Накопители тепловой энергии
Ardenergy.ru

Канализация и водоснабжение

Накопители тепловой энергии

Накопитель энергии

Накопитель энергии – устройство, с которым большинство из людей постоянно сталкивается в быту. Всем знаком аккумулятор мобильного телефона, автомобиля, пальчиковые батарейки, которые не предусматривают повторной зарядки. Однако понятие энергетического накопления гораздо шире представлений среднестатистического индивидуума. Есть множество теорий, футуристических проектов и изысканий. Но интересно посмотреть, что реально может накапливать энергию и уже используется в самых разных областях деятельности человека.

Потенциальная энергия

Самый неочевидный накопитель собирает показатель потенциала, поднятого на высоту тела. Это устройство знакомо многим. Часы-ходики с массивными грузиками используют именно физический потенциал. Пока одна из гирь опускается, механизм работает. Для накопления запаса энергии требуется завести часы – переместить грузы определенным способом. Другие аккумуляторы потенциала работают не таким очевидным способом.

Гидроэлектростанции

Гидроэлектростанция – самый большой энергетический накопитель потенциального типа. Работает это следующим образом:

  • главная часть гидроэлектрической станции – огромная плотина. Она замыкает большую территорию, создавая водохранилище, которое наполняется рекой или другим источником воды;
  • в основании железобетонной стены станции находится основное инженерное решение для производства электричества. Падающая с большой высоты вода преобразует свою потенциальную энергию в кинетическую;
  • при воздействии потока воды на лопатки турбины кинетика преобразуется в электричество.

Гидроэлектростанции классического типа, а точнее, их водохранилища – накопители энергии потенциального типа. Этот источник относится к возобновляемому. Поток воды постоянно пополняет искусственное озеро, при этом предусмотрены методики отвода жидкости в период, когда объем водохранилища на максимуме, а потребности в производстве электричества нет.

Энергетические накопители потенциального типа несколько другого принципа действия используются в аккумулирующих резервуарах гидроэлектростанций. Такой тип инженерных решений относится к вспомогательному и применяется в совокупности с другим источником. Часто – в солнечных электростанциях, построенных в местностях с мягким климатом. Работает все следующим образом:

  • в период максимальной солнечной активности электроэнергия, которую производит солнечная станция, не нужна, потребности городов и энергосети, в общем, малы;
  • электричество направляется на работу насосов, которые закачивают воду в огромный искусственный резервуар;
  • в темное время суток, если нужно направить дополнительный поток электрической мощности в общую систему, включается механика гидроэлектростанции. Потенциал накопленной воды используется для работы турбин.

Станции, которые используют накопители энергии воды, становятся все более популярными. К достоинствам такого решения относится способность не только полностью использовать мощности основного производителя, но и гарантировать круглосуточный режим отдачи электричества в общую сеть.

Существуют и решения, оперирующие твердым грузом. К ним относятся системы, построенные на простой идее:

  • во время работы солнечных батарей или ветрогенераторов излишек их мощности направляется на двигатели, которые перемещают вагоны по рельсовому пути вверх, по наклонной поверхности;
  • в то время, когда солнца или ветра нет, тележки двигаются вниз, на их осях расположены генераторы, производящие электричество.

Достоинств у механического решения предостаточно. Здесь малые требования к мощности двигателей, используемых для подъема груза. Для перекачки воды нужно несравненно большие величины как токов, так и давления.

Накопители потенциальной энергии имеют одно неоспоримое достоинство: запасенное можно хранить практически без потерь крайне долго. Потери воды в огромном резервуаре из-за испарения почти незаметны, а если идет речь о поднятии груза, его легко зафиксировать механически в верхней точке.

Недостаток сбора потенциальной энергии также очевиден. Чтобы получить промышленные объемы использования или долговременную работу устройства в быту, нужно или оперировать огромными массами, так сказать, энергоносителя, или гарантировать низкое потребление преобразованной энергии.

Накопители тепловой энергии

Тепловые накопители – распространенные устройства. Самый знакомый рядовому потребителю – электрический нагревательный котел. Он накапливает тепло, которое затем используется для бытовых нужд, отопления.

Менее понятный класс – тепловые накопители энергии, выполняющие роль стабилизаторов. К ним относятся:

  • водонагреватели, построенные на вторичной схеме передачи тепла;
  • расширительные емкости солнечных коллекторов, которые не допускают перегрева теплоносителя и стабилизируют режим работы батареи;
  • теплоаккумулятор может строиться на принципе фазового перехода. Расплав нагревается до высокой температуры, при этом теплоноситель переходит из твердого состояния в жидкое.

