unor elemente electrice de încălzire sau a unei serpentine prin care va fi lansată apa. Prima opțiune nu poate fi numită sigură, în plus, este destul de dificil de implementat, așa că este mai bine să o refuzi. Dar puteți face o bobină dintr-un tub de cupru, al cărui diametru variază de la 2 la 3 cm.

Lungimea produsului poate fi egală cu limita de la 8 la 15 mm. Din tub este asamblată o spirală, care trebuie plasată în interiorul recipientului. În acest model, bateria va fi top parte butoaie. Mai jos este necesar să se așeze o altă conductă de ramificație, care va fi introductivă. Apa rece va curge prin el. Conductele de ramificație trebuie completate cu robinete.

În acest moment, putem presupune că un dispozitiv simplu de acumulare de căldură este gata de funcționare, dar mai întâi este necesar să se rezolve problema legată de securitatea la incendiu. O astfel de instalație ar trebui să fie amplasată pe o placă de beton, este, dacă este posibil, împrejmuită cu pereți.

Concluzie

Un acumulator termic pentru o rachetă este un dispozitiv care este departe de înțelegerea unui consumator obișnuit. Dar puteți conecta cu ușurință acumulatorul de căldură pentru sistemul de încălzire. Pentru a face acest lucru, o conductă de retur va trebui să treacă prin rezervor, la capetele căreia sunt prevăzute o ieșire și o intrare.

În prima etapă, rezervorul și returul cazanului ar trebui să fie conectate unul la altul. Între ele există o pompă de circulație, aceasta va distila lichidul de răcire din butoi la supapa de închidere, încălzitoare și rezervorul de expansiune. Pe a doua parte, sunt instalate o pompă de circulație și o supapă de închidere.

Sursa foto - site http://www.devi-ekb.ru

Prin utilizarea stocării de energie termică este posibil să se schimbe eficient din punct de vedere al costurilor consumul de gigawați de energie. Dar astăzi piața pentru astfel de unități este catastrofal de mică în comparație cu potențialul. Motivul principal constă în faptul că, în stadiul inițial al apariției sistemelor de stocare a căldurii, producătorii au acordat puțină atenție cercetării în acest domeniu. Ulterior, producătorii în căutarea de noi stimulente au dus la faptul că tehnologia s-a deteriorat, iar oamenii au început să înțeleagă greșit obiectivele și metodele acesteia.

Motivul cel mai evident și obiectiv al folosirii unui sistem de stocare a căldurii este reducerea efectivă a sumei de bani cheltuite pentru energia consumată, în plus, costul energiei în orele de vârf este mult mai mare decât în ​​alte momente.

Mituri despre sistemele de stocare a energiei

Mitul 1. Utilizarea nefrecventă a unor astfel de sisteme

În prezent, sistemele pentru acumularea (acumularea) energiei termice sunt larg reprezentate pe piață, iar mulți le folosesc activ. Un exemplu excelent care demonstrează valoarea energiei stocate sunt încălzitoarele de apă menajere, unde un astfel de sistem este denumit „sistem de răcire în afara perioadei de vârf”. Pentru a încălzi instantaneu apa este nevoie de aproximativ 18 kW, dar cele mai puternice încălzitoare au elemente de încălzire cu o putere de 4,5 kW. Prin urmare, este necesară de 4 ori mai puțină infrastructură pentru cablare și, în consecință, un consum redus de energie.

Nimeni nu instalează radiatoare menite să consume instantaneu sarcina maximă calculată, aceeași practică există și pentru sistemul de aer condiționat. Mai mult, instalarea unui sistem cu chiller este de obicei redusă cu 40-50% (reducerea infrastructurii).

Mitul 2. Sistemele de stocare a căldurii ocupă mult spațiu

Vă întoarceți la un încălzitor convențional de apă? Ocupă mult spațiu în casa ta?

În plus, de regulă, se utilizează un sistem cu stocare parțială a căldurii, care oferă aproximativ o treime din puterea necesară și, prin urmare, o astfel de instalație ocupă puțin spațiu.

Mitul 3. Astfel de sisteme sunt prea complexe

Un încălzitor convențional de apă are un design simplu. Contine un incalzitor a carui putere este mai mica decat puterea care asigura sarcini maxime si este pornit in momentul in care temperatura de admisie scade sub 95% din cea setata.

