Akumulacija toplotne energije za vrt. Delovanje toplotnih omrežij

Ekologija potrošnje Znanost in tehnologija: eden glavnih problemov alternativna energija- neenakomerno pridobivanje iz obnovljivih virov. Razmislimo, kako je mogoče shraniti vrste energije (čeprav bomo morali za praktično uporabo nato shranjeno energijo pretvoriti v elektriko ali toploto).

Eden glavnih problemov alternativne energije je neenakomerna oskrba z obnovljivimi viri. Sonce sije samo podnevi, v brezoblačnem vremenu pa veter bodisi zapiha ali pojenja. Da, in potreba po električni energiji ni stalna, na primer, za osvetlitev čez dan potrebuje manj, zvečer pa več. In ljudem je všeč, ko so mesta in vasi ponoči preplavljene z osvetlitvijo. No, ali pa so vsaj ulice osvetljene. Tako se pojavi naloga - shraniti prejeto energijo za nekaj časa, da bi jo uporabili, ko je potreba po njej največja in pretok ni dovolj.

Obstaja 6 glavnih vrst energije: gravitacijska, mehanska, toplotna, kemična, elektromagnetna in jedrska. Do danes se je človeštvo naučilo ustvarjati umetne baterije za energijo prvih petih vrst (no, razen dejstva, da so razpoložljive zaloge jedrskega goriva umetnega izvora). Tu bomo preučili, kako je mogoče vsako od teh vrst energije shraniti in shraniti (čeprav bomo za praktično uporabo morali nato akumulirano energijo pretvoriti v elektriko ali toploto).

Gravitacijski akumulatorji energije

V akumulatorjih te vrste se na stopnji akumulacije energije obremenitev dvigne, kopiči potencialno energijo in ob pravem času pade nazaj in to energijo vrne s koristjo. Uporaba trdnih snovi ali tekočin kot tovora prinaša lastne značilnosti zasnovi vsake vrste. Vmesni položaj med njimi zaseda uporaba razsutih materialov (pesek, svinčeni strel, majhne jeklene kroglice itd.).

Gravitacijsko polprevodniško shranjevanje energije

Bistvo gravitacijskih mehanskih hranilnikov je v tem, da se določena obremenitev dvigne na višino in se sprošča ob pravem času ter prisili os generatorja, da se med potjo vrti. Primer izvedbe takšnega načina shranjevanja energije je naprava, ki jo predlaga kalifornijsko podjetje Advanced Rail Energy Storage (ARES). Ideja je preprosta: v času, ko solarni paneli in mlini na veter proizvajajo veliko energije, posebne težke avtomobile poganjajo navzgor s pomočjo elektromotorjev. Ponoči in zvečer, ko ni dovolj virov energije za oskrbo porabnikov, avtomobili ugasnejo, motorji, ki delujejo kot generatorji, vračajo akumulirano energijo nazaj v omrežje.

Skoraj vsi mehanski pomnilniki tega razreda imajo zelo preprosto zasnovo in zato visoko zanesljivost in dolgo življenjsko dobo. Čas shranjevanja enkrat shranjene energije je tako rekoč neomejen, razen če se obremenitev in konstrukcijski elementi sčasoma zrušijo zaradi starosti ali korozije.

Energija, shranjena pri dvigovanju trdnih teles, se lahko sprosti v zelo kratek čas. Omejitev moči, ki jo prejmejo takšne naprave, je naložena le s pospeškom prostega pada, ki določa največjo stopnjo povečanja hitrosti padajočega bremena.

Na žalost je specifična poraba energije takih naprav nizka in je določena s klasično formulo E = m · g · h. Za shranjevanje energije za segrevanje 1 litra vode z 20°C na 100°C je torej potrebno dvigniti tono tovora vsaj na višino 35 metrov (ali 10 ton na 3,5 metra). Ko torej obstaja potreba po shranjevanju več energije, to takoj povzroči potrebo po ustvarjanju obsežnih in kot neizogibna posledica dragih struktur.

Pomanjkljivost takih sistemov je tudi, da mora biti pot, po kateri se premika tovor, prosta in dokaj ravna, prav tako je treba izključiti možnost nenamernega vstopa stvari, ljudi in živali v to območje.

Gravitacijsko shranjevanje tekočine

Za razliko od polprevodniškega tovora pri uporabi tekočin ni treba ustvarjati ravnih gredi velikega prereza za celotno višino dvigala - tekočina se popolnoma premika tudi po ukrivljenih ceveh, katerih presek mora zadostovati le za prenos največjega projektiranega toka skozi njih. Zato zgornjega in spodnjega rezervoarja ni treba postaviti enega pod drugega, ampak sta lahko razmaknjena na dovolj veliki razdalji.

V ta razred spadajo črpalne elektrarne (ČHE).

Obstajajo tudi manjši hidravlični akumulatorji gravitacijske energije. Najprej iz podzemnega zbiralnika (vodnjaka) prečrpamo 10 ton vode v posodo na stolpu. Nato voda iz rezervoarja pod vplivom gravitacije teče nazaj v rezervoar, pri čemer vrti turbino z električnim generatorjem. Življenjska doba takšnega pogona je lahko 20 let ali več. Prednosti: pri uporabi vetrne turbine lahko slednja neposredno poganja vodno črpalko, vodo iz rezervoarja na stolpu pa lahko uporabimo za druge potrebe.

Na žalost je hidravlične sisteme težje vzdrževati v ustreznem tehničnem stanju kot polprevodniške - najprej to zadeva tesnost rezervoarjev in cevovodov ter uporabnost zapiralne in črpalne opreme. Še ena stvar pomemben pogoj- v trenutkih akumulacije in porabe energije mora biti delovna tekočina (vsaj njen dovolj velik del) v tekočem agregatnem stanju in ne v obliki ledu ali pare. Toda včasih je v takih akumulatorjih mogoče pridobiti dodatno brezplačno energijo, na primer pri polnjenju zgornjega rezervoarja s talino ali deževnico.

Mehansko shranjevanje energije

Mehanska energija se kaže v medsebojnem delovanju, gibanju posameznih teles ali njihovih delcev. Vključuje kinetično energijo gibanja ali vrtenja telesa, energijo deformacije pri upogibanju, raztezanju, zvijanju, stiskanju elastičnih teles (vzmeti).

Žiroskopsko shranjevanje energije

V žiroskopskih akumulatorjih je energija shranjena v obliki kinetične energije hitro vrtečega se vztrajnika. Specifična energija, shranjena za vsak kilogram teže vztrajnika, je veliko večja od tiste, ki jo je mogoče shraniti v kilogramu statične teže, tudi ko je dvignjen na veliko višino, nedavni visokotehnološki razvoj pa obljublja gostoto shranjene energije, primerljivo s shranjevanjem kemične energije na enoto mase najučinkovitejših kemičnih goriv.

Še en velik plus vztrajnika je zmožnost hitrega vračanja ali sprejema zelo velike moči, omejene le z natezno trdnostjo materialov v primeru mehanskega prenosa ali "zmogljivostjo" električnih, pnevmatskih ali hidravličnih prenosov.

Na žalost so vztrajniki občutljivi na sunke in vrtenja v ravninah, ki niso ravnina vrtenja, ker to ustvarja velike giroskopske obremenitve, ki radi upogibajo os. Poleg tega je čas shranjevanja energije, ki jo akumulira vztrajnik, razmeroma kratek in pri običajnih izvedbah običajno znaša od nekaj sekund do nekaj ur. Poleg tega postanejo izgube energije zaradi trenja preveč opazne ... Vendar sodobne tehnologije vam omogoča dramatično povečanje časa shranjevanja - do nekaj mesecev.

Na koncu še en neprijeten trenutek - energija, ki jo shranjuje vztrajnik, je neposredno odvisna od njegove hitrosti vrtenja, zato se med kopičenjem ali sproščanjem energije hitrost vrtenja ves čas spreminja. Hkrati obremenitev zelo pogosto zahteva stabilno hitrost vrtenja, ki ne presega več tisoč vrtljajev na minuto. Iz tega razloga so čisto mehanski sistemi za prenos moči na in iz vztrajnika lahko preveč zapleteni za izdelavo. Včasih lahko situacijo poenostavi elektromehanski prenos z uporabo motor-generatorja, ki je nameščen na isti gredi kot vztrajnik ali je z njim povezan s togim menjalnikom. Toda takrat so neizogibne izgube energije za ogrevanje žic in navitij, ki so lahko veliko večje od izgub zaradi trenja in zdrsa pri dobrih variatorjih.

Posebej obetavni so tako imenovani super-vztrajniki, ki so sestavljeni iz zvitkov jeklenega traku, žice ali sintetičnih vlaken visoke trdnosti. Navitje je lahko gosto ali pa ima posebej opuščen prazen prostor. V slednjem primeru, ko se vztrajnik odvija, se tuljave traku premaknejo od njegovega središča do obrobja vrtenja, pri čemer se spremeni vztrajnostni moment vztrajnika, in če je trak vzmeten, se del energije shrani v energijo elastične deformacije vzmeti. Zaradi tega pri takšnih vztrajnikih hitrost vrtenja ni tako neposredno povezana z akumulirano energijo in je veliko bolj stabilna kot pri najpreprostejših enodelnih strukturah, njihova poraba energije pa je opazno večja.

Poleg večje energijske intenzivnosti so varnejši v primeru različnih nesreč, saj imajo drobci vzmeti za razliko od drobcev velikega monolitnega vztrajnika, ki so po energiji in uničevalni moči primerljivi s topovskimi kroglami, veliko manjšo "škodljivo moč" in običajno zelo učinkovito upočasnijo zlomljen vztrajnik zaradi trenja ob stene ohišja. Iz istega razloga sodobni trdni vztrajniki, zasnovani za delovanje v načinih, ki so blizu prerazporeditvi trdnosti materiala, pogosto niso monolitni, temveč tkani iz kablov ali vlaken, impregniranih z vezivom.