Проблем у накопителей тепловой энергии достаточно много. К примеру:

  • энергию нужно использовать быстро. С течением времени содержимое накопителя просто теряет энергию, отдавая ее в окружающую среду;
  • построенные на фазовом переходе накопители сложны в эксплуатации. Здесь наблюдается изменение объема: если жидкость переводят в пар, приходится бороться с огромным давлением.

Современные системы тепловой защиты позволяют долго сохранять характеристики накопителя тепловой энергии. Но здесь играет роль баланса стоимости защиты и целевого использования энергии. Поэтому накопители тепла идеальны в роли компенсаторов. В это же время их эффективность в качестве мощного источника энергии со стабильными показателями отдачи весьма спорна.

Аккумуляторы энергии сжатого газа

Пневматический инструмент, газопоршневые генераторы, небольшие кары – вот краткий список устройств, которые используют энергию сжатого газа. Устройство накопителя энергии знакомо практически всем. Это надежная, прочная колба из стали, в которую под огромным давлением закачивается газ.

Уровень выхода энергии накопителя сжатого газа нестабилен. Он велик, пока давление внутри баллона близко к максимуму. И снижается по мере расходования газа. Для стабилизации выхода используются редукторы. Они обеспечивают постоянное давление на выходе, что не только создает оптимальные условия работы потребителя, но и продлевает срок эффективного расходования запаса газа.

Накопители энергии сжатого газа применяются и в роли компенсаторов. Стабилизация работы компрессора производится при помощи расширительной емкости. В нее закачивается газ основным двигателем, поддерживается конкретное давление. При использовании энергии пневмоинструментом, компрессор может включаться периодически, поддерживая стабильное состояние системы. Основная мощность поступает именно из накопителя, расширительного баллона, совмещенного с редуктором.

Главное достоинство аккумулятора сжатого газа – простота манипулирования. Соблюдается некий термический баланс, когда в режиме компенсатора выделенное тепло при сжатии газа соответствует количеству энергии при расширении рабочего тела. К другому плюсу относится надежность инженерного решения. Прочность баллона такова, что он может заправляться неоднократно, служить на протяжении десятков лет. Третий плюс – при наличии надежной перекрывающей арматуры или запайки емкости, газ может сохранять свои параметры и энергетику очень долго.

Накопители электрической энергии

Аккумуляцию электроэнергии можно проводить разными способами. Сегодня к самым распространенным и широко используемым средствам относятся конденсатор, ионистор, химические преобразователи, накопители заряда активных частиц.

Конденсатор

Данный класс аккумулятора электрической энергии – знакомое всем устройство, конструкцию, так называемой, лейденской банки проходят еще в школьном курсе физики. Заряд накапливается на двух пластинах. Современные конденсаторы имеют прокладку, изготовленную из полимера с высокими показателями пробоя. Это позволяет:

  • накапливать большое количество энергии;
  • работать большими значениями напряжения;
  • гарантировать безопасность использования;
  • обеспечить малые размеры накопителя.

Соединенные параллельно элементы позволяют построить батарею с нужным показателем емкости. Данный тип накопителя не может сохранять энергию долго без потерь. К тому же, собирается ее довольно мало. Но при малом потреблении конденсатор может быть достаточно эффективен. Сегодня именно такие накопители используют в аварийных светодиодных лампах.

Во время питания конденсатор заряжается, при отсутствии энергоснабжения светильник работает в течение получаса, чтобы люди могли принять меры к устранению причин перебоя, лечь спать или перевести оборудование в режим консервации.

Ионистор

Ионисторы, или, как их еще называют, суперконденсаторы, используют несколько другую схему накопления энергии. Здесь заряд распределяется в объеме рабочего тела в виде заряженных частиц. В результате достигаются огромный (по сравнению с конденсаторами) срок хранения энергии и емкость, но наблюдается крайняя чувствительность к температуре. Чем ниже температура рабочей среды, тем меньше отдача тока от накопителя энергии.

Аккумуляторы химического преобразования

Электрохимическая ячейка – основа большинства автомобильных, мотоциклетных и других привычных типов аккумуляторов. Схема работы накопителя проста:

  • в результате взаимодействия пластины металла и кислоты образуются заряженные ионы;
  • в ходе работы соли осаждаются на пластине из катализатора;
  • по мере понижения насыщенности электролита аккумулятор истощается – уровень выдачи энергии снижается.

При зарядке происходит обратный процесс. Электролиз восстанавливает показатели электролита, переносит металл на пластину-донор. Достоинств у электрохимического аккумулятора множество. Можно получить стабильный и высокий выходной ток, что ценно для пуска мощного оборудования. Легко создать устройство с высокой емкостью, полезное для долгой работы различного оборудования.

