Обзор нетрадиционной энергетики и теплоэнергетики

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

Расчет основных показателей ТАМ Исходными данными расчета являются: массовый расход теплоносителя G, кг/с; промежуток времени протекания теплоносителя τ, с; масса Мm теплоаккумулирующего материала, кг; температура, теплоносителей tг вых на выходе из аккумулятора и горячего tх вх на входе в аккумулятор. Кроме того, должны были заданы тип ТАМ и вид теплоносителя.

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.


На главную