Sodobne izvedbe z vakuumsko rotacijsko komoro in magnetnim vzmetenjem supervztrajnika iz kevlarskih vlaken zagotavljajo gostoto shranjene energije več kot 5 MJ/kg, kinetično energijo pa lahko hranijo tedne in mesece. Po optimističnih ocenah bo uporaba težkih "superkarbonskih" vlaken za navijanje večkrat povečala hitrost vrtenja in specifično gostoto shranjene energije - do 2-3 GJ / kg (obljubljajo, da bo en vrtljaj takega vztrajnika, ki tehta 100-150 kg, zadostoval za vožnjo milijon kilometrov ali več, t.j. za skoraj celotno življenjsko dobo avtomobila!). Vendar pa je tudi cena tega vlakna večkrat višja od cene zlata, zato si tudi arabski šejki še ne morejo privoščiti takšnih strojev ... Več podrobnosti o vztrajnikovih pogonih najdete v knjigi Nurbey Gulia.

Žiresonančno shranjevanje energije

Ti pogoni so isti vztrajnik, vendar iz elastičnega materiala (na primer gume). Posledično ima bistveno nove lastnosti. Ko se hitrost poveča, se na takem vztrajniku začnejo oblikovati "izrastki" - "cvetni listi" - najprej se spremeni v elipso, nato v "cvet" s tremi, štirimi ali več "cvetnimi listi" ... Hkrati se po nastanku "cvetnih listov" hitrost vrtenja vztrajnika praktično ne spremeni, energija pa se shrani v resonančnem valu elastične deformacije materiala vztrajnika, ki tvori te "cvetne liste".

V poznih sedemdesetih in zgodnjih osemdesetih letih se je N. Z. Garmash ukvarjal s takšnimi gradnjami v Donetsku. Njegovi rezultati so navdušujoči - po njegovih ocenah je s hitrostjo delovanja vztrajnika le 7-8 tisoč vrtljajev na minuto shranjena energija zadostovala, da je avtomobil prevozil 1500 km v primerjavi s 30 km z običajnim vztrajnikom enake velikosti. Na žalost novejše informacije o tej vrsti pogona niso znane.

Mehanski akumulatorji z uporabo elastičnih sil

Ta razred naprav ima zelo veliko specifično kapaciteto shranjene energije. Če je treba upoštevati majhne dimenzije (nekaj centimetrov), je njegova energetska intenzivnost največja med mehanskimi hranilniki. Če zahteve za značilnosti teže in velikosti niso tako stroge, potem veliki ultra-hitri vztrajniki presegajo energijsko intenzivnost, vendar so veliko bolj občutljivi na zunanje dejavnike in imajo veliko manj časa za shranjevanje energije.

Vzmetni mehanski akumulatorji

Stiskanje in raztezanje vzmeti lahko zagotovi zelo velik pretok in dobavo energije na enoto časa - morda največjo mehansko moč med vsemi vrstami naprav za shranjevanje energije. Tako kot pri vztrajnikih je omejena le z natezno trdnostjo materialov, vendar vzmeti običajno izvajajo delovno translacijsko gibanje neposredno, pri vztrajnikih pa ne gre brez precej zapletenega prenosa (ni naključje, da pnevmatsko orožje uporablja bodisi mehanske glavne vzmeti oz. plinske jeklenke, ki so v bistvu prednapolnjene pnevmatske vzmeti, pred pojavom strelnega orožja pa so se za boj na daljavo uporabljala tudi vzmetna orožja - loki in samostreli, ki so že dolgo pred novim časom popolnoma zamenjal poklicne čete zanko s shranjevanjem kinetične energije).

Življenjska doba akumulirane energije v stisnjeni vzmeti je lahko več let. Vendar se je treba zavedati, da pod vplivom nenehne deformacije kateri koli material sčasoma kopiči utrujenost, kristalna mreža vzmetne kovine pa se počasi spreminja, večje kot so notranje napetosti in višja temperatura okolja, prej in v večji meri se bo to zgodilo. Zato se lahko po nekaj desetletjih izkaže, da je stisnjena vzmet, ne da bi se zunanje spremenila, popolnoma ali delno "izpraznjena". Kakovostne jeklene vzmeti pa lahko, če niso izpostavljene pregrevanju ali hipotermiji, delujejo stoletja brez vidne izgube zmogljivosti. Na primer, stara mehanska stenska ura iz ene polne tovarne še vedno deluje dva tedna - tako kot pred več kot pol stoletja, ko je bila izdelana.

Če je treba vzmet postopoma enakomerno »polniti« in »prazniti«, je mehanizem, ki to zagotavlja, lahko zelo zapleten in muhast (poglejte isto mehansko uro – v resnici veliko zobnikov in drugih delov služi prav temu). Elektromehanski prenos lahko poenostavi situacijo, vendar običajno nalaga znatne omejitve trenutne moči takšne naprave, pri delu z nizkimi močmi (nekaj sto vatov ali manj) pa je njegova učinkovitost prenizka. Ločena naloga je kopičenje največje energije v minimalni prostornini, saj v tem primeru nastanejo mehanske napetosti, ki so blizu končne trdnosti uporabljenih materialov, kar zahteva posebno natančne izračune in brezhibno izdelavo.

Ko govorimo o vzmeti, je treba upoštevati ne le kovino, ampak tudi druge elastične trdne elemente. Najpogostejši med njimi so gumice. Mimogrede, po energiji, shranjeni na enoto mase, guma desetkrat presega jeklo, vendar služi približno toliko manj, in za razliko od jekla izgubi svoje lastnosti po nekaj letih tudi brez aktivne uporabe in v idealnih zunanjih pogojih - zaradi relativno hitrega kemičnega staranja in razgradnje materiala.

Mehansko skladiščenje plina

V tem razredu naprav se energija shranjuje zaradi elastičnosti stisnjenega plina. S presežkom energije kompresor črpa plin v jeklenko. Ko je treba uporabiti shranjeno energijo, se stisnjen plin dovaja turbini, ki neposredno opravlja potrebno mehansko delo ali vrti električni generator. Namesto turbine lahko uporabite batni motor, ki je bolj učinkovit pri majhni moči (mimogrede, obstajajo tudi reverzibilni batni motorji-kompresorji).

Skoraj vsak sodoben industrijski kompresor je opremljen s podobno baterijo - sprejemnikom. Res je, da tlak tam redko presega 10 atm, zato zaloga energije v takem sprejemniku ni zelo velika, vendar tudi to običajno omogoča večkratno povečanje vira namestitve in varčevanje z energijo.

Plin, stisnjen na tlak več deset in sto atmosfer, lahko zagotovi dovolj visoko specifično gostoto shranjene energije za skoraj neomejen čas (meseci, leta in z visoko kakovostjo sprejemnika in ventilov - desetletja - ni brez razloga, da je pnevmatsko orožje, ki uporablja stisnjene plinske kartuše, postalo tako razširjeno). Vendar pa je kompresor s turbino ali batnim motorjem, ki je vključen v namestitev, precej zapletena, kapriciozna naprava in ima zelo omejen vir.

Obetavna tehnologija za ustvarjanje zalog energije je stiskanje zraka na račun razpoložljive energije v času, ko ni neposredne potrebe po slednji. Stisnjen zrak se ohladi in shrani pri tlaku 60-70 atmosfer. Če je treba uporabiti shranjeno energijo, se zrak odvzame iz akumulatorja, segreje in nato vstopi v posebno plinsko turbino, kjer energija stisnjenega in segretega zraka vrti turbinske stopnje, katerih gred je povezana z električnim generatorjem, ki proizvaja električno energijo v elektroenergetski sistem.

Za shranjevanje stisnjenega zraka se na primer predlaga uporaba ustreznih rudnikov ali posebej izdelanih podzemnih rezervoarjev v solnih kamninah. Koncept ni nov, skladiščenje stisnjenega zraka v podzemni jami je bilo patentirano že leta 1948, v elektrarni Huntorf v Nemčiji pa že od leta 1978 deluje prva naprava za shranjevanje stisnjenega zraka (CAES) z močjo 290 MW. Na stopnji stiskanja zraka veliko število energija se izgubi v obliki toplote. To izgubljeno energijo mora kompenzirati stisnjen zrak pred ekspanzijsko stopnjo v plinski turbini, za katero se uporablja ogljikovodikovo gorivo, s pomočjo katerega se poveča temperatura zraka. To pomeni, da so instalacije daleč od 100-odstotne učinkovitosti.

Obstaja obetavna smer za izboljšanje učinkovitosti CAES. Sestoji iz zadrževanja in shranjevanja toplote, ki se sprošča med delovanjem kompresorja na stopnji kompresije in hlajenja zraka, z njeno kasnejšo ponovno uporabo pri dogrevanju hladnega zraka (tako imenovana rekuperacija). Vendar ima ta različica CAES precejšnje tehnične težave, zlasti v smeri ustvarjanja dolgoročnega sistema za shranjevanje toplote. Če bodo ti problemi rešeni, bi lahko AA-CAES (Advanced Adiabatic-CAES) utrl pot obsežnim sistemom za shranjevanje energije, vprašanje, ki so ga izpostavili raziskovalci po vsem svetu.

Udeleženci kanadskega startupa Hydrostor so predlagali drugo nenavadna rešitev- črpati energijo v podvodne mehurčke.

Shranjevanje toplotne energije

V naših podnebnih razmerah se zelo pomemben (pogosto glavni) del porabljene energije porabi za ogrevanje. Zato bi bilo zelo priročno akumulirati toploto neposredno v hranilniku in jo nato prejeti nazaj. Na žalost je v večini primerov gostota shranjene energije zelo nizka, čas njenega ohranjanja pa zelo omejen.

obstajati toplotni akumulatorji s trdnim ali potrošnim materialom za shranjevanje toplote; tekočina; para; termokemični; z električnim grelnim elementom. Hranilnike toplote lahko priključimo na sistem s kotlom na trda goriva, solarni sistem ali kombinirani sistem.