Читать еще:  Нужно ли изолировать полипропиленовые трубы?

К недостаткам электрохимической ячейки классического типа относится конечное число циклов заряда-разряда. Некоторое количество солей металла становятся инертными, пластины приходят в негодность, истощается электролит. Данные недостатки в большой степени нейтрализованы в гелевых батареях. Этот современный источник энергии содержит коллоидный электролит. В нем лучше проходят процессы образования ионов. Но есть и недостаток – повышается чувствительность к температуре. При ее понижении гель твердеет, показатель отдачи тока падает.

В качестве заключения

Накопители разного типа энергии можно рассматривать очень долго. Это механические – различные пружины. Кинетические – маховики большой массы, используемые, например, в троллейбусах. Аккумуляторы с разным типом носителя ионов – литиевые, никель-марганцевые, кадмиевые. Но использование любого типа накопителя, прежде всего, обуславливается балансом между его характеристиками и показателями потребления энергии.

Накопители тепловой энергии


Накопители тепла приносят ощутимую выгоду для владельцев домов, независимо от вида отопления. Хранение тепловой энергии в системе отопления позволяет ее использовать тогда, когда существует реальная потребность, обеспечивая при этом эффективную и экономную работу нагревательных приборов. Как работают накопители тепла, почему стоит их использовать в системе отопления и как управлять их работой – читайте ниже.

ЧТО ТАКОЕ НАКОПИТЕЛЬ ТЕПЛА?

Проще говоря, накопитель тепла – это хорошо изолированная емкость, которая получает тепловую энергию от котла. Его также называют буферной емкостью. По своему внешнему виду напоминает бойлер ГВС. Наиболее характерными его чертами является простота, долговечность и устойчивость к коррозии.

В самой простой версии накопитель тепла имеет 4 соединения: два соединения с источником тепла и два – для отдачи тепла.

После того, как котел нагреет воду в буфере, вся система отопления обслуживается от нескольких до нескольких десятков часов (после выключения котла) энергией, которая собралась в буфере (до момента его остывания).

Правильно запроектированная буферная емкость может работать с несколькими источниками тепла. То, насколько будет сложная система накопителя, определяет количество источников тепла, их разновидности, способ работы и количество получателей тепла.

Одним из ключевых принципов, лежащих в основе работы накопителя тепла – это расположение воды слоями. Горячая вода легче чем холодная и при соприкосновении слоев воды между собой горячая вода сверху не нагревает холодную. Благодаря этому буферная емкость может эффективно работать. Что бы использовать теплую воду – нет необходимости обогревать всю емкость, так как самая теплая вода находится на самом верху.

Для того, чтобы можно было эффективно использовать тепло из буферной емкости, вода, используемая в системе должна достигнуть температуры, требуемой приемником тепла. А она требуется разная для радиаторных батарей и для напольного отопления. Для этого в системе отопления устанавливается трехходовой смесительный клапан, который позволяет максимально адаптировать температуру к потребностям каждой отопительной системы. В свою очередь, установка циркуляционного насоса в системе отопления обеспечивает правильное распределение тепла в ней.

Накопитель тепла может выполнять множество различных функций:

  • бойлера ГВС;
  • накопителя в солярной системе;
  • накопителя тепла, поступающего от электрического нагревателя;
  • теплообменника (при оснащении накопителя змеевиком)

Среди преимуществ использования накопителя тепла в системе отопления чаще всего упоминаются следующие:

  • чистое и эффективное сгорание топлива;
  • меньшая частота растопок в котле;
  • оптимальная температура в помещениях;
  • возможность использования накопленного тепла в течении суток;
  • облегчение работы котла с низкотемпературным отоплением(теплый пол);
  • меньшие расходы на отопление дома;
  • уменьшение выброса вредных веществ в атмосферу и уменьшение накопления сажи в дымоходе;
  • использование тепла от разных источников тепла для отопления и ГВС

Как и каждое техническое решение, установка буферной емкости имеет свои ограничения. Одним из основных является отсутствие места в котельной на его установку. Буфер занимает достаточно много места, которое нужно специально под него приготовить в котельной. Инвесторов также иногда отпугивает цена емкости, которая иногда достигает нескольких десятков тысяч рублей.

КАК ВЫБРАТЬ ПОДХОДЯЩИЙ НАКОПИТЕЛЬ ТЕПЛА?

