Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Заключение
Повышение эффективности теплогенерирующих установок за счет утилизации теплоты, использования энергии возобновляемых источников, ее аккумулирование и последующее использование в системах отопления и ГВС в моменты «пиковой нагрузки», является актуальной задачей, стоящей перед наукой и промышленными предприятиями.
Тепловые аккумуляторы позволяют оптимизировать энергопотребление. Можно выбрать режим работы энергетической установки (котел) при максимальном КПД ее работы. В большинстве случаев, это режимы с избытком энергии, который можно направить на зарядку теплового аккумулятора. При отключенном котле, обогрев помещения будет происходить от заряженного аккумулятора. Тоже происходит при наличии устройств возобновляемых источников энергии, например, солнечных коллекторов. Летом, Солнце восходит в рано утром, а потребление тепловой энергии, для ГВС начинается обычно в 7–8 утра. Тепловая солнечная энергия раннего утра может быть заряжена в тепловом аккумуляторе и использована по мере необходимости в более позднее время.
По типу процесса аккумулирования энергии в тепловых аккумуляторах различают:
■ тепловое аккумулирование энергии твердыми и жидкими телами за счет изменения температуры вещества – однофазная, емкостная аккумуляция;
■ тепловое аккумулирование энергии посредством использования теплоты фазового перехода;
■ термохимическое аккумулирование тепловой энергии.
Тепловые емкостные аккумуляторы, нашли широкое применение в народном хозяйстве. В них используются различные дешевые теплоаккумулирующие материалы, например, вода. Агрегатное состояние ТАМ в них не меняется во всем рабочем диапазоне. Зарядка и разрядка характеризуется исключительно переменной температурой. Данный тип ТА имеет низкую эффективность. Низкая теплоемкость ТАМ данного типа компенсируется большим объемом устройства. Однако, большие размеры ТЕА, необходимые для обеспечения разрядки в течение 5–7 часов для помещений более 100 квадратных метров, приводят к трудностям монтажа и эксплуатации этих систем. Стоимость таких устройств из-за большого размера, также достаточно велика.
Второй тип устройств – аккумуляторы теплоты фазового перехода, основан на использовании обратимого процесса фазового перехода плавление – затвердевание. В качестве ТАМ для этих устройств, применяются материалы с изменяющимся фазовым состоянием в диапазоне температур эксплуатации системы. Конструкции ТА данного типа более сложные и дорогие, но в них на единицу объема запасается больше энергии, чем для тепловых аккумуляторов первого типа, причем процесс зарядки и разрядки в них происходит в очень узком диапазоне температур.
Наиболее пригодными для низкотемпературных АФП считаются парафины. Достоинства парафинов:
– большая теплота фазового перехода;
– отсутствие эффекта переохлаждения;
– низкий коэффициент вязкости;
– парафин, в жидком состоянии неполярная жидкость и поэтому не смешивается с полярными, такими как вода и спирт.
– низкая электропроводность;
– долговечен и стабилен при циклическом изменении агрегатного состояния;
– температура воспламенения выше 250 °С;
– стабильность при нагреве до 250 °С;
– не кипит, нет опасности возникновения высокого давления пара даже при высоких рабочих температурах;
– экологически безвреден;
– не токсичен, не вреден для здоровья;
– являются коррозионно устойчивыми материалами.
Плотность термических парафинов в жидком состоянии колеблется от 750 до 850 кг/м3 и в твердом от 800 до 900 кг/м3. Перечисленные свойства парафина делают его идеальным материалом для различных приложений, связанных с низкотемпературной аккумуляцией теплоты.
Главным и существенным недостатком парафинов – низкий коэффициент теплопроводность в твердой фазе и изменение плотности при фазовом переходе.
Если рассматривать эффективный диапазон изменения рабочих температур ТА, то мощность водяного ТАМ при объеме кубический метр, составляет 23 кВт, а парафинового, 52 кВт. Разница в 2,26 раза.
В низкотемпературных ТА также используют кристаллогидратные термо аккумулирующие материалы. К важному недостатку данных ТАМ можно отнести их повышенную коррозионную активность, к преимуществам – более высокие показатели удельные мощностные характеристики.
Третий способ аккумулирования тепловой энергии термохимический. Он основан на использовании обратимых химических реакций и позволяет запасать тепловой энергии на единицу массы больше, чем в первых двух случаях, но сложен в реализации в системах отопления и ГВС, в настоящее время, практически, не применяется.
Бойлеры косвенного нагрева имеют конструктивные сходства с тепловыми аккумуляторами и отличия.
Общее:
– одинаковое конструктивное решение, состоящее из емкостного бака, теплоизоляции, внутреннего теплообменника, патрубков подключения, магниевого анода, узлов контроля и управления;
– внешний источник энергии в виде нагретого теплоносителя.
Различия:
– в качестве аккумулирующего материала в БКН применяется только вода, качество которой соответствует сантехническим нормам «Питьевая вода», поскольку назначение БКН подготовка воды для ГВС конечного потребителя. В тепловых аккумуляторах может быть любой теплоаккумулирующий материал. Все бойлеры косвенного нагрева – емкостного типа с внутренним теплообменником;
– уровень рабочего и испытательного давлений воды в БКН соответствует требуемому СНИП давлениям систем ГВС, в то время, как тепловые аккумуляторы могут быть безнапорными и иметь атмосферное рабочее давление;
– объем БКН определяется количеством точек разбора горячей воды (душевые, кухни) в помещении и количеством жителей, проживающих в нем. БКН имеют значительно меньший объем, чем ТА;
– БКН имеют меньшую толщину термоизоляции корпуса, поскольку нет необходимости хранить тепловую энергию длительное время. Объем БКН относительно небольшой и температура в нем может быть восстановлена достаточно быстро;
– БКН занимают значительно меньше места, чем ТА, выполняются в настенном и напольном вариантах, размещаются в кухнях, ванных, туалетах. К их внешнему виду, из-за места их размещения, предъявляются более высокие требования.
Можно сказать, что бойлер косвенного нагрева, это специализированное применение теплового аккумулятора для подготовки воды в системе горячего водоснабжения конечного потребителя.
Учебное пособие «Комбинированные тепловые гелиосистемы. Часть 2. Тепловые аккумуляторы, бойлеры косвенного нагрева для индивидуальных и децентрализованных систем отопления и горячего водоснабжения» предназначено для помощи в изучении и создании высокоэффективных энергосберегающих систем отопления и ГВС».