Shranjevanje energije zaradi toplotne kapacitete

V akumulatorjih te vrste se toplota akumulira zaradi toplotne kapacitete snovi, ki služi kot delovna tekočina. Klasičen primer hranilnika toplote je ruska peč. Ogrevali so jo enkrat na dan, nato pa je čez dan ogrevala hišo. Pod hranilnikom toplote se dandanes najpogosteje razumejo zalogovniki topla voda obložen z materialom z visokimi toplotnoizolacijskimi lastnostmi.

Obstajajo tudi hranilniki toplote na osnovi trdnih nosilcev toplote, na primer v keramičnih opekah.

Različne snovi imajo različne toplotne kapacitete. Pri večini je v območju od 0,1 do 2 kJ/(kg K). Voda ima nenormalno visoko toplotno kapaciteto - njena toplotna kapaciteta v tekoči fazi je približno 4,2 kJ/(kg K). Le zelo eksotičen litij ima večjo toplotno kapaciteto - 4,4 kJ/(kg·K).

Vendar pa je treba poleg specifične toplotne kapacitete (po masi) upoštevati tudi volumetrično toplotno kapaciteto, ki omogoča ugotavljanje, koliko toplote je potrebno, da se enaki prostornini različnih snovi spremeni temperatura za enako količino. Izračuna se iz običajne specifične (masne) toplotne kapacitete tako, da se pomnoži s specifično gostoto ustrezne snovi. Volumetrično toplotno kapaciteto je treba upoštevati, kadar je prostornina hranilnika toplote pomembnejša od njegove teže.

Na primer, specifična toplotna kapaciteta jekla je le 0,46 kJ / (kg K), vendar je gostota 7800 kg / m3, in, recimo, za polipropilen - 1,9 kJ / (kg K) - več kot 4-krat več, vendar je njegova gostota le 900 kg / m3. Zato bo jeklo lahko pri enaki prostornini shranilo 2,1-krat več toplote kot polipropilen, čeprav bo skoraj 9-krat težje. Zaradi nenavadno visoke toplotne kapacitete vode pa je noben material ne more preseči po volumetrični toplotni kapaciteti. Vendar se volumetrična toplotna kapaciteta železa in njegovih zlitin (jeklo, lito železo) razlikuje od vode za manj kot 20% - v enem kubičnem metru lahko shranijo več kot 3,5 MJ toplote za vsako temperaturno spremembo, prostorninska toplotna kapaciteta bakra je nekoliko manjša - 3,48 MJ / (kubični m K). Toplotna kapaciteta zraka v normalne razmere je približno 1 kJ / kg ali 1,3 kJ / m3, zato je za segrevanje kubičnega metra zraka za 1 ° dovolj, da ohladimo malo manj kot 1/3 litra vode za enako stopnjo (seveda bolj vroče od zraka).

Zaradi enostavnosti naprave (kaj je lahko enostavnejšega od mirujočega trdnega kosa ali zaprtega zbiralnika s tekočim toplotnim nosilcem?) imajo takšni hranilniki energije skoraj neomejeno število hranilnikov-vračil energije in zelo dolgo življenjsko dobo – za tekoče toplotne nosilce do izsušitve tekočine ali do poškodbe rezervoarja zaradi korozije ali drugih razlogov, za trdne teh omejitev ni. A čas skladiščenja je zelo omejen in se praviloma giblje od nekaj ur do nekaj dni – dalj časa klasična toplotna izolacija ne zmore več zadrževati toplote, specifična gostota shranjene energije pa je majhna.

Na koncu je treba poudariti še eno okoliščino - za učinkovito delovanje ni pomembna le toplotna kapaciteta, temveč tudi toplotna prevodnost snovi hranilnika toplote. Z visoko toplotno prevodnostjo se bo hranilnik toplote tudi na dokaj hitre spremembe zunanjih pogojev odzval s celotno maso, torej z vso shranjeno energijo – torej čim bolj učinkovito.

V primeru slabe toplotne prevodnosti bo le površinski del hranilnika toplote imel čas za reakcijo, kratkotrajne spremembe zunanjih pogojev pa preprosto ne bodo imele časa, da bi dosegle globoke plasti, in pomemben del snovi takšnega hranilnika toplote bo dejansko izključen iz dela.

Polipropilen, omenjen v zgoraj obravnavanem primeru, ima skoraj 200-krat manjšo toplotno prevodnost kot jeklo, zato kljub precej veliki specifični toplotni kapaciteti ne more biti učinkovit hranilnik toplote. Vendar pa je tehnično težavo enostavno rešiti z organiziranjem posebnih kanalov za kroženje hladilne tekočine znotraj hranilnika toplote, vendar je očitno, da takšna rešitev bistveno oteži zasnovo, zmanjša njeno zanesljivost in porabo energije ter bo zagotovo zahtevala redno vzdrževanje , kar je komajda potrebno za monoliten kos snovi.

Čeprav se morda zdi nenavadno, je včasih potrebno kopičiti in hraniti ne toploto, ampak mraz. Podjetja v ZDA že več kot desetletje ponujajo "akumulatorje" na osnovi ledu za vgradnjo v klimatske naprave. Ponoči, ko je elektrike na pretek in se prodaja po znižanih cenah, klimatska naprava zamrzne vodo, torej gre v hladilni režim. Čez dan porabi nekajkrat manj energije, saj deluje kot ventilator. Energijsko požrešen kompresor je za ta čas izklopljen. .

Kopičenje energije med spremembo agregatnega stanja snovi

Če natančno pogledate toplotni parametri različnih snovi, je razvidno, da ob spremembi agregatnega stanja (taljenje-utrditev, izhlapevanje-kondenzacija) pride do znatne absorpcije ali sproščanja energije. Pri večini snovi je toplotna energija takšnih transformacij zadostna za spremembo temperature enake količine iste snovi za več deset ali celo sto stopinj v tistih temperaturnih območjih, kjer se njeno agregatno stanje ne spremeni. Toda, kot veste, dokler agregatno stanje celotne prostornine snovi ne postane enako, je njena temperatura skoraj konstantna! Zato bi bilo zelo mamljivo akumulirati energijo s spreminjanjem agregatnega stanja - energije je akumulirane veliko, temperatura pa se malo spreminja, tako da posledično ne bi bilo treba reševati težav s segrevanjem do visoke temperature, hkrati pa lahko dobite dobro kapaciteto takšnega hranilnika toplote.

Taljenje in kristalizacija

Na žalost trenutno praktično ni poceni, varnih in odpornih na razgradnjo snovi z visoko energijo faznega prehoda, katerih tališče bi bilo v najbolj relevantnem območju - približno od +20 ° С do + 50 ° С (največ +70°С - to je še vedno relativno varna in lahko dosegljiva temperatura). V tem temperaturnem območju se praviloma topijo kompleksne organske spojine, ki zdravju nikakor niso koristne in na zraku pogosto hitro oksidirajo.

Morda najprimernejše snovi so parafini, katerih tališče večine, odvisno od sorte, leži v območju 40..65 °C (čeprav obstajajo tudi “tekoči” parafini s tališčem 27 °C oz. manj, kot tudi naravni ozokerit, povezan s parafini, katerega tališče je v območju 58..100 °C). Tako parafin kot ozokerit sta povsem varna in se uporabljata tudi v medicinske namene za neposredno segrevanje bolečih mest na telesu.

Pri dobri toplotni zmogljivosti pa je njihova toplotna prevodnost zelo majhna – tako majhna, da parafin ali ozokerit, ki ga nanesemo na telo, segreto na 50–60 °C, deluje le prijetno vroče, ne pa pekoče, kot bi bilo z vodo, segreto na enaka temperatura, - za zdravilo je to dobro, za hranilnik toplote pa je absolutni minus. Poleg tega te snovi niso tako poceni, na primer, veleprodajna cena ozocerita septembra 2009 je bila približno 200 rubljev na kilogram, kilogram parafina pa je stal od 25 rubljev (tehnični) do 50 in več (visoko prečiščena hrana, tj. primeren za uporabo v embalaži živil). To so veleprodajne cene za serije po več ton, maloprodajne cene so vsaj enkrat in pol dražje.

Posledično se izkaže, da je ekonomska učinkovitost parafinskega hranilnika toplote pod velikim vprašanjem, saj je kilogram ali dva parafina ali ozocerita primeren le za medicinsko ogrevanje zlomljenega križa za nekaj deset minut in da bi zagotovili stabilno temperaturo bolj ali manj prostornega stanovanja vsaj en dan, je treba maso parafinskega hranilnika toplote meriti v tonah, tako da se njegova cena takoj približa ceni avtomobila (čeprav v nižjem cenovnem segmentu) !

Da, in temperatura faznega prehoda bi morala v idealnem primeru še vedno natančno ustrezati udobnemu območju (20..25 ° C) - v nasprotnem primeru morate še vedno organizirati nekakšen sistem za nadzor izmenjave toplote. Kljub temu je temperatura taljenja v območju 50 do 54 °C, značilna za visoko prečiščene parafine, v kombinaciji z visoko toploto faznega prehoda (malo več kot 200 kJ / kg) zelo primerna za hranilnik toplote, zasnovan za zagotoviti oskrbo s toplo vodo in ogrevanje vode, Edina težava je nizka toplotna prevodnost in visoka cena parafin.

Toda v primeru višje sile lahko sam parafin uporabimo kot gorivo z dobro kalorično vrednostjo (čeprav to ni tako enostavno - za razliko od bencina ali kerozina tekoči in še bolj trden parafin ne gori na zraku, stenj ali druga naprava je potrebna za dovajanje v zgorevalno cono ne samega parafina, ampak le njegove pare)!

Primer hranilnika toplotne energije, ki temelji na učinku taljenja in kristalizacije, je TESS sistem hranilnika toplotne energije na osnovi silicija, ki ga je razvilo avstralsko podjetje Latent Heat Storage.