Для выбора накопителя тепла ключевое значение имеет количество энергии, потребляемой зданием. Прежде всего от этого фактора должен зависеть размер, а если быть более точным – то емкость накопителя. Как правило в системах отопления используются накопители тепла, которые могут поместить 1000-2000 литров.

Готовая емкость, предназначенная для накопления тепла стоит в границах 30000-45000 рублей. Если же дополнительно оборудовать его змеевиком (солярным и ГВС) – то цена вырастет примерно в 2 раза.

Выбирая накопитель тепла стоит проверить мощность котла, его засыпные возможности и вид топлива, так как в случаях с малокалорийным топливом, например, деревянными отходами, одна порция топлива будет недостаточной, чтобы нагреть воду.

Накопитель тепла может эффективно работать с:

  • котлами, поскольку обеспечивает бесперебойную работу в высоких температурах, когда понижение интенсивности сгорания в таких котлах вызывает неполное сгорание топлива;
  • напольным отоплением, поскольку позволяет на экономичное сжигание топлива в высоких температурах и эффективную работу напольного отопления на соответствующих низких температурах;
  • тепловыми насосами и солярными установками, так как буфер позволяет насосу и коллекторам включаться реже, но на более продолжительное время. Благодаря этому увеличивается эффективность работы устройств.

НАКОПИТЕЛЬ ТЕПЛА – ПОЛЬЗУЙСЯ ТЕПЛОМ ТОГДА, КОГДА ХОЧЕШЬ

Установка системы отопления с накопительными резервуарами позволяет неограниченно использовать установщику и инвестору свои творческие возможности. Решения с использованием накопителей тепла являются очень эффективными и выгодными, так как можно хранить тепло с минимальными потерями и пользоваться им тогда, когда оно нужно. Установка накопителя тепла может производиться с одновременно с несколькими источниками тепла и приносит инвесторам большую пользу. В случае засыпных котлов с электронным управлением использование накопительной емкости позволит снизить затраты и увеличить ресурс нагревательного устройства. Это особенно важно в переходном периоде, потому что в условиях снижения спроса на энергию топливо вместо того, чтобы гореть, медленно тлеет, загрязняя котел и дымоход.

Как сделать теплоаккумулятор и утеплить его своими руками

Зачастую домовладельцы не в состоянии купить современное отопительное оборудование, поэтому ищут альтернативные решения. Взять хотя бы буферную емкость (иначе – тепловой аккумулятор), незаменимую вещь для систем отопления с твердотопливным котлом. Накопительный бак объемом 500 л стоит примерно 600—700 у. е., цена тысячелитровой бочки достигает 1000 у. е. Если же сделать теплоаккумулятор своими руками, а потом установить резервуар в котельной самостоятельно, удастся сэкономить половину указанной суммы. Наша задача – рассказать о способах изготовления.

Где применяется аккумулятор тепла и как он устроен

Накопитель тепловой энергии — это не что иное, как утепленный железный бак с патрубками для подключения магистралей водяного отопления. Буферная емкость выполняет 2 функции: накапливает избытки теплоты и обогревает дом в периоды, когда котел бездействует. Теплоаккумулятор замещает отопительный агрегат в 2 случаях:

  1. При обогреве жилища печью с водяным контуром либо котлом, сжигающим твердое топливо. Накопительная емкость работает для отопления ночью, после прогорания дров или угля. Благодаря этому домовладелец спокойно отдыхает, а не бегает в котельную. Это комфортно.
  2. Когда источником тепла служит электрокотел, а учет потребления электричества ведется многотарифным счетчиком. Энергия по ночному тарифу обходится вдвое дешевле, поэтому днем работу системы отопления полностью обеспечивает тепловой аккумулятор. Это экономично.

Слева на фото – буферный резервуар 400 литров фирмы Drazice, справа – электрокотел Kospel в комплекте с накопителем горячей воды

Важный момент. Бак — аккумулятор горячей воды повышает эффективность твердотопливного котла. Ведь максимальный КПД теплогенератора достигается при интенсивном горении, которое невозможно постоянно поддерживать без буферной емкости, поглощающей излишки теплоты. Чем эффективнее сжигаются дрова, тем меньше их расход. Это касается и газового котла, чей КПД снижается в режимах слабого горения.

Аккумуляторный бак, заполненный теплоносителем, действует по простому принципу. Пока обогревом помещений занимается теплогенератор, вода в емкости нагревается до максимальной температуры 80—90 °С (теплоаккумулятор заряжается). После отключения котла к радиаторам начинает подаваться горячий теплоноситель из накопительного бака, обеспечивающего отопление дома в течение определенного времени (тепловая батарея разряжается). Длительность работы зависит от объема резервуара и температуры воздуха на улице.