Rezervorul acestui sistem este un exemplu simplu de rezervor de stocare a căldurii care nu are piese mobile. Sistemele de încărcare parțială nu pot eșua deoarece nu au capacitatea de a seta aleatoriu un consum mare de energie. Sistemele de răcire mai mari în afara vârfului au structuri de control mai complexe, astfel încât pot apărea multe probleme cu ele, iar proiectantul va trebui să muncească din greu pentru a proiecta un sistem eficient, cu economii semnificative de resurse.

Mitul 4. Lipsa redundanței (rezervei) cu stocarea parțială a energiei

Practic, orice sistem de răcire în afara vârfului este capabil să îndeplinească aceeași redundanță ca un sistem convențional cu același cost.

Mitul 5. Costuri mari de capital

Este problematic să obțineți prețuri actuale pentru echipamente, deoarece producătorii sunt reticenți în a le publica. Deși multe studii indică prețuri scăzute de cost ale sistemului. Să calculăm costul aproximativ al sistemului, folosind costul aproximativ de 256 USD per kilowatt de răcire ca cost unitar, iar acesta va oferi costul aproximativ pentru instalarea întregului sistem:

Sistemul care nu utilizează stocarea energiei:

3 chillere cu o capacitate de 1400 kW x 256 $ / kW ≈ 1.080.000 de dolari.

Sistem care utilizează stocarea parțială a căldurii:

2 răcitoare 1400kW x 256 USD/kW ≈ 720.000 USD.

Sistem de stocare a gheții de 12.300 kWh x 28 USD/kWh ≈ 350.000 USD.

Costul total al sistemului: ≈ 1.070.000 USD.

Unele caracteristici ale echipamentului și amplasarea acestuia în sistem pot duce la costuri de capital suplimentare, cu toate acestea, astfel de sisteme pot concura cu ușurință în ceea ce privește costul.

Mitul 6. Nu există nicio prevedere pentru economii de energie

Atunci când se analizează economiile, este necesar să se ia în considerare atât energia care se consumă în clădire, cât și energia care este utilizată la sursa producției acesteia în centrala electrică. Majoritatea echipamentelor eficiente energetic sunt concepute pentru a reduce consumul de energie, fără a reduce timpul de utilizare. Sistemele de răcire în afara perioadei de vârf economisesc energie prin mutarea acesteia „în afara contorului”. Probabilitatea de economisire este de 50/50.

Mitul 7. Tarifele la energie electrică se pot schimba, ceea ce poate duce nu numai la o lipsă de economii, ci și la creșterea costurilor

Desigur, modificările tarifelor sunt inevitabile, dar condițiile și consumul de energie rămân neschimbate.

Se poate spera că încărcăturile de zi și de noapte vor deveni într-o zi egale, dar este puțin probabil să se întâmple, așa că o diferență semnificativă de tarife va exista pentru mulți ani de acum înainte.

Un sistem de acumulare a căldurii destul de cunoscut astăzi este sistemul „pardoseală caldă”, în care cablul este turnat cu o șapă de 5 cm. Dar puțini oameni știu că creșterea șapei la 10-15 cm va ajuta nu numai la reducerea costurilor, dar de asemenea, începe procesul de acumulare a căldurii.

Anterior, „tunurile termice” erau folosite pentru a acumula căldură, care nu încălzeau spațiul din apropierea prezenței imediate a oamenilor și, de asemenea, ardea oxigenul. Sistemele de încălzire prin cablu nu numai că permit acumularea eficientă a căldurii, dar creează și un microclimat confortabil în cameră.

Unul dintre motivele pentru care au făcut economii semnificative a fost introducerea de noi contoare de energie electrică cu trei rate, însă nu mulți oameni au posibilitatea de a folosi sistemul de încălzire pe timp de noapte. Utilizarea unui sistem de cabluri, cuplat cu o șapă de 5 cm, vă permite să încălziți rapid cablul, dar în același timp se și răcește rapid. Adică procesul este ciclic. O creștere a șapei la 10-15 cm vă permite să vă mențineți cald mai mult timp, ceea ce înseamnă că timpul ciclului crește la câteva ore.