Izhlapevanje in kondenzacija

Toplota izhlapevanja-kondenzacije je praviloma nekajkrat večja od toplote taljenja-kristalizacije. In zdi se, da ni tako malo snovi, ki izhlapevajo v pravem temperaturnem območju. Poleg odkrito strupenega ogljikovega disulfida, acetona, etilnega etra itd., Obstaja tudi etilni alkohol (njegova relativna varnost se dnevno dokazuje na osebni zgled milijoni alkoholikov po vsem svetu!). V normalnih pogojih alkohol vre pri 78 ° C, njegova toplota uparjanja pa je 2,5-krat večja od toplote taljenja vode (ledu) in je enakovredna segrevanju enake količine tekoče vode za 200 °.

Vendar pa za razliko od taljenja, ko spremembe prostornine snovi redko presežejo nekaj odstotkov, med izhlapevanjem para zavzame celotno prostornino, ki ji je namenjena. In če je ta prostornina neomejena, bo para izhlapela in s seboj nepreklicno odnesla vso nakopičeno energijo. V zaprtem volumnu bo tlak takoj začel naraščati in preprečil izhlapevanje novih delov delovne tekočine, kot je to v običajnem loncu na pritisk, zato le majhen odstotek delovne snovi doživi spremembo stanja. agregacija, medtem ko se preostanek še naprej segreva in je v tekoči fazi. S tem se izumiteljem odpira široko področje delovanja - izdelava učinkovitega hranilnika toplote na osnovi izparevanja in kondenzacije s hermetično spremenljivo delovno prostornino.

Fazni prehodi druge vrste

Poleg faznih prehodov, povezanih s spremembo agregatnega stanja, imajo lahko nekatere snovi več različnih faznih stanj znotraj istega agregatnega stanja. Spremembo takih faznih stanj praviloma spremlja tudi opazno sproščanje ali absorpcija energije, čeprav običajno veliko manj pomembno kot pri spremembi agregatnega stanja snovi. Poleg tega v mnogih primerih s takšnimi spremembami, v nasprotju s spremembo agregatnega stanja, pride do temperaturne histereze - temperature neposrednih in povratnih faznih prehodov se lahko bistveno razlikujejo, včasih za desetine ali celo stotine stopinj.

Shranjevanje električne energije

Elektrika je najbolj priročna in vsestranska oblika energije v sodobni svet. Ni presenetljivo, shranjevanje električna energija razvijajo najhitreje. Na žalost je v večini primerov specifična zmogljivost poceni naprav majhna, naprave z visoko specifično zmogljivostjo pa so še vedno predrage za shranjevanje velikih količin energije za masovno rabo in so zelo kratkotrajne.

Kondenzatorji

Najbolj množične "električne" naprave za shranjevanje energije so običajni radijski kondenzatorji. Imajo ogromno hitrost kopičenja in sproščanja energije - praviloma od nekaj tisoč do več milijard popolnih ciklov na sekundo in so sposobni delovati na ta način v širokem temperaturnem območju več let ali celo desetletij. S kombiniranjem več kondenzatorjev vzporedno lahko preprosto povečate njihovo skupno kapacitivnost na želeno vrednost.

Kondenzatorje lahko razdelimo v dva velika razreda - nepolarne (običajno "suhe", tj. ne vsebujejo tekočega elektrolita) in polarne (običajno elektrolitske). Uporaba tekočega elektrolita zagotavlja bistveno večjo specifično kapacitivnost, vendar skoraj vedno zahteva upoštevanje polarnosti pri povezovanju. Poleg tega so elektrolitski kondenzatorji pogosto bolj občutljivi na zunanje pogoje, predvsem na temperaturo, in imajo krajšo življenjsko dobo (čez čas elektrolit izhlapi in se posuši).

Vendar imajo kondenzatorji dve veliki slabosti. Prvič, to je zelo nizka specifična gostota shranjene energije in s tem majhna (v primerjavi z drugimi vrstami hranilnikov) zmogljivost. Drugič, to je kratek čas shranjevanja, ki se običajno izračuna v minutah in sekundah in redko presega nekaj ur, v nekaterih primerih pa le majhne delčke sekunde. Posledično je obseg kondenzatorjev omejen na razna elektronska vezja in kratkotrajne akumulacije, ki zadoščajo za usmerjanje, korekcijo in filtriranje toka v energetski elektrotehniki - za več pa jih še vedno ni dovolj.

Ionistorji

Kondenzatorje, ki jih včasih imenujemo "superkondenzatorji", lahko razumemo kot nekakšen vmesni člen med elektrolitskimi kondenzatorji in elektrokemičnimi baterijami. Od prvega so podedovali skoraj neomejeno število ciklov polnjenja in praznjenja, od drugega pa razmeroma nizke polnilne in praznilne tokove (polni cikel polnjenja in praznjenja lahko traja sekundo ali celo veliko dlje). Njihova zmogljivost je tudi v območju med najbolj zmogljivimi kondenzatorji in majhnimi baterijami - običajno je zaloga energije od nekaj do nekaj sto džulov.

Poleg tega je treba opozoriti na precej visoko občutljivost ionistorjev na temperaturo in omejen čas shranjevanja naboja - od nekaj ur do največ nekaj tednov.

Elektrokemične baterije

Elektrokemične baterije so bile izumljene na zori razvoja elektrotehnike, zdaj pa jih je mogoče najti povsod - od mobilnega telefona do letal in ladij. Na splošno delujejo na podlagi nekaterih kemijskih reakcij, zato jih lahko pripišemo naslednjemu razdelku našega članka - "Kemično shranjevanje energije". Ker pa ta točka običajno ni poudarjena, ampak je pozornost namenjena dejstvu, da baterije kopičijo elektriko, jih bomo obravnavali tukaj.

Praviloma, če je treba shraniti dovolj veliko energije - od nekaj sto kilojoulov ali več - se uporabljajo svinčeve baterije (primer je vsak avtomobil). Vendar pa imajo precejšnje dimenzije in, kar je najpomembneje, težo. Če je potrebna majhna teža in mobilnost naprave, se uporabljajo sodobnejše vrste baterij - nikelj-kadmijeve, kovinsko-hidridne, litij-ionske, polimer-ionske itd. Imajo veliko večjo specifično kapaciteto, vendar specifična stroški shranjevanja energije v njih veliko višji, zato je njihova uporaba običajno omejena na razmeroma majhne in stroškovno učinkovite naprave, kot so mobilni telefoni, fotoaparati in kamere, prenosni računalniki itd.

Pred kratkim so zmogljive litij-ionske baterije začeli uporabljati v hibridnih avtomobilih in električnih vozilih. Poleg manjše teže in večje specifične zmogljivosti za razliko od svinčevo-kislinskih omogočajo skoraj popoln izkoristek nazivne zmogljivosti, veljajo za bolj zanesljive in imajo daljšo življenjsko dobo, njihova energetska učinkovitost v polnem ciklu pa presega 90 %, medtem ko energetska učinkovitost svinčenih baterij lahko ob polnjenju zadnjih 20 % kapacitete pade na 50 %.

Tudi elektrokemične baterije (predvsem močne) po načinu uporabe delimo v dva velika razreda - tako imenovane vlečne in zagonske. Običajno lahko zagonska baterija precej uspešno deluje kot vlečna baterija (glavna stvar je nadzorovati stopnjo izpraznjenosti in je ne doseči do takšne globine, ki je sprejemljiva za vlečne baterije), vendar pri vzvratni uporabi prevelik tok obremenitve lahko zelo hitro onesposobi pogonski akumulator.

Pomanjkljivosti elektrokemičnih baterij vključujejo zelo omejeno število ciklov polnjenja in praznjenja (v večini primerov od 250 do 2000, ob neupoštevanju priporočil proizvajalcev pa veliko manj) in tudi v odsotnosti aktivne uporabe večina vrst baterij po nekaj letih se razgradijo in izgubijo svoje potrošniške lastnosti.

Hkrati življenjska doba mnogih vrst baterij ne poteka od začetka njihovega delovanja, temveč od trenutka izdelave. Poleg tega je za elektrokemične baterije značilna občutljivost na temperaturo, dolg čas polnjenja, včasih več desetkrat daljši od časa praznjenja, in potreba po upoštevanju metodologije uporabe (izogibanje globokemu praznjenju za svinčene baterije in, nasprotno, upoštevanje polnega cikla polnjenja in praznjenja za kovinske hidridne in številne druge vrste baterij). Tudi čas shranjevanja napolnjenosti je precej omejen - običajno od enega tedna do enega leta. Pri starih baterijah se ne zmanjša le kapaciteta, ampak tudi čas shranjevanja, oboje pa se lahko večkrat zmanjša.

Razvoj za ustvarjanje novih vrst električnih baterij in izboljšanje obstoječih naprav se ne ustavi.

Kemično shranjevanje energije

Kemijska energija je energija, »shranjena« v atomih snovi, ki se sprosti ali absorbira med kemijskimi reakcijami med snovmi. Kemična energija se sprosti v obliki toplotne energije med eksotermnimi reakcijami (na primer zgorevanjem goriva) ali pa se pretvori v električno energijo v galvanskih členih in baterijah. Za te vire energije je značilna visoka učinkovitost (do 98%), vendar nizka zmogljivost.

Kemične naprave za shranjevanje energije vam omogočajo prejemanje energije tako v obliki, iz katere je bila shranjena, kot v kateri koli drugi. Obstajajo sorte "gorivo" in "brez goriva". Za razliko od nizkotemperaturnih termokemičnih akumulatorjev (o njih bomo govorili malo kasneje), ki lahko shranjujejo energijo preprosto tako, da jih postavimo na dokaj toplo mesto, tukaj ne moremo brez posebnih tehnologij in visokotehnološke opreme, včasih zelo okorne. Zlasti, medtem ko pri nizkotemperaturnih termokemijskih reakcijah mešanica reaktantov običajno ni ločena in je vedno v isti posodi, so reaktanti pri visokotemperaturnih reakcijah shranjeni ločeno drug od drugega in se združijo le, ko je potrebna energija.