Читать еще:  Как изолировать печную трубу?

Как устроен аккумулятор тепла заводского изготовления

Простейшая аккумулирующая емкость для воды заводского изготовления, показанная на схеме, состоит из таких элементов:

  • основной резервуар цилиндрической формы, сделанный из углеродистой либо нержавеющей стали;
  • теплоизоляционный слой толщиной 50—100 мм в зависимости от применяемого утеплителя;
  • внешняя обшивка – тонкий окрашенный металл или полимерный чехол;
  • присоединительные штуцера, врезанные в основную емкость;
  • погружные гильзы для установки термометра и манометра.

Примечание. Более дорогие модели аккумуляторов тепла для систем отопления дополнительно снабжаются змеевиками для ГВС и подогрева от солнечных коллекторов. Другая полезная опция – встроенный в верхнюю зону бака блок электрических ТЭНов.

Изготовление накопителей тепла в заводских условиях

Если вы всерьез озаботились установкой теплоаккумулятора и решили его сделать своими силами, то для начала стоит ознакомиться с заводской технологией сборки.

Резка на плазменном аппарате заготовок для крышки и дна

Повторить технологический процесс в условиях домашней мастерской нереально, но некоторые приемы вам пригодятся. На предприятии бак–аккумулятор горячей воды делается в виде цилиндра с полусферическим дном и крышкой в таком порядке:

  1. Листовой металл толщиной 3 мм подается на аппарат плазменной резки, где из него получают заготовки торцевых крышек, корпуса, люка и подставки.
  2. На токарном станке изготавливаются основные штуцера диаметром 40 или 50 мм (резьба 1.5 и 2”) и погружные гильзы для приборов контроля. Там же вытачивается большой фланец для ревизионного люка размером около 20 см. К последнему приваривается патрубок для врезки в корпус.
  3. Заготовка корпуса (так называемая обечайка) в виде листа с отверстиями под штуцеры направляется на вальцы, изгибающие ее под определенным радиусом. Чтобы получить цилиндрическую емкость для воды, остается лишь сварить торцы заготовки встык.
  4. Из металлических плоских кругов гидравлический пресс штампует полусферические крышки.
  5. Следующая операция – сварочные работы. Порядок такой: сначала на прихватках варится корпус, потом к нему прихватываются крышки, затем идет сплошная проварка всех швов. В конце присоединяются штуцеры и ревизионный люк.
  6. Готовый накопительный бак сваривается с подставкой, после чего проходит 2 проверки на проницаемость – воздушную и гидравлическую. Последняя производится давлением 8 Бар, испытание длится 24 часа.
  7. Испытанный резервуар окрашивается и утепляется базальтовым волокном толщиной не менее 50 мм. Сверху емкость обшивается тонколистовой сталью с полимерным цветным покрытием либо закрывается плотным чехлом.

Корпус накопителя выгибается из листа железа на вальцах

Справка. Для утепления бака производители используют разные материалы. К примеру, теплоаккумуляторы «Прометей» российского производства изолированы пенополиуретаном.

Большинство заводских аккумуляторов тепла рассчитаны на максимальное давление 6 Бар при температуре теплоносителя в системе отопления 90 °С. Это значение вдвое превышает порог срабатывания предохранительного клапана, устанавливаемого на группу безопасности твердотопливных и газовых котлов (предел — 3 Бар). Детально производственный процесс показан на видео:

Аккумуляторы тепловой энергии и их применение

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 18.04.2016 2016-04-18

Статья просмотрена: 3625 раз

Библиографическое описание:

Аллахвердян, Н. Л. Аккумуляторы тепловой энергии и их применение / Н. Л. Аллахвердян. — Текст : непосредственный, электронный // Молодой ученый. — 2016. — № 8 (112). — С. 174-176. — URL: https://moluch.ru/archive/112/28496/ (дата обращения: 29.04.2020).

Вопросы энергосбережения и энергоэффективности вызывают все больший интерес с каждым годом во всем мире. Аккумулирование энергии позволяет сберечь энергию и обеспечить резерв в случае внезапного прекращения работы основного источника энергии. Рассмотрены виды аккумулирования энергии и способы их применения во всех современных сферах деятельности человека.

Ключевые слова: аккумулирование, тепловой накопитель, энергоэффективность, энергосбережение, отопление.

Энергетика является одной из ведущих отраслей современного хозяйства. В настоящее время одним из ключевых направлений развития современной экономики является энергоэффективность.

