Энергосберегающие технологии Системы теплоснабжения Развитие нетрадиционной энергетики Устройство ветроэлектрической установки Солнечные коллекторы Активные гелиосистемы отопления зданий. Геотермальная энергия

Проектирование аккумуляторов теплоты

Аккумулятором теплоты называется устройство (или совокупность устройств), которые обеспечивают процессы накопления, сбережения и передачи тепловой энергии в соответствии с требованиями потребителя.

Изменение энтальпии теплоаккумулирующего материала может происходить как с изменением его температуры, так и без него в процессе фазовых превращений.

В зависимости от технического проекта реализации различают прямое и непрямое аккумулирование теплоты. В первом случае аккумулирующий материал является одновременно и теплоносителем, во втором – для теплоаккумулирования и теплопередачи служат различные материалы.

На практике используют твердые, расплавленные, жидкие, паровые, термохимические, теплоаккумулирующие материалы.

Тепловые аккумуляторы с твердыми материалами нашли наибольшее применение. При этом используются дешевые материалы: щебень, цеолит, отходы строительных материалов. К твердым теплоаккумулирующим материалам (ТАМ) относят также грунт. Основные физические характеристики твердых теплоаккумулирующих материалов – приведены в табл. 4.1.

Таблица. 4.1

Основные физические свойства твердых

теплоаккумулирующих материалов

Теплоаккумулирующий материал

Плотность кг/м3

Удельная теплоемкость, кДж/(кг∙К)

Теплопроводность, Вт/(мК)

Температуропроводность х10-6 м2/с

Щебень

2500-2800

0,92

2,2-3,5

0,81-1,5

Цеолит

390

0,92

2,1

2,5

Бетон

1900-2000

0,84

1,2-1,3

0,76

Шамот

1,83-2,2

1,1-1,3

0.6-1.3

0,21 -0,65

Чугун

6600-7700

0,5-0,54

30-60

8-18

Кирпич красный

1700-1800

0,88

0,7-0,8

04

Песок**

1460-1600

0,8-1,5

0,3-2,0

_

Грунт**

1500-1900

0,84-1,2

0,28-1,5

**Свойства зависят от влажности. Следует рассматривать как дополнение к основному проекту (при проектировании систем теплоснабжения, использующих энергию ветра, солнечную энергию и др.).

Жидкие ТАМ относятся к числу наиболее простых и надежных устройств аккумулирования теплоты. В качестве ТАМ используются вода и растворы солей и металлов. Вода при давлении 0,1 МПа имеет следующие теплофизические показатели: плотность – 1,0-0,98 кг/м3, удельная теплоемкость – 4,19 кДж/ (кг∙К), теплопроводность – 0,64 Вт/ (м∙К).

Паровые аккумуляторы включают при достижении температуры насыщения жидкости и образовании паровой подушки над ней. Как правило, теплоносителем является вода или пар.

Использование термохимического аккумулирования теплоты основывается на принципе возникновения химического потенциала в результате обратной химической реакции в неравновесном состоянии. Химический потенциал можно накапливать для превращения в другие виды энергии.

В качестве ТАМ используются газовые гидраты, гидраты металлов, цеолиты и др.

В сельском хозяйстве, как правило, используют твердые и жидкие теплоаккумулирующие металлы.

Аккумуляторы накапливают теплоту в период минимальной потребности в энергии и отдают её в период максимальной потребности, что приводит к повышению эффективности всей установки. Кроме того, использование ТАМ приводит к меньшему загрязнению окружающей среды. Технологические процессы в перерабатывающих областях и в сельском хозяйстве характеризуются большой неравномерностью энергопотребления. Кроме того, в сельскохозяйственном производстве существенна разница в потреблении энергии в зимнем и летнем периодах. В этих случаях системы ТАМ стабилизируют работу энергоустановок.

Использование возобновляемых источников энергии также требует применения ТАМ. Это содействует повышению эффективности энергетических установок на 30-40 %. При этом энергия возобновляемых источников используется максимально.


Проектирование активных систем солнечного горячего водоснабжения