Akumulacija energije s tekočim gorivom

V fazi shranjevanja energije poteka kemična reakcija, zaradi katere se gorivo reducira, na primer vodik se sprosti iz vode – z direktno elektrolizo, v elektrokemičnih celicah s pomočjo katalizatorja ali s termično razgradnjo, npr. električni oblok ali visoko koncentrirana sončna svetloba. "Sproščeni" oksidant lahko zberemo ločeno (za kisik je to potrebno v zaprtem izoliranem objektu - pod vodo ali v vesolju) ali "odvržemo" kot nepotrebnega, saj bo v času uporabe goriva tega oksidanta povsem dovolj v okolju in ni treba izgubljati prostora in sredstev za njegovo organizirano skladiščenje.

Na stopnji pridobivanja energije se proizvedeno gorivo oksidira s sproščanjem energije neposredno v želeni obliki, ne glede na to, kako je bilo to gorivo pridobljeno. Na primer, vodik lahko takoj zagotovi toploto (ko zgori v gorilniku), mehansko energijo (ko se dovaja kot gorivo motorju z notranjim zgorevanjem ali turbino) ali elektriko (ko oksidira v gorivni celici). Takšne oksidacijske reakcije praviloma zahtevajo dodatno iniciacijo (vžig), kar je zelo priročno za nadzor procesa pridobivanja energije.

Ta metoda je zelo privlačna zaradi neodvisnosti stopenj akumulacije energije (»polnjenje«) in njene uporabe (»praznjenje«), visoke specifične kapacitete energije, shranjene v gorivu (desetine megajoulov na kilogram goriva) in možnost dolgoročnega skladiščenja (z ustrezno tesnostjo posod - več let). ). Vendar pa njegovo široko razširjenost ovirajo nepopoln razvoj in visoki stroški tehnologije, velika nevarnost požara in eksplozije na vseh stopnjah dela s takim gorivom in posledično potreba po visoko usposobljenem osebju pri vzdrževanju in upravljanju teh sistemov. Kljub tem pomanjkljivostim se po svetu razvijajo različne naprave, ki uporabljajo vodik kot rezervni vir energije.

Shranjevanje energije s termokemijskimi reakcijami

Že dolgo je splošno znana velika skupina kemijskih reakcij, ki v zaprti posodi pri segrevanju potekajo enosmerno z absorpcijo energije, pri ohlajanju pa v nasprotni smeri s sproščanjem energije. Takšne reakcije pogosto imenujemo termokemične. Energetska učinkovitost takšnih reakcij je praviloma manj kot pri spremembi agregatnega stanja snovi, vendar je tudi zelo opazna.

Takšne termokemične reakcije lahko obravnavamo kot nekakšno spremembo faznega stanja mešanice reagentov, težave pa so tukaj približno enake – težko je najti poceni, varno in učinkovito mešanico snovi, ki bi uspešno delovala na ta način. v temperaturnem območju od +20°C do +70°C. Vendar pa je ena podobna sestava znana že dolgo - to je Glauberjeva sol.

Mirabilit (alias Glauberjeva sol, alias natrijev sulfat Na2SO4 · 10H2O dekahidrat) se pridobiva kot rezultat elementarnih kemičnih reakcij (na primer, ko se natrijev klorid doda žveplovi kislini) ali se koplje v "končni obliki" kot mineral.

Kar zadeva shranjevanje toplote, najbolj zanimiva lastnost mirabilit je v tem, da ko se temperatura dvigne nad 32 ° C, se začne sproščati vezana voda, navzven pa je videti kot "taljenje" kristalov, ki se raztopijo v vodi, ki se sprošča iz njih. Ko temperatura pade na 32°C, se prosta voda ponovno veže na strukturo kristalnega hidrata – pride do »kristalizacije«. Najpomembneje pa je, da je toplota te reakcije hidratacije-dehidracije zelo visoka in znaša 251 kJ / kg, kar je opazno višje od toplote "poštenega" taljenja-kristalizacije parafinov, čeprav za tretjino manj kot toplota taljenja ledu. (voda).

Tako lahko hranilnik toplote na osnovi nasičene raztopine mirabilita (nasičene ravno pri temperaturah nad 32°C) učinkovito vzdržuje temperaturo pri 32°C z dolgim ​​virom akumulacije ali vračanja energije. Seveda je ta temperatura prenizka za popolno oskrbo s toplo vodo (prha s takšno temperaturo se v najboljšem primeru dojema kot "zelo hladna"), vendar je ta temperatura lahko povsem dovolj za ogrevanje zraka.

Kemično shranjevanje energije brez goriva

V tem primeru v fazi "polnjenja" nekatere kemikalije tvorijo druge, med tem procesom pa se energija shrani v nove nastale kemične vezi (na primer, gašeno apno se s segrevanjem prenese v stanje živega apna).

Pri "praznjenju" pride do povratne reakcije, ki jo spremlja sprostitev predhodno shranjene energije (običajno v obliki toplote, včasih dodatno v obliki plina, ki se lahko dovaja v turbino) - zlasti se zgodi točno to ko apno "gasimo" z vodo. Za razliko od gorivnih metod je za začetek reakcije običajno dovolj, da reaktante preprosto povežemo med seboj - dodatna iniciacija procesa (vžig) ni potrebna.

Pravzaprav je to nekakšna termokemična reakcija, vendar za razliko od nizkotemperaturnih reakcij, opisanih pri obravnavi naprav za shranjevanje toplotne energije in ne zahtevajo posebnih pogojev, tukaj govorimo o temperaturah več sto ali celo tisoč stopinj. Posledično se količina energije, shranjene v vsakem kilogramu delovne snovi, močno poveča, vendar je oprema mnogokrat kompleksnejša, zajetnejša in dražja od prazne. plastične steklenice ali preprosto posodo za reagent.

Potreba po porabi dodatne snovi - recimo vode za gašenje apna - ni bistvena pomanjkljivost (če je potrebno, lahko zberete vodo, ki se sprosti, ko apno preide v stanje živega apna). Toda posebni pogoji skladiščenja za to zelo živo apno, katerih kršitev je polna ne samo kemične opekline, ampak tudi z eksplozijo, to in podobne metode prenesejo v kategorijo tistih, ki se verjetno ne bodo uveljavile v življenju.

Druge vrste shranjevanja energije

Poleg zgoraj opisanih obstajajo tudi druge vrste naprav za shranjevanje energije. Vendar pa so trenutno zelo omejeni glede gostote shranjene energije in časa njenega shranjevanja ob visokih specifičnih stroških. Zato se medtem bolj uporabljajo za zabavo in njihovo delovanje v kakršne koli resne namene ne pride v poštev. Primer so fosforescentne barve, ki hranijo energijo iz močnega svetlobnega vira in nato svetijo nekaj sekund ali celo dolge minute. Njihove sodobne modifikacije že dolgo ne vsebujejo strupenega fosforja in so povsem varne tudi za uporabo v otroških igračah.

Superprevodni hranilniki magnetne energije jo hranijo v polju velike magnetne tuljave z enosmernim tokom. Po potrebi se lahko pretvori v izmenični električni tok. Nizkotemperaturni rezervoarji so hlajeni s tekočim helijem in so na voljo za industrijske obrate. Visokotemperaturni skladiščni rezervoarji, hlajeni s tekočim vodikom, so še v razvoju in bodo morda na voljo v prihodnosti.

Superprevodne magnetne naprave za shranjevanje energije so precejšnje velikosti in se običajno uporabljajo za kratek čas, na primer med preklopi. objavljeno

Altajska državna tehnična univerza

njim. I. I. Polzunova

Dopisna fakulteta

disciplina Netradicionalni viri energije.

Zadeva: Shranjevanje toplote

Preveril: V.V. Čertiščev

Barnaul 2007

Uvod

Poglavje 1. Fizične osnove za ustvarjanje hranilnika toplote

Poglavje 2. Tekoči toplotni akumulatorji

Poglavje 3. Toplotni akumulatorji s trdnim hranilnikom toplote.

Poglavje 4. Akumulatorji toplote na osnovi faznih prehodov.

Poglavje 5. Konstrukcija faznega prehoda TA.

Uvod

Zdaj je po vsem svetu razširjeno varčevanje s surovinami. Znanstveniki iz mnogih držav poskušajo rešiti ta problem. različne metode vključno z uporabo alternativnih virov energije. Sem spadajo takšne vrste, kot je uporaba vodnih virov majhnih rek, morskih valov, gejzirjev in celo industrijskih odpadkov in gospodinjskih odpadkov.

Obstaja pa problem ohranjanja prejete energije. Na primer, toplotno energijo, pridobljeno v solarni napravi za ogrevanje vode, lahko shranimo v hranilniku toplote in uporabimo ponoči.

Toplotni akumulatorji so človeštvu znani že od antičnih časov. To je vroč pepel, kamor so naši predniki zakopavali hrano za njihovo toplotno obdelavo, in vroče kamne, ki so jih segrevali na ognju. Likalnik, ki ga segrejemo nad ognjem in nato z njim likamo, je hranilnik toplote. Vroči kamni, ki jih v parnih prostorih polivamo z vodo (kvas, pivo), so tudi hranilnik toplote. Termični navijalniki las, ki jih skuhamo v vodi in nato z njihovo pomočjo naredimo lase, so tudi hranilniki toplote, in to povsem popolni, ki temeljijo na akumulaciji s taljenjem.

Torej se vsako telo segreje nad temperaturo okolju, lahko štejemo za hranilnik toplote. To telo je sposobno opravljati delo s hlajenjem, zato ima energijo.

Poglavje 1. Fizične osnove za ustvarjanje hranilnika toplote

Akumulator toplote je naprava (ali niz naprav), ki zagotavlja reverzibilne procese akumulacije, shranjevanja in proizvodnje toplotne energije v skladu z zahtevami potrošnika.

Procesi akumulacije toplote nastanejo s spreminjanjem fizikalnih parametrov materiala za shranjevanje toplote in z uporabo vezavne energije atomov in molekul snovi.

Na podlagi prvega zakona termodinamike za odprt sistem s konstantno kemijsko sestavo so lastnosti hranilnikov toplote odvisne od sprememb mase, volumna , tlak, entalpija in notranja energija materiala ter njihove različne kombinacije.