Тепловое аккумулирование — это химические или физические процессы, которые позволяют накапливать тепло в тепловом аккумуляторе. Тепловой аккумулятор состоит из резервуара для хранения, аккумулирующей среды (рабочего тела), устройств для зарядки и вспомогательного оборудования. Одним из способов сбережения энергии является использование так называемых аккумуляторов энергии (тепловых накопителей). Подобные установки способны сберечь энергию и обеспечить резерв в случае внезапного прекращения работы системы отопления.

Основной целью аккумулирования энергии является преодоление, сглаживание несоответствий между подачей энергии потребителю и его реальными потребностями. Еще одной важной задачей аккумулирования энергии является выравнивание выработки энергии, то есть уменьшение подачи в период пиковых нагрузок и заполнение провалов тогда, когда энергия почти не используется.

Тепловые накопители (аккумуляторы), как правило, работают на принципе накопления — выделения внутренней энергии. Это достигается за счет химических или физических процессов внутри аккумулятора. Например, за счет нагревания, охлаждения жидких или твердых тел, плавления и других обратимых реакций. [1–2]

Нельзя обойти стороной так же вопрос экономической целесообразности, так как аккумулирование энергии позволяет значительно уменьшить затраты потребителя. Простой пример ячейки теплового накопителя приведен на рисунке 1.

Вокруг канала с протекающим по нему теплоносителем расположено теплоаккумулирующее вещество. При заряде температура теплоносителя на входе в накопитель больше температуры на выходе из него. Протекая по каналу и остывая, горячий теплоноситель отдает энергию теплоаккумулирующему материалу.

Рис. 1. Расчетная схема теплового накопителя с однофазным теплоаккумулирующим материалом

Накопление энергии происходит за счет теплоемкости, температура материала возрастает. При разряде температура теплоносителя на входе в накопитель меньше температуры на выходе из него. Протекая по каналу, холодный теплоноситель нагревается за счет остывания теплоаккумулирующего материала. Температура материала понижается. [3]

По аккумулирующей среде можно установить следующую классификацию аккумуляторов тепла:

– прямое аккумулирование (теплообмен и аккумулирование происходят в одной среде)

– косвенное аккумулирование (только теплообмен, процесс может протекать с фазовым переходом и без)

– сорбционное (основано на способности некоторых веществ абсорбировать газы с выделением тепла)

На сегодняшний день существует большое количество разных видов аккумуляторов энергии: паровые, жидкостные, с электронагревательным элементом, пневматические, со скользящим давлением, с постоянным давлением.

Применение тепловых накопителей вразличных отраслях

Самым распространенным и привычным для нас примером теплового накопителя в жилищно-коммунальном хозяйстве является накопительный водонагреватель. Подобная установка нашла широкое применение в домах, квартирах, дачах, а так же в промышленных зданиях, общественных центрах и т. д. и т. п. Устройство таких водонагревателей одновременно очень простое и экономически эффективное.

Но в жилищно-коммунальном хозяйстве основными потребителями тепловой энергии являются системы отопления зданий. В случае отопления помещений применяется аккумулирование с использованием тепла фазового перехода (замораживание воды при 0°С). В странах, где затраты на охлаждение летом очень высоки и соизмеримы с затратами на отопление в летнее время, целесообразно применять аккумулирование посредством льда. Это позволяет получить двойной эффект от системы отопления. Возможности применения тепловых накопителей в жилищно-коммунальном хозяйстве активно обсуждаются в Европе и США.

Еще одним современным примером теплового накопителя является топливный двигатель на солнечной энергии. Он применяется преимущественно в авиационной и космической технике. Работа солнечного теплового двигателя обеспечивается подведением энергии с помощью внешней концентрирующей системы к поглощающей поверхности приемника двигателя. Рабочее тело двигателя протекает внутри приемника и нагревается. Поступая затем в обычное реактивное сопло, оно расширяется и создает тягу [3–5].

Термодинамический цикл солнечного термического двигателя приведен на рисунке 2.

Рис. 2. Идеальный термодинамический цикл солнечного термического двигателя

Области применения солнечных термических двигателей:

– перевод спутников с низких околоземных орбит на геостационарные

– очистка космического мусора

– полеты до орбит других планет Солнечной системы, включительно до орбиты Марса (двигатели мощностью 1–5 МВт);

– поддержание орбит долговременных орбитальных станций (двигатели мощностью 10–20 кВт).

Аккумуляторы энергии так же широко применяются в судостроении. Пассажирские малотоннажные суда, осуществляющие перевозки на морских и озерных линиях, как правило, имеют дизельные энергетические системы. В данном случае, главное целью их работы является обеспечение бортовых потребителей тепловой энергией необходимого качества и в достаточном количестве. Так как пуск судового дизеля должен происходить в некоторых случаях при температуре не ниже +15–20 градусов Цельсия, то соответственно необходим подогрев дизеля при низких температурах. Для этой цели могут применяться различные установки, например, дополнительные котлы и водоводяные холодильники. Для подогрева аккумулятора целесообразно использовать накопленное ранее отводимое тепло самого дизеля. Это позволяет отказаться от дополнительного расхода горюче-смазочных материалов. Экономия зависит от условий эксплуатации и может составлять от сотен килограммов до нескольких тонн.

Читать еще:  Как поставить экран на батарею отопления?

Применение теплового накопителя энергии позволяет снизить не только расход горюче-смазочных материалов, но также общее количество вредных веществ, выбрасываемых в окружающую среду при работе дизеля.

Дорожные и транспортные средства с аккумуляторами теплоты. Тепловое аккумулирование в транспортных средствах представляет собой частный случай аккумулирования энергии для получения дополнительной мощности там, где в дополнение к временному несоответствию также возникает и локальное несоответствие между подачей и потреблением энергии. Определяющим фактором применения аккумулятора в транспортных средствах являются его объем и масса. Тепловые и пневматические накопители в транспортных средствах применяются наряду с электромеханическими, маховичными накопителями кинетической энергии и аккумуляторами топлива.

В промышленных установках для кратковременного аккумулирования энергии широко применяются твердотельные регенераторы и аккумуляторы пар (горячая вода). Так же могу использоваться накопители, работающие на энергии воды нормального или повышенного давления. Основой задачей аккумуляторов энергии в промышленности является не столько непосредственная экономия энергии, сколько снижение потребления энергии извне, особенно в случае установок с комбинированной выработкой электричества и тепла. [3–8]

Системы теплового аккумулирования энергии нашли широкое применение в энергетических установках, промышленности, жилищно-коммунальном хозяйстве и транспортных средствах. Интерес к ним растет как в западных странах, так и в России. Так как вопросы энергоэффективности и энергосбережения всегда остаются актуальными, основные принципы аккумулирования энергии найдут свое применение и в будущих технологиях.

  1. Бекман Г, Гилли П. В. Тепловое аккумулирование энергии. — М.: Мир, 1987. — 269 с.
  2. Левенберг В. Д. Аккумулирование тепла. — К.: Техника, 1991.
  3. Куколев М. И.. Основы проектирования тепловых накопителей энергии — Петрозаводск, 2001.
  4. Сотникова, О. А. Аккумуляторы теплоты теплогенерирующих установок систем теплоснабжения / Журнал «АВОК». — 2003. — № 5.
  5. Аладьев И. Т., Рзаев А. И., Филатов Л. Л. Аккумуляторы тепла фазового перехода для солнечных электростанций с натриевым теплоносителем // Аккумулирование энергии и пути повышения эффективности работы электростанций и экономии энергии: Матер. Все-союз. науч.–техн. совещания. Часть 2. — М.: ЭНИН, 1986. — С. 157–163.
  6. Андрющенко А. И. Основы термодинамики циклов теплоэнергетических установок: Учеб. пособие. — М.: Высшая школа, 1985. — 320 с.
  7. Астахов Ю. Н., Веников В. А., Тер-Газарян А. Г. Накопители энергии в электрических системах. — М.: Высшая школа, 1989. — 160 с.
  8. Висканта Р. Теплообмен при плавлении и затвердевании металлов // Современное машиностроение. Серия А. — 1989. — № 6. — С.119–139.

Накопители тепловой энергии


Накопители тепла приносят ощутимую выгоду для владельцев домов, независимо от вида отопления. Хранение тепловой энергии в системе отопления позволяет ее использовать тогда, когда существует реальная потребность, обеспечивая при этом эффективную и экономную работу нагревательных приборов. Как работают накопители тепла, почему стоит их использовать в системе отопления и как управлять их работой – читайте ниже.

ЧТО ТАКОЕ НАКОПИТЕЛЬ ТЕПЛА?

Проще говоря, накопитель тепла – это хорошо изолированная емкость, которая получает тепловую энергию от котла. Его также называют буферной емкостью. По своему внешнему виду напоминает бойлер ГВС. Наиболее характерными его чертами является простота, долговечность и устойчивость к коррозии.

В самой простой версии накопитель тепла имеет 4 соединения: два соединения с источником тепла и два – для отдачи тепла.

После того, как котел нагреет воду в буфере, вся система отопления обслуживается от нескольких до нескольких десятков часов (после выключения котла) энергией, которая собралась в буфере (до момента его остывания).