Glede na tehnično izvedbo se uporablja neposredni hranilnik toplote, kadar je hranilnik hkrati tudi hladilno sredstvo, posredni hranilnik z različnimi mediji za shranjevanje in prenos toplote ter različne vrste simbioze teh ohišij.

Sprememba entalpije materiala za shranjevanje toplote (TAM) se lahko pojavi tako s spremembo njegove temperature kot brez nje - v procesu faznih transformacij (na primer trdno - trdno, trdno - tekoče, tekoče - para).

Toplotni akumulatorji praviloma izvajajo več osnovnih procesov.

Na sedanji stopnji razvoja znanosti in tehnologije je mogoče izvesti skoraj vse znane principe akumulacije toplote. Ustreznost uporabe vsakega principa je določena s prisotnostjo pozitivnega učinka, predvsem ekonomskega, ki ga je mogoče doseči z minimalnimi stroški baterije. Določena je, ceteris paribus, z maso in prostornino materiala za shranjevanje toplote, ki je potreben za zagotovitev določenih procesnih parametrov.

V realnem procesu akumulacije toplote se zaradi toplotnih izgub, izravnave temperaturnega polja ter izgub pri polnjenju in praznjenju izkaže, da je gostota shranjene energije bistveno nižja od teoretične vrednosti. Razmerje med realnimi in teoretičnimi vrednostmi gostote shranjene energije določa učinkovitost hranilnika toplote.

Eden od ključni kazalci določanje možnosti in izvedljivosti hranilnika toplote je sposobnost sproščanja energije v količinah, ki jih zahteva porabnik. Z neposrednim shranjevanjem toplote je to skoraj vedno doseženo. Zmogljivost takšnih baterij je šibko odvisna od proizvedene moči, ki je določena s porabo TAM in je omejena le z zahtevami glede konstrukcije in moči.

Pri posrednem shranjevanju povečanje proizvedene moči poveča temperaturni gradient in TAM, kar vodi bodisi do povečanja površine izmenjave toplote bodisi do nepopolne porabe toplotne rezerve. V vsakem primeru se s tem zmanjša učinkovitost akumulacije.

Poglavje 2. Tekoči toplotni akumulatorji

Med najpreprostejšimi in najbolj zanesljivimi napravami za shranjevanje toplote so seveda tekoče HE, ki so povezane s kombinacijo funkcij materiala za shranjevanje toplote hladilne tekočine. Posledično se tovrstne baterije še posebej pogosto uporabljajo za domače namene, v tokokrogih različnih elektrarn (jedrske elektrarne, termoelektrarne, sončne itd.). Trenutno se uporablja več osnovnih modelov tekočih HE. Za dvotrupne HE je značilno ločeno skladiščenje tople in hladne šunke. Med postopkom polnjenja se eno ohišje napolni z vročim TAM, drugo pa se izprazni. Med delovanjem se vroča HAM dovaja potrošniku in po obdelavi vstopi v hladno telo HAM. Glavna prednost takšne zasnove HE je izotermnost vsakega od primerov in posledično odsotnost toplotnih napetosti in izgub v njih, energije za ogrevanje - hlajenje. Očitno je tudi, da je prostornina stavb izkoriščena neracionalno in je skoraj dvakrat večja od prostornine TAM-a. Takšna temeljna rešitev je smotrna pri veliki temperaturni razliki med toplim in hladnim

hladen TAM, še posebej v primerih, ko se uporablja fiziološki TAM in tekoče kovine.

riž. 2. Glavne vrste tekočih toplotnih akumulatorjev (linije so prikazane v načinu praznjenja): A- dvokrožni; b - večtrupni; c - premikanje; z- z drsno temperaturo TAM; 1 - vroče TAM; 2 - hladni TAM; 3– potrošnik; 4 - eno telo; 5 - nivo tekočine; 6 - vmesno hladilno sredstvo.

Za racionalnejšo uporabo volumna baterije je predlagana različica z več ohišji, ki uporablja več ohišij z vročim TAM in eno prazno (hladno) ohišje. Ko odvajanje napreduje, se to telo najprej napolni, nato pa se sproščajo vroča, ko se izpraznijo. To vodi do pojava toplotnih napetosti in toplotnih izgub v vseh primerih, razen v enem.

Volumen hranilnika toplote je najbolj racionalno izkoriščen v primeru uporabe enega samega ohišja, napolnjenega na začetku procesa z vročo HAM.

Med delovanjem se vroča HAM odvzame iz zgornjega dela HE, izrabljena hladna HAM pa se dovaja v spodnji del HE. Ta vrsta zbiralnika tekočine se imenuje izpodrivni akumulator. Zaradi razlike v gostotah vročih in hladnih tekočin je mogoče zagotoviti malo mešanja tekočine (učinek »termoklina«), zmanjša se učinkovitost uporabe izpodrivnih HE zaradi toplotnih izgub za mešanje in prevajanja toplote med volumni tople in hladne HAM, segrevanja trupov itd.

Toplotni akumulatorji te vrste se uporabljajo za tekočine z velikim koeficientom linearne ekspanzije.

pri posebne lastnosti TAM ali neprimernost uporabe TAM kot hladilne tekočine za potrošnika, se uporabljajo hranilniki toplote z drsno temperaturo (slika 2, G ).

V tem primeru je vmesni toplotni izmenjevalnik lahko nameščen tako v ohišju HE kot zunaj njega. Med postopkom polnjenja se TA ogreva bodisi z vmesnim hladilnim sredstvom bodisi z elektriko, med postopkom hlajenja pa se toplota odvaja v vmesnem toplotnem izmenjevalniku. Eden od značilnih primerov takšnega TA je "sončni ribnik", v katerem je izbira TAM nezaželena zaradi uničenja reverznega gradienta slanosti vode.

Zasnovo tekočega toplotnega akumulatorja v veliki meri določajo lastnosti materiala za shranjevanje toplote. Trenutno se najpogosteje uporabljajo voda in vodne raztopine soli, visokotemperaturna organska in organosilikonska hladila, staljene soli in kovine.

V delovnem temperaturnem območju 0...100 o C je voda najboljša tekoča HAM tako po naboru termofizikalnih lastnosti kot po ekonomskih kazalcih. Nadaljnje zvišanje delovne temperature vode je povezano z znatnim povečanjem tlaka, kar oteži zasnovo trupa in poveča njegove stroške. Za zagotavljanje nizkih obratovalnih tlakov TAM uporablja različna visokotemperaturna hladilna sredstva. Hkrati se pojavijo težave pri izbiri konstrukcijskih materialov za hranilnik toplote in sistem kot celoto, uporabi posebnih naprav, ki preprečujejo strjevanje HAM v vseh načinih delovanja, tesnjenju HH in številnih drugih.

Poleg tega je uporaba najpogostejšega izpodrivnega tipa HE povezana z nizom konstrukcijskih in obratovalnih ukrepov, ki zagotavljajo minimalne izgube energije.

Toplotni akumulator je naprava, namenjena akumulaciji toplotne energije za uporabo v hišah, zgradbah in industrijski proizvodnji.

Toplotni akumulator ali, kot ga včasih imenujejo, vmesni rezervoar ni nič drugega kot navaden sod (okrogel ali kvadraten). Toda ta sod ni preprost, ampak čaroben.

Lahko vam prihrani denar in ustvarja udobna temperatura v hiši. Najenostavnejša modifikacija hranilnika toplote ima dva izhoda na vrhu in dva na dnu. Kaj bi lahko bilo lažje? Mnogi so slišali za hranilnik toplote, vendar vsi ne vedo, kdaj in kako ga uporabiti, hkrati pa prihraniti pri ogrevanju.

Kdaj je koristno namestiti hranilnik toplote:

Imate kotel na trda goriva;

Grejete se na elektriko;

Za pomoč pri ogrevanju so dodani sončni kolektorji;

Možno je izkoriščanje toplote iz enot in strojev.

Najpogostejši primer uporabe hranilnika toplote je, ko se kot vir toplote uporablja kotel na trda goriva. Kdor je za ogrevanje doma uporabljal kotel na trda goriva, ve, kakšno udobje je mogoče doseči s takšnim ogrevalnim sistemom. Poplavljen - slečen, zgorel - oblečen. Zjutraj v hiši s takšnim virom toplote ne želite priplaziti izpod odeje. Zelo težko je uravnavati zgorevalni proces v kotlu na trda goriva, potrebno je ogrevati tako pri + 10C kot pri -40C. Zgorevanje in količina proizvedene toplote bosta enaki, le da je prav ta toplota potrebna na popolnoma različne načine. Kaj storiti? O kakšni učinkovitosti lahko govorimo, ko morate odpreti okna pri pozitivni temperaturi. O udobju ne more biti govora.

Shema namestitve kotla na trda goriva s toplotnim akumulatorjem je idealna rešitev za zasebno hišo, ko želite udobje in ekonomičnost. S takšno postavo stopite kotel na trda goriva, segrejete vodo v toplotnem akumulatorju in dobite toliko toplote, kot jo potrebujete. V tem primeru bo kotel deloval z največjo močjo in z najvišjo učinkovitostjo. Koliko toplote bo dal les ali premog, toliko bo shranjeno.

Druga možnost. Vgradnja hranilnika toplote z električnim kotlom. Ta rešitev bo delovala, če imate dvotarifni števec električne energije. Toploto hranimo po nočni tarifi, uporabljamo jo podnevi in ​​ponoči. Če se odločite za uporabo takšnega ogrevalnega sistema, je bolje poiskati hranilnik toplote z možnostjo namestitve električnega grelnika neposredno v sod. Električni grelec je cenejši od električnega kotla, material za vezavo kotla pa ni potreben. Minus dela na namestitvi električnega kotla. Si lahko predstavljate, koliko lahko prihranite?

Tretja možnost je, ko je sončni kolektor. Vso odvečno toploto lahko oddamo v hranilnik toplote. V demi-sezoni so odlični prihranki.

Izračun hranilnika toplote

Formula za izračun je zelo preprosta:

Q = mc(T2-T1), kjer je:

Q - akumulirana toplota;

m je masa vode v rezervoarju;

c - specifična toplotna kapaciteta hladilne tekočine v J / (kg * K), za vodo enaka 4200;

T2 in T1 - začetna in končna temperatura hladilne tekočine.

Recimo, da imamo radiatorski sistem ogrevanja. Radiatorji so izbrani za temperaturni režim 70/50/20. Tisti. ko temperatura v akumulatorskem rezervoarju pade pod 70C, nam začne primanjkovati toplote, torej preprosto zmrznemo. Izračunajmo, kdaj se to zgodi.

90 je naš T1

70 je T2

20 - sobna temperatura. V naših izračunih ga ne potrebujemo.

Recimo, da imamo hranilnik toplote za 1000 litrov (1m3)

Upoštevamo rezervo toplote.

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

1 kWh = 3600 kJ

84000/3600=23,3 kW toplote

Če je toplotna izguba doma 5 kW v mrzlem petdnevnem obdobju, potem imamo dovolj akumulirane toplote za skoraj 5 ur. V skladu s tem, če je temperatura višja od izračunane za hladno petdnevno obdobje, bo hranilnik toplote zadostoval za daljši čas.

Izbira prostornine hranilnika toplote je odvisna od vaših nalog. Če želite uravnati temperaturo, nastavite majhno glasnost. Če želite zvečer akumulirati toploto, da se zjutraj zbudite v topli hiši, potrebujete veliko enoto. Naj bo druga naloga. Od 2300 do 0700 - mora biti oskrba s toploto.

Recimo, da je toplotna izguba 6 kW, temperaturni režim ogrevalnega sistema pa je 40/30/20. Hladilno sredstvo v hranilniku toplote se lahko segreje do 90C

Čas zaloge 8 ur. 6*8=48 kW

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

48*3600=172800 kJ

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

Hranilnik toplote od 800 do 1000 litrov bo zadovoljil naše zahteve.

Prednosti uporabe hranilnika toplote v hiši z izolacijo

Če vaša stran nima nacionalnega bogastva - glavnega plina, je čas, da razmislite o pravem ogrevalnem sistemu. Najboljši čas je, ko se projekt šele pripravlja, najslabši čas pa je, ko že živite v hiši in ugotovite, da je ogrevanje zelo drago.

Idealna hiša za vgradnjo kotla na trda goriva in hranilnika toplote je stavba z dobro izolacijo in nizkotemperaturnim ogrevalnim sistemom. Boljša kot je izolacija, manj toplotnih izgub in dlje bo vaš hranilnik toplote vzdrževal udobno toploto.

Nizkotemperaturni ogrevalni sistem. Zgoraj smo navedli primer z radiatorji, ko je bil temperaturni režim 90/70/20. V nizkotemperaturnem načinu bodo pogoji - 35/30/20. Občutite razliko. V prvem primeru boste že, ko temperatura pade pod 90 stopinj, občutili pomanjkanje toplote. V primeru nizkotemperaturnega sistema lahko mirno spite do jutra. Zakaj bi bili neutemeljeni. Samo izračunajmo koristi.

Izračunali smo zgornjo metodo.

Varianta z nizkotemperaturnim ogrevalnim sistemom

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

231000/3600=64,2 kW. To je pri enaki prostornini hranilnika toplote skoraj trikrat več. S toplotno izgubo - 5 kW, je ta rezerva dovolj za celo noč.

In zdaj o financah. Recimo, da imamo nameščen hranilnik toplote z električnimi grelci. Shranjujemo po nočni ceni. Tenov moč - 10 kW. 5 kW gre ponoči za trenutno ogrevanje hiše, podnevi lahko shranimo 5 kW. Nočna cena od 23-00 do 07-00. 08:00.

8*5=40 kW. Tisti. podnevi bomo uporabljali nočno tarifo za 8 ur.

Od 1. januarja 2015 je na Krasnodarskem ozemlju dnevna tarifa 3,85, nočna 2,15.

Razlika je 3,85-2,15 \u003d 1,7 rubljev

40 * 1,7 = 68 rubljev. Znesek se zdi majhen, vendar ne hitite. Zgoraj smo podali povezave do izolirane in neizolirane hiše. Predstavljajte si, da ste naredili napako – hiša je zgrajena, ste že prestali prvo kurilno sezono in ugotovili, da je ogrevanje na elektriko zelo drago. Zgoraj smo navedli primer toplotne izgube v neizolirani hiši. V primeru je toplotna izguba 18891 vatov. To je na hladen delovni dan. Povprečje za kurilno sezono bo točno 2-krat manjše in bo znašalo 9,5 kW.

Zato za ogrevalno sezono potrebujemo 24 * 149 * 9,5 = 33972 kW

V rubljih 16 ur, 2/3 (22648) po dnevni stopnji, 1/3 (11324 kW) ponoči.

22648 * 3,85 = 87195 rubljev

11324 * 3,85 = 24346 rubljev

Skupaj: 111541 rubljev. Številka za vročino je preprosto grozljiva. Tak znesek lahko opustoši vsak proračun. Če ponoči shranjujete toploto, lahko prihranite. 38502 rubljev za ogrevalno sezono. Veliki prihranki. Če imate takšne stroške, je treba v paru z električnim kotlom postaviti kotel na trda goriva ali kamin z vodnim plaščem. Čas in želja je - vrgli so drva, shranili toploto v termo akumulatorju, ostalo pa dokončali z elektriko.

V izolirani hiši z hranilnikom toplote bo strošek ogrevalne sezone primerljiv s podobnimi neizoliranimi hišami, ki imajo plinovod.

Naša izbira, ko ni glavnega plina, je naslednja:

Dobro izolirana hiša;

nizkotemperaturni ogrevalni sistem;

Toplotni akumulator;

Kotel na trda goriva ali vodni kamin;

Električni kotel.

Če imate v hiši kotlovnico na trda goriva, se morate zavedati, da ta ne more delovati. za dolgo časa brez človeškega posredovanja. To je posledica potrebe po občasnem nalaganju drv v kurišče. Če tega ne storite pravočasno, se bo sistem začel ohlajati in temperatura v prostorih bo padla.

V primeru izklopa elektrike ob razgorevanju kurišča obstaja nevarnost vrenja vode v plašču opreme, kar povzroči njeno uničenje. Te težave lahko rešimo z vgradnjo hranilnika toplote. Opravlja tudi vlogo zaščite litoželeznih inštalacij pred pokanjem, ko pride do močnega padca temperature omrežne vode.

Uporaba hranilnika toplote v vsakdanjem življenju

Toplotna baterija je postala za mnoge sodobni sistemi nepogrešljiva naprava za ogrevanje. S tem dodatkom je možno zagotoviti akumulacijo odvečne energije, ki nastaja v kotlu in se običajno zapravlja. Če upoštevamo modele hranilnikov toplote, potem večina od njih izgleda kot jekleni rezervoar, ki ima več zgornjih in spodnjih šob. Na slednjo je priključen vir toplote, na prvo pa porabnike. V notranjosti je tekočina, ki jo lahko uporabimo za reševanje različnih težav.

Toplotni akumulator se v vsakdanjem življenju pogosto uporablja. Njegovo delovanje temelji na impresivni toplotni kapaciteti vode. Delovanje te naprave je mogoče opisati na naslednji način. Cevovod kotlovske opreme je priključen na zgornji del rezervoarja. V rezervoar vstopi vroča hladilna tekočina, ki se izkaže, da je maksimalno segreta.

Obtočna črpalka je na dnu. Zajema hladno vodo in jo vodi skozi ogrevalni sistem ter jo usmerja v kotel. Ohlajeno tekočino v kratkem času zamenja segreta. Takoj, ko kotel preneha delovati, se hladilna tekočina začne ohlajati v ceveh in cevovodih. Voda vstopi v rezervoar, kjer začne izpodrivati ​​vročo hladilno tekočino v cevi. Ogrevanje prostora se bo po tem principu še nekaj časa nadaljevalo.

Vloga hranilnika toplote

Toplotna baterija v vsakdanjem življenju lahko opravlja številne uporabne funkcije, med njimi:

• stabilizacija temperature v hiši;
• oskrba prostorov s toplo vodo;
• povečanje učinkovitosti sistema na največjo možno mero;
• zmanjšanje denarnih stroškov za gorivo;
• kopičenje odvečne energije iz kotla;
• združevanje več virov toplote v en krog;
• možnost ločevanja virov toplote.

Kaj še morate vedeti o značilnostih uporabe v vsakdanjem življenju

Do danes obstaja več metod za izračun prostornine rezervoarja. Kot kažejo izkušnje, je za vsak kilovat moči opreme potrebnih 25 litrov vode. Izkoristek kotla, ki predvideva potrebo po ogrevalnem sistemu s hranilnikom toplote, se dvigne na 84%. Vrh zgorevanja je izravnan, zaradi česar se prihranijo viri energije v višini do 30%.

Toplotni akumulator zagotavlja ohranjanje temperature zaradi zanesljive toplotne izolacije iz penastega poliuretana. Poleg tega je možno namestiti grelne elemente, ki po potrebi omogočajo ogrevanje vode.

Ko potrebujete hranilnik toplote

Hranilnik toplote je potreben, ko je potreba po vodi velika. Ta primer velja za koče z več kot 5 osebami.

Hranilnik toplote je potreben tudi v tistih hišah, kjer sta dve kopalnici. Pri uporabi kotlov na trda goriva je potreben tudi hranilnik toplote. Opisane naprave olajšajo delovanje opreme v urah visokih obremenitev, zbirajo odvečno toploto in odpravljajo vrenje. S pomočjo takšne naprave lahko povečate čas med zavihki goriva.

Druge vrste hranilnikov toplote

Lahko se uporablja tudi hranilnik toplote za avto. Je termovka, ki omogoča enostaven zagon motorja, ko nizke temperature. Ta naprava kopiči in oddaja toploto. Deluje avtonomno in skoraj ne zahteva uporabe dodatne energije. Načelo njegovega delovanja je, da se antifriz segreje iz delujočega motorja na 90 ° C, in če ga položite v termo akumulator, bo ostal vroč še dva dni.

Pred zagonom hladnega motorja bo moral potrošnik vklopiti električno črpalko, ki bo črpala tekočino v motor. Po nekaj minutah se bo motor ogrel, kar pomeni, da ga lahko povežete z avtoalarmom.

Izumili so tudi hranilnik toplote za rakete zemlja-zrak. Vzpostavljena je bila njegova proizvodnja, ki je uspela povečati učinkovitost zračne obrambe. Danes se hranilniki toplote na žalost lahko uporabljajo za ustvarjanje miniranih vozil, ki se upravljajo na daljavo.

Izdelava hranilnika toplote z lastnimi rokami

večina preprost model baterijo lahko izdelate neodvisno, medtem ko se morate držati načel termosa. Zaradi sten, ki ne prevajajo toplote, bo tekočina še dolgo ostala vroča. Za delo morate pripraviti:

• viski;
• betonska plošča;
• toplotnoizolacijski material;
• bakrene cevi ali grelni elementi.

Pri izdelavi je treba pri izbiri rezervoarja upoštevati želeno prostornino, začeti naj bi od 150 litrov. Lahko vzamete kateri koli kovinski sod. Če pa izberete glasnost, ki je manjša od omenjene, se pomen izgubi. Posoda je pripravljena, prah in ostanki so odstranjeni iz notranjosti, mesta, kjer se je začela tvoriti korozija, je treba ustrezno obdelati.

Metodologija dela

Na naslednji stopnji je potrebno pripraviti grelec, ki ga bo treba oviti okoli soda. On bo odgovoren za ogrevanje. Mineralna volna je odlična za domačo gradnjo. Z zunanje strani se rezervoar ovije okoli njega, nato pa se celotna konstrukcija zaščiti z lepilnim trakom. Poleg tega je lahko površina prekrita s folijo ali kovino.

Pri uporabi hranilnika toplote za ogrevanje je pomembno zagotoviti, da se voda v notranjosti ogreva, za to se običajno uporablja ena od obstoječih metod. To je lahko namestitev električnih grelnih elementov ali tuljave, skozi katero se bo sproščala voda. Prve možnosti ne moremo imenovati varne, poleg tega jo je precej težko izvesti, zato jo je bolje zavrniti. Lahko pa naredite tuljavo iz bakrene cevi, katere premer se giblje od 2 do 3 cm.

Dolžina izdelka je lahko enaka meji od 8 do 15 mm. Iz cevi je sestavljena spirala, ki jo je treba namestiti v posodo. V tem modelu bo baterija zgornji del sodi. Spodaj je potrebno postaviti še eno podružnico, ki bo uvodna. Skozi bo tekla hladna voda. Odcepne cevi je treba dopolniti s pipami.

Na tej točki lahko domnevamo, da je preprosta naprava za shranjevanje toplote pripravljena za delovanje, vendar je najprej treba rešiti vprašanje požarne varnosti. Takšna instalacija naj bo postavljena na betonsko ploščo, po možnosti je ograjena s stenami.

Zaključek

Toplotni akumulator za raketo je naprava, ki je daleč od razumevanja navadnega potrošnika. Toda hranilnik toplote za ogrevalni sistem lahko enostavno priključite sami. Da bi to naredili, bo moral skozi rezervoar potekati povratni cevovod, na koncih katerega sta predvidena izhod in vhod.

Na prvi stopnji je treba rezervoar in povratni vod kotla povezati med seboj. Med njimi je obtočna črpalka, ki bo destilirala hladilno tekočino iz soda do zapornega ventila, grelnikov in ekspanzijske posode. Na drugi strani sta nameščena obtočna črpalka in zaporni ventil.

Vir fotografij - spletno mesto http://www.devi-ekb.ru

Z uporabo hranilnika toplotne energije je mogoče stroškovno učinkovito prestaviti porabo gigavatov energije. Toda danes je trg takih pogonov katastrofalno majhen v primerjavi s potencialom. Glavni razlog je v tem, da so proizvajalci na začetni stopnji nastanka sistemov za shranjevanje toplote posvečali malo pozornosti raziskavam na tem področju. Kasneje so proizvajalci v iskanju novih spodbud privedli do dejstva, da se je tehnologija poslabšala, ljudje pa so začeli napačno razumeti njene cilje in metode.

Najbolj očiten in objektiven razlog za uporabo sistema za shranjevanje toplote je učinkovito zmanjšanje količine denarja, porabljenega za porabljeno energijo, poleg tega so stroški energije v konicah veliko višji kot v drugih časih.

Miti o sistemih za shranjevanje energije

Mit 1. Redka uporaba takih sistemov

Trenutno so sistemi za akumulacijo (akumulacijo) toplotne energije široko zastopani na trgu in mnogi jih aktivno uporabljajo. Odličen primer, ki dokazuje vrednost shranjene energije, so grelniki vode za gospodinjstvo, kjer se tak sistem imenuje "off-peak cooling system". Za takojšnje ogrevanje vode je potrebnih približno 18 kW, vendar imajo najmočnejši grelci grelne elemente z močjo 4,5 kW. Zato je za kabliranje potrebno 4-krat manj infrastrukture in s tem manjša poraba energije.

Nihče ne vgrajuje grelnikov, ki bi v trenutku porabili največjo izračunano obremenitev, enaka praksa velja za klimatsko napravo. Poleg tega se vgradnja sistema s hladilnikom običajno zmanjša za 40-50 % (zmanjšanje infrastrukture).

Mit 2. Sistemi za shranjevanje toplote zavzamejo veliko prostora

Se vračate k običajnemu grelniku vode? Ali zavzame veliko prostora v vašem domu?

Poleg tega se praviloma uporablja sistem z delnim hranilnikom toplote, ki zagotavlja približno tretjino potrebne moči, zato takšna namestitev zavzame malo prostora.

Mit 3. Takšni sistemi so preveč zapleteni

Običajni grelnik vode ima preprosto zasnovo. Vsebuje grelec, katerega moč je nižja od moči, ki zagotavlja maksimalne obremenitve, in se vklopi v trenutku, ko vstopna temperatura pade pod 95% nastavljene.

Rezervoar tega sistema je preprost primer hranilnika toplote, ki nima gibljivih delov. Sistemi z delno obremenitvijo ne morejo odpovedati, ker nimajo možnosti naključne nastavitve visoke porabe energije. Večji hladilni sistemi izven obremenitve imajo bolj zapletene krmilne strukture, zato je lahko z njimi veliko težav, načrtovalec pa se bo moral zelo potruditi, da bo zasnoval učinkovit sistem z znatnimi prihranki sredstev.

Mit 4. Pomanjkanje redundance (rezerve) z delnim shranjevanjem energije

Praktično kateri koli hladilni sistem izven obremenitve je sposoben izpolniti enako redundanco kot običajen sistem z enakimi stroški.

Mit 5. Veliki kapitalski stroški

Aktualne cene opreme je težko dobiti, saj jih proizvajalci neradi objavljajo. Čeprav številne študije kažejo nizke cene sistema. Izračunajmo približne stroške sistema, pri čemer kot ceno na enoto uporabimo približne stroške 256 USD na kilovat hlajenja, kar bo dalo približne stroške namestitve celotnega sistema:

Sistem ne uporablja shranjevanja energije:

3 hladilniki z zmogljivostjo 1400 kW x 256 $ / kW ≈ 1.080.000 $.

Sistem z delnim shranjevanjem toplote:

2 hladilnika 1400 kW x 256 $/kW ≈ 720.000 $.

12.300 kWh sistem za shranjevanje ledu x 28 $/kWh ≈ 350.000 $.

Skupni stroški sistema: ≈ 1.070.000 $.

Nekatere lastnosti opreme in njena lokacija v sistemu lahko privedejo do dodatnih kapitalskih stroškov, vendar lahko takšni sistemi zlahka konkurirajo glede stroškov.

Mit 6. Varčevanje z energijo ni predvideno

Pri analizi prihrankov je treba upoštevati tako energijo, ki se porabi v stavbi, kot energijo, ki se porabi na viru njene proizvodnje v elektrarni. Večina energetsko učinkovite opreme je zasnovana tako, da zmanjša porabo energije, hkrati pa ne skrajša časa njene uporabe. Hladilni sistemi izven konic varčujejo z energijo tako, da jo premaknejo "izven števca". Verjetnost prihranka je 50/50.

Mit 7. Tarife električne energije se lahko spremenijo, kar lahko povzroči ne le pomanjkanje prihrankov, ampak tudi povečane stroške

Seveda so spremembe tarif neizogibne, vendar pogoji in poraba energije ostajajo nespremenjeni.

Lahko upamo, da se bodo dnevne in nočne obremenitve nekoč izenačile, vendar se to verjetno ne bo zgodilo, zato bo pomembna razlika v tarifah obstajala še vrsto let.

Dokaj dobro znan sistem akumulacije toplote danes je sistem "topla tla", v katerem se kabel vlije z estrihom 5 cm, vendar malo ljudi ve, da bo povečanje estriha na 10-15 cm pomagalo ne le zmanjšati stroške, ampak sproži tudi proces akumulacije toplote.

Prej so za akumulacijo toplote uporabljali "toplotne puške", ki niso ogrevale prostora v bližini neposredne prisotnosti ljudi, poleg tega pa so kurile kisik. Kabelski ogrevalni sistemi ne omogočajo le učinkovite akumulacije toplote, ampak tudi ustvarjajo udobno mikroklimo v prostoru.

Eden od razlogov za znatne prihranke je bila tudi uvedba novih tritarifnih števcev električne energije, vendar le redkokdo nima možnosti ogrevanja ponoči. Uporaba kabelskega sistema v kombinaciji s 5 cm estrihom omogoča hitro segrevanje kabla, hkrati pa tudi hitro ohlajanje. To pomeni, da je proces cikličen. Povečanje estriha na 10-15 cm vam omogoča, da ohranite toploto dlje, kar pomeni, da se čas cikla poveča na nekaj ur.