Правильно запроектированная буферная емкость может работать с несколькими источниками тепла. То, насколько будет сложная система накопителя, определяет количество источников тепла, их разновидности, способ работы и количество получателей тепла.

Одним из ключевых принципов, лежащих в основе работы накопителя тепла – это расположение воды слоями. Горячая вода легче чем холодная и при соприкосновении слоев воды между собой горячая вода сверху не нагревает холодную. Благодаря этому буферная емкость может эффективно работать. Что бы использовать теплую воду – нет необходимости обогревать всю емкость, так как самая теплая вода находится на самом верху.

Для того, чтобы можно было эффективно использовать тепло из буферной емкости, вода, используемая в системе должна достигнуть температуры, требуемой приемником тепла. А она требуется разная для радиаторных батарей и для напольного отопления. Для этого в системе отопления устанавливается трехходовой смесительный клапан, который позволяет максимально адаптировать температуру к потребностям каждой отопительной системы. В свою очередь, установка циркуляционного насоса в системе отопления обеспечивает правильное распределение тепла в ней.

Накопитель тепла может выполнять множество различных функций:

  • бойлера ГВС;
  • накопителя в солярной системе;
  • накопителя тепла, поступающего от электрического нагревателя;
  • теплообменника (при оснащении накопителя змеевиком)

Среди преимуществ использования накопителя тепла в системе отопления чаще всего упоминаются следующие:

  • чистое и эффективное сгорание топлива;
  • меньшая частота растопок в котле;
  • оптимальная температура в помещениях;
  • возможность использования накопленного тепла в течении суток;
  • облегчение работы котла с низкотемпературным отоплением(теплый пол);
  • меньшие расходы на отопление дома;
  • уменьшение выброса вредных веществ в атмосферу и уменьшение накопления сажи в дымоходе;
  • использование тепла от разных источников тепла для отопления и ГВС

Как и каждое техническое решение, установка буферной емкости имеет свои ограничения. Одним из основных является отсутствие места в котельной на его установку. Буфер занимает достаточно много места, которое нужно специально под него приготовить в котельной. Инвесторов также иногда отпугивает цена емкости, которая иногда достигает нескольких десятков тысяч рублей.

КАК ВЫБРАТЬ ПОДХОДЯЩИЙ НАКОПИТЕЛЬ ТЕПЛА?

Для выбора накопителя тепла ключевое значение имеет количество энергии, потребляемой зданием. Прежде всего от этого фактора должен зависеть размер, а если быть более точным – то емкость накопителя. Как правило в системах отопления используются накопители тепла, которые могут поместить 1000-2000 литров.

Готовая емкость, предназначенная для накопления тепла стоит в границах 30000-45000 рублей. Если же дополнительно оборудовать его змеевиком (солярным и ГВС) – то цена вырастет примерно в 2 раза.

Выбирая накопитель тепла стоит проверить мощность котла, его засыпные возможности и вид топлива, так как в случаях с малокалорийным топливом, например, деревянными отходами, одна порция топлива будет недостаточной, чтобы нагреть воду.

Накопитель тепла может эффективно работать с:

  • котлами, поскольку обеспечивает бесперебойную работу в высоких температурах, когда понижение интенсивности сгорания в таких котлах вызывает неполное сгорание топлива;
  • напольным отоплением, поскольку позволяет на экономичное сжигание топлива в высоких температурах и эффективную работу напольного отопления на соответствующих низких температурах;
  • тепловыми насосами и солярными установками, так как буфер позволяет насосу и коллекторам включаться реже, но на более продолжительное время. Благодаря этому увеличивается эффективность работы устройств.

НАКОПИТЕЛЬ ТЕПЛА – ПОЛЬЗУЙСЯ ТЕПЛОМ ТОГДА, КОГДА ХОЧЕШЬ

Установка системы отопления с накопительными резервуарами позволяет неограниченно использовать установщику и инвестору свои творческие возможности. Решения с использованием накопителей тепла являются очень эффективными и выгодными, так как можно хранить тепло с минимальными потерями и пользоваться им тогда, когда оно нужно. Установка накопителя тепла может производиться с одновременно с несколькими источниками тепла и приносит инвесторам большую пользу. В случае засыпных котлов с электронным управлением использование накопительной емкости позволит снизить затраты и увеличить ресурс нагревательного устройства. Это особенно важно в переходном периоде, потому что в условиях снижения спроса на энергию топливо вместо того, чтобы гореть, медленно тлеет, загрязняя котел и дымоход.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector