Подключение буферной емкости к твердотопливному котлу

Схема обвязки твердотопливного котла

Теплогенераторы, черпающие энергию от разных видов твердого топлива, имеют свои особенности работы, которые следует учитывать при подключении к системе отопления. Поэтому схема обвязки твердотопливного котла включает в себя несколько обязательных элементов и устройств, обеспечивающих долговечную работу агрегата и его защиту при нештатных ситуациях.

Особенности эксплуатации твердотопливных котлов

Процесс горения древесины или угля несколько сложнее, чем сжигание того же метана (природного газа). Метан – простое неорганическое соединение, разлагающееся при высокой температуре на углекислый газ и воду с некоторой примесью угарного газа. Дерево и уголь – это сложные органические вещества, которые при сжигании образуют несколько веществ и газов, часть из них агрессивны. Это накладывает свой отпечаток на долговечность работы теплогенератора. Индивидуальная обвязка твердотопливных котлов делается для того, чтобы создать оптимальный рабочий режим и тем самым продлить им срок эксплуатации.

Одна из особенностей работы водогрейных агрегатов, сжигающих твердое топливо, проявляется после розжига топки и выхода на рабочий режим. Если монтаж трубопроводов отопления выполнить напрямую к отопительной установке и во время разогрева пропускать через водяную рубашку агрегата холодную воду, то на внутренних стенках топки начнет интенсивно выделяться конденсат. Он вступает в реакцию с продуктами горения, смешивается с золой и намертво пристает к металлической или чугунной поверхности. Результаты следующие:

1. Стальные стенки камеры сгорания разъедаются коррозией.
2. Чугунная топка не так подвержена коррозии, но ее шероховатая поверхность способствует прилипанию налета, который удалить очень трудно. Такой же налет появится и на стенках камеры из стали.

Для успешной борьбы с конденсатом надо выполнить малый контур циркуляции с трехходовым клапаном, подключение твердотопливного котла к системе отопления не рекомендуется осуществлять напрямую.

Из правила есть одно исключение-при подключении теплогенератора к самотечной системе отопления, функционирующей без циркуляционного насоса, монтаж допускается осуществлять напрямую. Теплоноситель здесь течет по принципу конвекции, по мере разогрева увеличивая скорость движения, конденсат при этом не появляется. Правда, это возможно лишь при малой мощности отопительного оборудования и в небольших домах.

Еще одна особенность работы отопительных установок на дровах – инерционность. Когда температура воды в системе достаточна, автоматика закрывает доступ воздуха в топку и останавливает процесс. Тем не менее еще какое-то время горение продолжается, температура теплоносителя превышает заданную. Такое же явление наблюдается при остановке циркуляционного насоса в результате отключения электроэнергии. Вода в рубашке может вскипеть, образуя пар, и разрушить оболочку либо порвать трубы. Чтобы этого избежать, на подающий трубопровод или прямо в бак котловой воды устанавливается группа безопасности со сбросным клапаном, настроенным на определенное критическое давление.

Схема подключения в систему отопления

Ниже представлена детальная типовая обвязка твердотопливного котла полипропиленом с малым контуром и узлом смешивания.

Назначение смесительного узла – не пропустить холодную воду из обратного трубопровода в водяную рубашку теплогенератора. Трехходовой клапан, настроенный на температуру не ниже 45º, замыкает движение теплоносителя по малому кругу до тех пор, пока его температура не достигнет установленного значения. После этого клапан подмешивает в обратный трубопровод воду из системы. Для того чтобы очищать ее от накипи и шлама, перед трехходовым краном ставится фильтр – грязевик. При этом устанавливать его нужно точно в таком положении, как изображено на схеме, вертикальный монтаж фильтра является ошибкой.

Обвязка котла с буферной емкостью

Многие производители настоятельно рекомендуют использовать теплоаккумулятор. Буферная емкость для котла используется по следующим причинам:

• При закрытии воздушной заслонки в камере происходит тление древесины при недостаточном количестве кислорода, а это приводит к повышению доли угарного газа (СО) в продуктах горения и увеличению загрязнения окружающей среды. Поэтому твердотопливный котел должен работать на средней или полной мощности, накапливая излишнее тепло в баке – аккумуляторе.
• После прогорания дров и угасания топки энергии, содержащейся в накопителе, хватит на какое-то время для обогрева дома. Длительность это промежутка времени зависит от объема бака.

На рисунке представлена схема обвязки твердотопливного котла с баком аккумулятором, малым контуром циркуляции и двумя смесительными узлами. Стрелками на ней показана циркуляция теплоносителя.

Альтернативой предыдущим способам подключения является обвязка твердотопливного котла с буферной емкостью (гидрострелкой). Схема подключения несколько напоминает предыдущую с той разницей, что гидрострелка не служит накопителем тепла, а предназначена для гидравлического разделения котлового контура с остальными ветвями отопления. Последних может быть множество: радиаторное отопление, теплые полы, бойлер косвенного нагрева воды для ГВС. При этом температура теплоносителя в каждой ветви нужна разная. Ниже показана схема подключения твердотопливного котла с буферной емкостью и распределительным коллектором на бойлер и систему радиаторного отопления.

1 – теплогенератор; 2 – термодатчик; 3 – трехходовой клапан котлового контура; 4 – мембранный расширительный бак; 5 – буферная емкость; 6 – радиаторы; 7 – циркуляционный насос отопительного контура; 8 — трехходовой клапан контура отопления; 9 – комнатный терморегулятор; 10 – бойлер косвенного нагрева; 11 — циркуляционный насос контура нагрева ГВС; 12 – группа безопасности.

Совместная работа с электрическими котлами

Очень часто водонагреватели на дровах или угле становятся вторым отопительным агрегатом в помещении топочной, где уже есть газовая или электрическая установка. Их потребуется правильно связать между собой для корректной совместной работы, чтобы один агрегат подстраховывал другой. Это очень удобно, например, когда в одном из них прогорит весь уголь. Тогда автоматически включается электрический или газовый водонагреватель. Типовая схема обвязки твердотопливного котла и электрокотла показана на следующем рисунке. Подразумевается, что в электрическом отопителе встроен собственный циркуляционный насос.

Заключение

Представленные схемы наиболее распространены в силу их простоты и надежности, в действительности различных способов подключения есть гораздо больше. Выбирать для себя подходящий лучше с помощью специалиста с учетом всех факторов и пожеланий.

Рекомендуем:

Как сделать отопление в частном доме — подробное руководство Схемы подключения твердотопливного котла Монтаж твердотопливного котла в частном доме

Буферная емкость для твердотопливного котла

Нередко котел, работающий на твердом топливе, становится единственным вариантом, который можно всерьез рассматривать в качестве основного источник тепловой энергии для отопления дома. Стандартная ситуация для многих небольших населенных пунктов и загородных поселков – газовые магистрали еще не дотянулись до каждого потребителя, или их прокладка непосредственно к дому сопряжена с неподъемными расходами. Электрическое отопление, ввиду высокой стоимости электроэнергии, видится нерентабельным. Но зато местные условия характеризуются широкой доступностью и невысокой ценой дров или угля. Решение напрашивается само собой…

Буферная емкость для твердотопливного котла

Но вот проблема: работа твердотопливного оборудования всегда сопряжена с определенной цикличностью – пиковой выработкой тепловой энергии, даже в избыточных количествах, во время основной фазы горения топливной закладки, с постепенным снижением практически до нуля в периоды простоя. Постоянно пополнять топливо в котле неудобно по целому ряду причин, невыгодно, а во многих моделях – и вовсе технологически невозможно. Можно ли сделать так, чтобы эффективность работы системы отопления не страдала от этой выраженной неравномерности поступления энергии, чтобы в период горения топливной закладки создавался запас избыточного тепла, который можно будет затем полезно применить, а не «выкидывать в трубу»? Да, это вполне возможно – подобную проблему успешно решает буферная емкость для твердотопливного котла.

Основное предназначение буферной емкости

Буферная емкость (которую также часто называют теплоаккумулятором), предназначена для накопления выработанной тепловой энергии для ее дальнейшего рационального использования в целях отопления и обеспечения жилья горячей водой. Она может применяться не только с твердотопливным оборудованием – рассмотрим три наиболее характерных разноплановых примера.

• Наиболее часто применяемый вариант – это связка «твердотопливный котел – буферный бак». О работе такой пары уже вскользь упоминалось выше, но сейчас – чуть подробнее.

Работа бытового твердотопливного котельного оборудования всегда характеризуется выраженной цикличностью

Итак, первичная стадия – котел загружается дровами. С их розжигом максимальная мощность достигается не сразу, а постепенно. На пике горения топливной загрузки наблюдаются самые высокие температуры. Затем следует стадия постепенного снижения теплоотдачи, и при полном прогорании закладки процесс выработки тепловой энергии прекращается полностью. Это свойственно всем котлам, в том числе – и длительного горения, и разница лишь в длительности периодов (исключение составляют лишь приборы с автоматической подачей гранулированного топлива).

Столь точных настроек генерации тепловой энергии, как это реализовано в электрических и современных газовых котлах, с привязкой к необходимому текущему уровню ее потребления, достигнуть не получается. Значит, в период розжига, выхода на номинальную мощность, а затем —остывания, и тем более – вынужденного простоя котельного оборудования, тепловой энергии для нормальной работы системы отопления может недоставать. Но зато в пиковой фазе горения – она явно избыточна, и немалая ее часть в буквальном смысле слова «вылетает в трубу». В итоге – ненужный расход топлива, наряду с необходимостью проводить частые загрузки.

• Электрическое отопление – дорогой вариант, и все же такие котлы ставят, причем нередко — в связке с твердотопливными. Но при этом, естественно, выгоднее использовать этот принцип получения тепловой энергии в период действия льготных тарифов – ночных или воскресного дня.

Теплоаккумулятор даст возможность по максимуму использовать для отопления ночные льготные тарифы на электроэнергию

Напрашивается решение – включать по максимуму электрооборудование в часы минимальной стоимости киловатта, а потом в течение дня использовать выработанную им энергию.

• Постепенно перестают быть «экзотикой» солнечные коллекторы. Этот бесплатный (если не считать первичного вложения в оборудование) источник тепловой энергии способен если не полностью удовлетворить потребности в ней, то, по крайней мере – внести значимый вклад в общую «копилку».

Применение солнечных коллекторов для отопления также будет эффективным только при наличии аккумулирующей емкости.

Излишне, наверное, говорить, что поступление солнечной энергии – крайне неравномерно, так как зависит и от времени суток, и от текущих погодных условий. Надеяться только на такой источник тепла – нельзя, но вот по максимуму использовать потенциал ясных солнечных дней – можно и нужно.

Все рассмотренные выше примеры, очевидно, объединяет одно – необходимость накопления тепловой энергии в период ее максимальной выработки для последующего рационального использования в той фазе работы системы отопления, когда поступление тепла минимально или вовсе отсутствует. Именно эту роль и выполняют буферные емкости (теплооаккумуляторы).

Принцип их работы – несложен: в качестве исходного «пункта» взята высокая теплоемкость воды. Если сравнить теплотехнические характеристики веществ, то можно убедиться, что всего один литр воды, остывающий на один градус, отдает тепловой потенциал, достаточный для нагрева кубического метра воздуха на 4 градуса. Значит, если в период пиковой выработки энергии передавать ее определенному объему воды, заключённому в надежную термоизоляцию, то этого «заряда» может хватить для обогрева помещений в течение определённого времени, когда поступление энергии извне в силу тех или иных причин прекращается.

Рассмотрим на схеме:

Общая схема работы буферной емкости (теплоаккумулятора)

Итак, буферная ёмкость или теплоаккумулятор (на схеме – ТА ) – это прочный, хорошо термоизолированный герметичный бак, вертикального исполнения, чаще всего – цилиндрической формы. В емкость врезано несколько пар патрубков: в простейшем, рассматриваемом для примера случае – две пары. Одна из них подключена к «малому контуру» – к твердотопливному котлу (КТ ), вторая – к разведённому по помещениям здания отопительному контуру (ОК ). Каждый из контуров – независим, и имеет собственную систему циркуляции теплоносителя.

• Первая стадия работы – котел загружен и запущен. Сосенный циркуляционный насос этого «малого контура» (Нкт ) обеспечивает перекачивание теплоносителя через теплообменник котла. При этом поступление в котел производится из нижней области теплоаккумулятора, а разогретый теплоноситель подаётся в его верхнюю часть. При такой схеме работы вертикальное перемешивание теплоносителя выражено слабо – за счет существенной разницы в плотности горячей и более холодной жидкой среды. Иными словами, будет более выражено постепенное заполнение горячей водой всего объема буферной емкости.

Получается, что энергия топлива не расходуется понапрасну и не выбрасывается в атмосферу (если не считать неизбежных потерь, которые характеризуются паспортным КПД оборудования). Тепловая энергия, выработанная за счет сжигания топливной закладки перенесена накоплена, а за счет эффективной термоизоляции теплоаккумулятора – может сохраняться достаточно долго (счет нередко идет не на часы, а даже на дни).

• Вторая стадия – топливная закладка полностью прогорела, притока тепловой энергии нет. Но система отопления от этого работать не перестаёт. Собственная система циркуляции с насосом (Нок ) обеспечивает прокачку теплоносителя по приборам теплообмена (радиаторам отопления). При этом труба подачи подключена в верхней части буферной емкости, то есть забирается разогретая вода, снизу по обратке поступает охлаждённая. И опять же – нет интенсивного перемешивания, из-за разности в плотности. Теплоаккумулятор постепенно отдаёт свой «тепловой заряд», остывая снизу вверх.

Циклы в примере показаны разнесенными, но на деле, естественно, и в процессе топки котла идет обор энергии на радиаторы отопления. Буферная емкость, таким образом, накапливает именно избыточное, невостребованное в текущий момент количество тепла. Если подобран оптимальный теплоаккумулятор, правильно смонтирована и настроена вся система отопления, то потери тепловой энергии сводятся к минимуму, энергетический потенциал топлива расходуется в полной мере, и к моменту прогорания каждой закладки дров хозяева имеют в своем распоряжения полностью «заряженный» накопительный источник тепла.

В случае с электрическим котлом систему настраивают таким образом, чтобы по максимуму «загрузиться» теплом во время действия льготного тарифа, а затем пользоваться этим в течение дня.

Разнообразие конструкций буферных емкостей и схем их подключения

В этом разделе публикации рассмотрим конструктивные особенности основных типов буферных емкостей (они могут существенно различаться).

Основные конструктивные типы теплоаккумуляторов

Как делается обвязка твердотопливного котла

От того, насколько правильно сделана обвязка твердотопливного котла, зависит эффективность его дальнейшей работы и срок службы. В этом отношении дровяные и угольные теплогенераторы отличаются от всех прочих и требуют особого подхода к вопросу.

Поэтому стоит поподробнее рассмотреть, как при монтаже системы отопления подключить котел на твердом топливе, в том числе и своими руками. Ответ на этот вопрос, а также описание всех вариантов стыковки агрегата с другим теплосиловым оборудованием вы сможете найти в данном материале.

В чем отличие твердотопливных котлов

Помимо того, что эти источники тепла производят тепловую энергию, сжигая различные виды твердого топлива, они имеют ряд других отличий от других теплогенераторов. Эти отличия как раз и являются следствием сжигания древесины, их надо воспринимать как данность и всегда учитывать при подсоединении котла к системе водяного отопления. Особенности заключаются вот в чем:

1. Высокая инерционность. На данный момент не существует способов резко потушить разгоревшееся твердое топливо в камере сжигания.
2. Образование конденсата в топливнике. Особенность проявляется во время поступления в котловой бак теплоносителя с низкой температурой (ниже 50 °С).

Примечание. Явление инерционности отсутствует только у одного вида агрегатов на твердом топливе – пеллетных котлов. В них имеется горелка, куда древесные гранулы подаются дозировано, после прекращения подачи пламя угасает почти сразу же.

Опасность инерционности состоит в возможном перегреве водяной рубашки отопителя, вследствие чего теплоноситель в ней вскипает. Образуется пар, который создает высокое давление, разрывающее корпус агрегата и часть подающего трубопровода. Как результат, в помещении топочной много воды, куча пара и непригодный к дальнейшей эксплуатации твердотопливный котел.

Подобная ситуация может возникнуть, когда обвязка теплогенератора выполнена неправильно. Ведь на самом деле нормальный режим работы дровяных котлов – максимальный, именно в это время агрегат выходит на свой паспортный КПД. Когда термостат реагирует на достижение теплоносителем температуры 85 °С и прикрывает воздушную заслонку, горение и тление в топке еще продолжается. Температура воды повышается еще на 2—4 °С, а то и больше, прежде чем ее рост остановится.

Во избежание превышения давления и последующей аварии, в обвязке твердотопливного котла всегда участвует важный элемент – группа безопасности, подробнее о ней будет сказано ниже.

Другая неприятная особенность работы агрегата на дровах – появление конденсата на внутренних стенках топливника из-за прохождения через водяную рубашку еще не разогретого теплоносителя. Этот конденсат – вовсе не божья роса, поскольку представляет собой агрессивную жидкость, от которой быстро корродируют стальные стенки камеры сжигания. Потом смешавшись с пеплом, конденсат превращается в липкую субстанцию, отодрать ее от поверхности не так легко. Проблема решается установкой смесительного узла в схему обвязки твердотопливного котла.

Такой налет служит теплоизолятором и снижает КПД твердотопливного котла

Владельцам теплогенераторов с чугунными теплообменниками, не боящимися коррозии, рано вздыхать с облегчением. Их может ожидать другая беда – возможность разрушения чугуна от температурного шока. Представьте, что в частном доме на 20—30 минут отключили электроэнергию и циркуляционный насос, прогоняющий воду через твердотопливный котел, остановился. За это время вода в радиаторах успевает остыть, а в теплообменнике – нагреться (из-за той же инерционности).

Появляется электричество, включается насос и направляет в разогретый котел остывший теплоноситель из закрытой системы отопления. От резкого перепада температур у теплообменника случается температурный шок, чугунная секция дает трещину, на пол бежит вода. Отремонтировать весьма сложно, заменить секцию удается не всегда. Так что и при таком раскладе узел подмеса предотвратит аварию, о чем будет сказано далее.

Аварийные ситуации и их последствия описаны не с целью напугать пользователей твердотопливных котлов или побудить их к покупкам ненужных элементов схем обвязки. Описание основано на практическом опыте, который необходимо учитывать всегда. При правильном подключении теплового агрегата вероятность подобных последствий чрезвычайно низка, почти такая же, как у теплогенераторов на других видах топлива.

Как подключить твердотопливный котел

Каноническая схема подключения твердотопливного котла содержит два главных элемента, позволяющих ей надежно функционировать в системе отопления частного дома. Это группа безопасности и смесительный узел на основе трехходового клапана с термоголовкой и датчиком температуры, показанные на рисунке:

Примечание. Здесь условно не показан расширительный бак, поскольку он может располагаться в разных местах в различных отопительных системах.

Представленная схема показывает, как подключить агрегат правильно и должна всегда сопровождать любой котел на твердом топливе, желательно даже пеллетный. Вы можете где угодно найти различные общие схемы отопления – с теплоаккумулятором, бойлером косвенного нагрева или гидрострелкой, на которых данный узел не показан, но он там должен быть обязательно. Подробнее об этом рассказано на видео:

Задача группы безопасности, устанавливаемой прямо на выходе подающего патрубка твердотопливного котла, — сбрасывать в автоматическом режиме давление в сети при его росте сверх установленного значения (обычно – 3 Бар). Этим занимается предохранительный клапан, а кроме него элемент оснащен автоматическим воздухоотводчиком и манометром. Первый выпускает появляющийся в теплоносителе воздух, второй служит для контроля над давлением.

Внимание! На отрезке трубопровода между группой безопасности и котлом не допускается установка любой запорной арматуры.

Как работает схема

Смесительный узел, предохраняющий теплогенератор от конденсата и температурных перепадов, работает по такому алгоритму, начиная от растопки:

1. Дрова только разгораются, насос включен, клапан со стороны системы отопления закрыт. Теплоноситель циркулирует по малому кругу через байпас.
2. При повышении температуры в обратном трубопроводе до 50—55 °С, где стоит накладной датчик выносного типа, термоголовка по его команде начинает нажимать на шток трехходового клапана.
3. Клапан потихоньку открывается и холодная вода понемногу поступает в котел, смешиваясь с горячей из байпаса.
4. По мере того как прогреваются все радиаторы растет общая температура и тогда клапан перекрывает байпас полностью, пропуская весь теплоноситель через теплообменник агрегата.

Данная схема обвязки – самая простая и надежная, ее монтаж можно спокойно выполнить своими руками и таким образом обеспечить безопасную работу твердотопливного котла. Касательно этого есть парочка рекомендаций, особенно при обвязке дровяного отопителя в частном доме полипропиленом или другими полимерными трубами:

1. Участок трубы от котла до группы безопасности сделайте из металла, а дальше прокладывайте пластик.
2. Толстостенный полипропилен плохо проводит тепло, из-за чего накладной датчик станет откровенно врать, а трехходовой кран – запаздывать. Для корректной работы узла участок между насосом и теплогенератором, где стоит медная колба, тоже должен быть металлическим.

Другой момент – место установки циркуляционного насоса. Лучше всего ему стоять там, где он изображен на схеме – на обратке перед дровяным котлом. Вообще, ставить насос можно и на подаче, но вспомните, о чем говорилось выше: при аварийной ситуации в подающем патрубке может появиться пар. Насос не может перекачивать газы, поэтому при попадании в него пара циркуляция теплоносителя остановится. Это ускорит возможный взрыв котла, ведь он не будет охлаждаться протекающей из обратки водой.

Способ удешевления обвязки

Схему защиты от конденсата можно удешевить, если поставить трехходовой смесительный клапан упрощенной конструкции, не требующий подключения накладного температурного датчика и термоголовки. В нем уже вмонтирован термостатический элемент, настроенный на фиксированную температуру смеси 55 либо 60 °С, как это изображено на рисунке:

Специальный 3-ходовой клапан для твердотопливных отопительных агрегатов HERZ-Teplomix

Примечание. Подобные клапаны, поддерживающие фиксированную температуру смешанной воды на выходе и предназначенные для установки в первичный контур твердотопливного котла, выпускают многие известные бренды — Herz Armaturen, Danfoss, Regulus и другие.

Установка такого элемента однозначно позволяет сэкономить на обвязке ТТ-котла. Но при этом теряется возможность изменения температуры теплоносителя с помощью термоголовки, а ее отклонение на выходе может достигнуть на 1—2 °С. В большинстве случаев эти недостатки несущественны.

Вариант обвязки с буферной емкостью

Наличие буферной емкости крайне желательно для работы котла на твердых видах топлива и вот почему. Чтобы агрегат функционировал эффективно и производил тепло с заявленным в паспорте КПД (от 75 до 85% у разных типов), он должен действовать на максимальном режиме. Когда прикрывается воздушная заслонка с целью замедлить горение, в топке наблюдается недостаток кислорода и КПД сжигания дров снижается. При этом возрастают выбросы в атмосферу угарного газа (СО).

Для справки. Именно из-за выбросов в большинстве европейских стран запрещается эксплуатировать твердотопливные котлы без буферной емкости.

С другой стороны, при максимальном горении температура теплоносителя в современных теплогенераторах достигает 85 °С, а одной закладки дров хватает всего часа на 4. Это не устраивает многих владельцев частных домов. Решение проблемы – поставить буферную емкость и включить ее в обвязку ТТ-котла таким образом, чтобы она служила баком-аккумулятором. Схематично это выглядит так:

Измеряя температуру Т1 и Т2, можно настроить послойную загрузку емкости балансировочным вентилем

Когда топка горит вовсю, буферная емкость накапливает тепло (на техническом языке – загружается), а после затухания отдает его в отопительную систему. Для управления температурой теплоносителя, подающегося в радиаторы, с другой стороны от бака-аккумулятора тоже ставится трехходовой смесительный клапан и второй насос. Теперь вовсе не обязательно бегать к котлу каждые 4 часа, ведь после затухания топки обогрев дома какое-то время будет обеспечивать буферная емкость. Как долго – зависит от ее объема и температуры нагрева.

Для справки. На основании практического опыта вместительность теплоаккумулятора можно определить так: на частный дом площадью 200 м² понадобится бак объемом не менее 1 м³.

Есть парочка важных нюансов. Чтобы схема обвязки благополучно работала, нужен твердотопливный котел, чьей мощности хватит на одновременное отопление и загрузку буферной емкости. Значит, нужна мощность в 2 раза выше расчетной. Другой момент – подбор производительности насосов таким образом, чтобы расход в котловом контуре немного превышал количество протекающей воды в контуре отопительном.

Интересный вариант стыковки ТТ-котла с самодельным буферным резервуаром (он же — бойлер косвенного нагрева) без насоса продемонстрирован нашим экспертом в видеосюжете:

Совместное подключение двух котлов

Для повышения комфорта отопления частного дома многие хозяева устанавливают два и более источника тепла, работающие на разных энергоносителях. На данный момент наиболее актуальны сочетания котлов на:

• природном газе и дровах;
• твердом топливе и электричестве.

Соответственно, газовый и твердотопливный котел надо подключить таким образом, чтобы второй автоматически замещал первый после сжигания очередной порции дров. Такие же требования выдвигаются и к обвязке электрокотла с дровяным. Это сделать достаточно просто, когда в схеме обвязки участвует буферная емкость, поскольку она одновременно играет роль гидрострелки, что и показано на рисунке.

Как видите, благодаря наличию промежуточного бака-аккумулятора 2 разных котла могут обслуживать сразу несколько распределительных контуров отопления – батареи и теплые полы, и вдобавок загружать бойлер косвенного нагрева. Но теплоаккумулятор с ТТ-котлом ставят далеко не все, поскольку это недешевое удовольствие. На этот случай существует простая схема, причем ее можно смонтировать своими руками:

Примечание. Схема справедлива как для электрического, так и для газового теплогенератора, работающего вместе с твердотопливным.

Здесь основным источником тепла является дровяной отопитель. После прогорания закладки дров температура воздуха в доме начинает падать, что регистрирует датчик комнатного термостата и тут же включает нагрев электрокотлом. Без новой загрузки дров температура в подающей трубе снижается и накладной механический термостат отключает насос твердотопливного агрегата. Если спустя какое-то время его разжечь, то все произойдет в обратном порядке. Подробно об этом способе совместного подключения рассказано на видео:

Обвязка методом первичных и вторичных колец

Существует еще один способ совместной обвязки твердотопливного котла с электрическим для обеспечения большого числа потребителей. Это метод первичных и вторичных колец циркуляции, который предусматривает гидравлическое разделение потоков, но без использования гидрострелки. Также для надежной работы системы требуется минимум электроники, а контроллер не нужен вообще, невзирая на кажущуюся сложность схемы:

Хитрость в том, что все потребители и котлы подсоединяются к одному первичному кольцу циркуляции как подающим трубопроводом, так и обратным. За счет малого расстояния между подключениями (до 300 мм) перепад давлений выходит минимальным по сравнению с напором насоса главного контура. Благодаря этому движение воды в первичном кольце не зависит от работы насосов колец вторичных. Меняется лишь температура теплоносителя.

Теоретически в главный контур может быть включено сколько угодно источников тепла и вторичных колец. Главное, верно подобрать диаметры труб и производительность насосных агрегатов. Фактическая производительность главного кольцевого насоса должна превышать расход в самом «прожорливом» вторичном контуре.

Чтобы этого добиться, необходимо выполнить гидравлический расчет и только потом удастся верно подобрать насосы, так что без помощи специалистов обычному домовладельцу не обойтись. Кроме того, надо увязать работу твердотопливного и электрического котлов путем установки отключающих термостатов, о чем рассказано в следующем видео:

Заключение

Как вы могли убедиться, правильно произвести обвязку котла на твердом топливе не так уж просто. К вопросу надо отнестись ответственно и перед выполнением работ по монтажу и подключению дополнительно проконсультироваться со специалистом, чья квалификация не вызывает сомнений. Например, с таким, кто дает пояснения в представленных видеороликах.

Рекомендуем:

Как сделать горелку Бабингтона Как правильно выбрать твердотопливный котёл длительного горения Почему тухнет газовый котел и как устранить неисправность своими руками

Источники: http://cotlix.com/sxema-obvyazki-tverdotoplivnogo-kotla-podklyuchenie-k-sisteme-otopleniya, http://otoplenie-expert.com/elementy-otopleniya/bufernaya-emkost-dlya-tverdotoplivnogo-kotla.html, http://otivent.com/obvyazka-tverdotoplivnogo-kotla

Схема подключения теплоаккумулятора к твердотопливному котлу

На сегодняшний день современные котлы твердотопливного типа нашли широкое применение среди тех, кто является владельцем загородного дома. Оборудование, которое работает на качественном твердом топливе становится идеальной альтернативой газовому, поэтому с каждым днем набирает все большую популярность.

Тщательно продуманная грамотная обвязка значительно увеличивает срок активной эксплуатации отопительного устройства. Сейчас среди самых разных вариаций подключения довольно распространенным и востребованным стала установка современного теплоаккумулятора, который идеально подходит для твердотопливных котлов самых разных моделей.

 

Данная схема дает возможность всем, кто проживает в доме, значительно сэкономить финансовые траты на отопление и максимально снимает высокое напряжение с котла в моменты самых резких пиковых нагрузок. Как подобрать оборудование и выполнить надежное подключение теплового аккумулятора твердотопливных котлов?

Выбор качественного оборудования

Непосредственно аккумулятор выбирают под заранее приобретенный котел твердотопливного типа и подсчитывают параметры так, чтобы он запросто мог по максимуму аккумулировать тепловую энергию, которая была выработана непосредственным источником требуемого тепла.

Приоритетом и главным критерием выбора современного и продуманного теплоаккумулятора будет сам котел, если его рабочее время теплопоступления и мощность как-то лимитированы:

• Для выработки тепла только единственной разовой загрузки любого топлива и дальнейшим его разбором установленной системой полного отопления в течение целых суток.
• Накопителем солнечного типа определенной и требуемой для стабильной работы котла мощности, где собирается тепло исключительно в светлое время дня и стабильно равномерным или же исключительно пиковым использованием.

Схема подключения

Основным показателем к выбору хорошего теплоаккумулятора становится сам потребитель, когда есть необходимость покрывать установленную нагрузку теплового характера за какой-то отрезок времени.

Приобрести данное устройство необходимо в соответствии с индивидуальными потребностями, а также характеристиками установленного твердотопливного котла.

Заранее спроектируйте, какой именно теплоаккумулятор вам необходим, чтобы он смог полностью выполнять возложенные на него функции и задачи по усилению и контролю вырабатываемой тепловой энергии котлом.

Какие расчеты подразумевает установка теплоаккумулятора?

Установка теплоаккумулятора

Расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла проводится максимально точно и внимательно. Данное устройство является достаточно габаритным, поэтому его установка должна быть внесена еще в самый первый проект системы отопления.
Расчет буферной емкости твердотопливного котла проводится, исходя из установленного соотношения 30, 40 или 50 литров всего объема емкости на 1 кВт фиксированной мощности котла.

Исходя из продуманной схемы применения, применяются разные методики, которые помогают провести расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла. При тщательном подборе рекомендуется максимально учитывать такие рекомендации:

1. Чем значительнее показатель пикового теплопотребления отличается от установленного среднечасового, а также чем дольше оно длиться, тем и больше необходим объем бака для накопления в нем нужного тепла.
2. Давление номинальное, где аккумулируется тепло, должно непременно быть по максимуму больше, чем обычное рабочее давление.
3. Теплоаккумулятор, который подключается к любому твердотопливному котлу, правильно аккумулирует нужное тепло, которое генерировалось хотя бы одной разовой загрузкой.
4. В каждой схеме подключения устройства в обязательном порядке должны быть предохранительные клапаны и предусмотренный расширительный бак.

Выбор теплоаккумулятора для котла

Каждый расчет должен проводиться внимательно и четко. Помните о том, что от правильности учета всех факторов зависит безопасность дома и жильцов в нем. Если подключение теплоаккумулятора будет выполнено неправильно или даже с минимальной ошибкой, это грозит неприятными и достаточно опасными последствиями.

Вы должны быть абсолютно уверенными в том, что учли каждый показатель и фактов, правильно просчитали потребности в тепле, а продуманная схема подключения бака к самому твердотопливному котлу правильна и надежна.

Подключение: профессиональные рекомендации

Чтобы правильно и максимально эффективно реализовать систему частного отопления на основе любого твердотопливного котла, можно подключать теплоаккумулятор несколькими методами. Они довольно распространены среди профессиональных мастеров, но этому можно обучиться и самостоятельно, так как в данных схемах нет ничего сложного и сверхъестественного.

Совет! Рассмотрите тот факт, что стоимость работ напрямую зависит от основного принципа построения системы постоянной циркуляции топлива в котле.

Схема подключения теплоаккумулятора

С подмешиванием жидкости

Схема подключения теплоаккумулятора к твердотопливному котлу распространенного типа предельно понятна. Легко и доступно применяется в обвязках систем постоянного отопления, которые основываются на циркуляции простого гравитационного типа топлива в котле. В этой ситуации происходит такое:

• Во время нагревания установленного объема воды в самом теплообменнике устройства начинается ее циркуляция по всей системе установленного трубопровода, который проходит через клапан бойлера.
• Когда заданная пользователем температура достигается, встроенный клапан активно начинает работать и соответственно поддерживать установленный заранее показатель, понемногу подмешивая только холодную воду из самого бойлера.
• В этот момент в бак наливается горячая вода из установленного агрегата — так происходит зарядка теплоаккумулятора.
• За все время, которое может быть определено только баком бойлера, топливо полностью выгорает.
• Начинает обратный процесс, который состоит в подаче воды на небольшие радиаторы. Стабильность температуры сохраняется все время.
• Когда непосредственный источник нужного тепла не может поддержать стабильный нагрев воды в емкости теплоаккумулятора, установленный клапан оперативно и надежно перекрывается, а система моментально приобретает свое исходное состояние.

Если электропитание отсутствует или же циркулярный насос отказывает, бойлер сразу переходит в специальный буферный режим, который дает возможность всей системе работать только на обратном клапане.

Подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу

Набранная вода, которая нагрелась до этого момента в самом котле, далее активно поступает в установленный бак. Затем она направляется к нескольким радиаторам отопления. За счет этого непрерывного процесса обеспечивается плавное нагревание воды и аккуратное падение высоких температур.

Совет! Чтобы функционирование схемы отопления было на высоте, теплоаккумулятор надо монтировать достаточно высоко, чтобы не было контакта с радиаторами отопления.

С гидрораспределением

Система такого типа продается практически для каждой модели котла. За счет них можно предусмотреть беспрерывную и стабильную подачу электроэнергии. Чтобы вся обдуманная система работала правильно и налажено, стоит правильно и четко предусмотреть источник стабильного и полноценного питания.

Возможно реализовать такой принцип: установленный бойлер послужит лишь специальной емкостью, которая по максимуму стабилизирует температуру достаточно большого и необходимого для комфорта в помещении объема воды. В этом есть смысл в том случае, когда надо сразу давать питание на несколько контуров частного отопления.

Подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу такого типа также нашла широкое применение у современных пользователей и застройщиков.

 

Какую именно схему подключения теплоаккумулятора выбрать зависит исключительно от индивидуальных потребностей владельца дома и проживающих там. Тут надо взвесить все преимущества и недостатки, а также учесть множество факторов, которые могут значительно повлиять на окончательный выбор.

Достаточно многое зависит от площади, которая будет отапливаться с помощью твердотопливного котла; используемых элементов и агрегатов всей установки; рассчитанного количества контуров, которые будут сделаны в обвязке; наличия продуманной системы горячего стабильного водоснабжения всего помещения.

Правильно организовать схему подключения является непростой задачей, которая требует к себе повышенной концентрации и правильного подхода. Если нет уверенности в своих знаниях, лучше доверить процесс опытным и квалифицированным специалистам.

Вас могут заинтересовать:

Теплоаккумулятор подключение. Схема подключения теплоаккумулятора к твердотопливному котлу

Подключение котла к теплоаккумулятору

Теплоаккумулятор дает очень большой эффект для работы твердотопливного котла. С его помощью можно повысить КПД котла, обезопасить себя от закипания системы или даже взрыва котла. Также такое оборудование помогает более точно контролировать и регулировать температуру в доме. Также с помощью теплоаккумулятора можно продлить срок службы котла. Какой принцип такой системы мы вам расскажем позже, а сегодня мы хотим поговорить на тему теплоаккумулятор подключение.

 

Есть много принципов монтажа теплоаккумуляторов, но всех их объединяет один фактор. Обязательно должна присутствовать группа безопасности, которая в случае выхода системы отопления из строя с повышением температуры и давления в контуре сбросит лишнее давление. Таким способом вы защищаете саму емкость от разрыва. Также мы вам рекомендуем теплоаккумулятор подключение производить путем монтажа дополнительных кранов американок. Они вам понадобятся в том случае, когда вы захотите изменить систему отопления или модернизировать ее. Тогда вам не нужно будет сливать всю воду с системы, а достаточно будет просто перекрыть краны и производить необходимые работы.

 

Теплоаккумулятор подключение зависит от типа системы отопления. Если у вас гравитационная система с одним контуром радиаторов, тогда такой бак подключать очень легко. Для этого нужно соблюдать лишь несколько простых требований. Котел с баком подключается стальными или реже медными трубами. Полипропиленовые трубы лучше не использовать, так как они при нагревании сильно деформируются, и может быть потерян уклон, который обеспечивает циркуляцию. Стальные трубы также должны иметь уклон, чтобы вода циркулировала самотеком. Также нужно следить, чтобы выход трубопровода с бака, который идет к радиаторам, был выше, чем вход трубы в радиаторы. Такая система полностью автономна и может работать без электричества.

 

Есть второй тип, при котором теплоаккумулятор подключение происходит с помощью подмешивающего клапана и циркуляционного насоса.  Самая высокая эффективность достигается при работе с ладоматом. Этот блок подмеса уже имеет и подмешивающий клапан и циркуляционный насос. Он также может исполнять свою функцию даже при отключении электричества. Такой блок автоматически и постепенно регулирует поток воды на нагрев теплоносителя и на прогрев котла, чтобы он не конденсировал. Если вы ставите трехходовой клапан и насос отдельно, тогда клапан будет сначала прогревать котел, а потом бак и систему отопления.

 

Есть одна важная рекомендация, при которой теплоаккумуляторы подключение между котлом и баком нужно делать с помощью стальных труб с возможностью самостоятельной циркуляции. Такой способ дает дополнительную безопасность. В случае отклюючения электричества, бак сможет принять все лишнее тепло с котла и сохранить. Если бы бака не было, то при не работающем насосе, котел может закипеть.

 

Есть одна ошибка, которую допускают новички, которые до конца не разобрались в принципе работы аккумуляторов тепла. Теплоаккумулятора подключение не нуждается в различных обводных линиях. Эти линии монтируют, мотивируя  тем, что если я не хочу ждать, пока нагреется весь бак и только потом начнет прогреваться система, тогда я смогу отключить бак. Но, нужно понимать, что тепло в систему идет сразу, так как горячая вода находится вверху бака. Поэтому эти линии это пустая трата ресурсов.

Схема подключения (обвязки) буферной емкости с твердотопливным котлом

Схема подключения буферной емкости с твердотопливным котлом позволяет обеспечить стабильную работу в таком режиме и не тратить лишнее топливо.

Обвязка твердотопливного котла с буферной емкостью

В дополнение к приборам, используемым в традиционной схеме подключения, потребуется еще один циркуляционный насос и буферная емкость (тепловой аккумулятор). По своей сути, обвязка такого типа позволяет сформировать двухконтурную систему отопления, при которой теплоноситель, нагреваемый котельным оборудованием, не поступает непосредственно в радиаторы. По основной сети циркулирует вода, нагреваемая именно в теплообменнике.

Приведенная схема работает следующим образом:

1. Теплогенератор работает в режиме максимальной мощности с высоким КПД.
2. В течение горения закладки дров, вода циркулирует по малому контуру — котел-теплоаккумулятор. В этот период обменный бак набирает тепловую энергию, отдавая только требуемую ее часть в радиаторы.
3. Теплоноситель основного контура нагревается за счет теплообмена в тепловом аккумуляторе, способном поддерживать стабильную температуру длительное время.
4. При прогорании закладки топлива отопление функционирует только за счет накопленной в буфере тепловой энергии. Это позволяет отказаться от необходимости добавлять дрова или уголь, температура в системе и так будет поддерживаться на требуемом уровне.

Циркуляция в основной сети обеспечивается дополнительным насосом. А при помощи установленного трехходового клапана можно регулировать температуру теплоносителя на подаче.

Время поддержания работоспособности отопления при затухании зависит от объема включенного в систему накопителя. Для дома площадью 200 квадратов потребуется теплоаккумулятор на 1 м3 и более. Такого запаса хватит на 3-4 часа работы.

Особенности подбора оборудования для обвязки ТТ котла с теплоаккумулятором

Чтобы система работала эффективно и экономно, учитывайте следующие моменты:

• Котел должен обладать существенным запасом по тепловой мощности. В режиме активного горения он должен обеспечивать и отопление дома, и загрузку (накопление энергии) в буфере. Рекомендовано использовать оборудование с 2-кратным резервом по теплоотдаче.
• Скорость циркуляции теплоносителя в малом контуре (котел-буфер) должна быть выше, чем в основной сети. Подбирайте циркуляционные насосы с учетом этого требования по производительности.

Схема подключения твердотопливного котла с буферной емкостью позволяет упростить управление, поддерживать стабильную комфортную температуру в помещении при сокращении расхода топлива. Дополнительное оборудование окупается за 2-3 сезона.

Обвязка твердотопливного котла отопления — схема с теплоаккумулятором и без

Сегодня посмотрим, как делается обвязка твердотопливного котла отопления схема с теплоаккумулятором и без оного.

Вообще, мы уже с вами разбирали, как производится обвязка твердотопливного котла отопления. Схема с теплоаккумулятором отличается от указанной тем, что здесь наличествует собственно тепловой аккумулятор и трехходовой клапан подмеса.

Простая схема обвязки твердотопливного котла отопления

Как уже отмечалось выше, схема обвязки для твердотопливного котла максимально простая и содержит следующие элементы:

1. Теплогенератор – твердотопливный котел.
2. Группа безопасности на выходе ТТ котла.
3. Подающий трубопровод – металлический участок (в случае ПП труб СО).
4. Циркуляционный насос на обратке котла.

Из всего этого стоит пояснить лишь 4 основных момента:

1. Группа безопасности ставится на выходе котла и не может быть отделена от котла никакой запорной арматурой.
2. Металлический участок на выходе из котлы (примерно 2-3 метра) необходим для того, чтобы в случае использования полипропиленовых труб в системе отопления они не были повреждены при закипании ТТ котла.
3. Циркуляционный насос в обязательном порядке должен быть подключен к ИБП и АКБ. В противном случае при отключении электричества ТТ котел легко перегреть и «вскипятить» систему.
4. Иногда логично добавить в стандартную систему так называемую «буферную емкость». Это не ТА, это буфер между ТТ котлом и системой отопления.

Что касается буферной емкости, то про нее уже подробно писали и вроде все «разжевали» — смотрите соответствующие материалы в категории «Твердотопливные котлы».

Стоит только сказать, что при наличии буферной емкости появляется возможность использования ТТ котла совместно с теплыми жидкостными полами в доме.

 

Схема обвязки твердотопливного котла с тепловым аккумулятором

Фактически это та же обвязка твердотопливного котла отопления. Схема с теплоаккумулятором добавляет сюда сам тепловой аккумулятор и трехходовой клапан подмеса.

Если мы используем такую схему, то стоит также прояснить еще 3 момента в дополнение к тем, что были уже описаны для стандартной ТТ схемы:

1. Основная функция трехходового узла подмеса – следить за температурой в системе отопления и добавлять в нее горячую воду из теплоаккумулятора.
2. Чтобы нагревать объем воды в тепловом аккумуляторе, нужно использовать твердотопливный котел избыточной мощности.
3. Объем теплового аккумулятора подбирается исходя из объема внутренних помещений дома и степени его утепленности.

Итак, если вы хотите нагревать теплоаккумулятор ТТ котлом примерно номинальной мощности, то вас ждет разочарование. Скажем для дома в 200 квадратных метров вы поставили ТТ котел на 20 киловатт и к нему теплоаккумулятор на 2,5 тонны, то есть объемом на 2 500 литров или 2,5 кубометра.

Мощности твердотопливного котла с такими характеристиками хватит, чтобы отапливать хорошо утепленный дом указанной площади. Но не хватит, чтобы одновременно отапливать дом и еще нагревать теплоноситель в теплоаккумуляторе.

Для этой цели вам понадобится ТТ котел с минимальной мощностью в 40 кВт. А еще лучше в 50-60 кВт. Таким котлом вы относительно быстро нагреете воду в ТА и далее уже температуру в системе будет поддерживать трехходовой узел подмеса.

Примечание. Вообще-то, нагреть ТА можно будет и ТТ котлом в 20 кВт. Но если котлом в 60 кВт вы нагреете такой объем за один подход, то 20-тикиловаттный котел вам придется «жарить» круглые сутки.

Теплоаккумулятор своими руками — как сделать своими руками для отопления

Теплоаккумулятор встраивается в систему отопления для того, чтобы температура во всей квартире или в доме была равномерной, а теплоноситель отдавал свое тепло постепенно. Это удается получить за счет того, что в теплоаккумуляторе очень быстро накапливается тепловая энергия, которая вырабатывается в процессе работы твердотопливного котла.

Данная энергия рассчитана на то, чтобы минимизировать теплопотери дома и, по возможности, компенсировать их за счет подачи определенного количества разогретого теплоносителя в радиаторы отопительной системы.

Итак, принцип работы данного устройства заключается в следующем: теплоноситель направляется в аккумулятор в верхнюю часть, а снизу отводится остывший теплоноситель. За счет подобного подключения не происходит перемешивания. С течением времени и циркуляции теплоносителя из аккумулятора постепенно уходит холодная вода.

За счет подобной конструкции радиатор и котел работают независимо друг от друга и способны нормально функционировать в своем режиме. Стоит отметить, что радиаторы в данном случае будут работать примерно по такому же принципу, что и в централизованной системе отопления.

С помощью теплоаккумуляторов можно не только поддерживать комфортную температуру в помещении, но и обеспечить проживающих людей горячей водой и сильно снизить финансовые затраты на само отопление

Теплоаккумулятор своими руками

Если владелец дома или квартиры собирается сделать подобную конструкцию самостоятельно, то ему поначалу следует точно выяснить, какие именно функции она выполняет.

С помощью теплоаккумуляторов можно не только поддерживать комфортную температуру в помещении, но и обеспечить проживающих людей горячей водой и сильно снизить финансовые затраты на само отопление. За счет установки подобного оборудования можно сразу объединить несколько источников тепла, образовав один общий контур.

Выполняем расчеты

Прежде чем приступить к изготовлению теплового аккумулятора, необходимо произвести все необходимые расчеты, которые помогут правильно подобрать объем изделия. В первую очередь, следует принимать во внимание, что требуемое количество тепловой энергии должно совпадать с уровнем потерь тепла.

Можно попробовать воспользоваться достаточно простым принципом, который не принимает во внимание разного рода дополнительные факторы, так как для отопления частного дома этого будет вполне достаточно.

При расчетах следует учитывать, что на каждые десять квадратных метров отапливаемой площади понапрасну расходуется 1 кВт тепла. Эта величина весьма усредненная, однако лучше всего отталкиваться именно от этого показателя.

Для грамотного восполнения потерь тепла нужно учитывать и момент, связанный с объемом воды, циркулирующей по отопительной системе, а также ее температуру. Приблизительно будет расходоваться около 7 тысяч кВт ежемесячно только на теплопотери для дома, отапливаемая площадь которого составляет порядка ста квадратных метров. По этой причине следует подбирать объем аккумулятора таким образом, чтобы он мог выделять подобное количество теплоты в указанный период.

Также надлежит помнить, что диапазон температуры в данном аккумуляторе будет равен 40 градусам – от 50 до 90. Более того, данные конструкции способны нормально функционировать даже при погашенном котле – их запаса энергии хватает на восемь часов беспрерывной работы.

Теплоаккумулятор имеет в своей конструкции определенную теплоизоляцию, чтобы вода не отдавала тепло стенкам бака. Лучше всего изолировать его с помощью теплоизоляционных материалов современного типа, так как они способны удерживать тепло в течение длительного времени. В принципе, толщины теплоизоляции, равной 10 см, будет вполне достаточно. Если же конструкция будет получаться чересчур громоздкой, то толщину этого слоя можно сделать несколько меньше.

Необходимые материалы и инструменты

Перед началом работы следует запастись всем необходимым, чтобы все находилось под рукой:

• Листовой утеплитель (наиболее качественным изделием на сегодняшний день является минеральная вата) – будет вполне достаточно 20-ти квадратных метров;
• Патрубки подходящего диаметра, по которым теплоноситель будет заходить в бак;
• Медные трубки или ТЭН;
• Цементно-песчаный раствор или бетонная плита подходящей толщины;
• Фольгированный скотч;
• Листовой металл – можно взять оцинкованную жесть, так как она не ржавеет и не поддается коррозионным процессам.

Схема подключения теплоаккумулятора

Изготовление

Когда все необходимые расчеты произведены, удалось определиться с объемом теплового аккумулятора, а под рукой есть все необходимое для сборки, можно начинать собирать саму конструкцию.

Если роль теплового аккумулятора будет выполнять металлическая бочка, то ее сначала следует полностью очистить от мусора, ржавчины и прочих загрязнений. Желательно также обработать изделие антикоррозийными составами хотя бы изнутри, но лучше и снаружи покрыть ими, чтобы ржавчина не образовывалась в течение как можно большего времени.

Для этого лучше взять ортофосфорную кислоту, покрыть ей поверхность металла, а затем для лучшей гидроизоляции обработать бочку четырьмя или даже пятью слоями грунтовки.

На следующем этапе следует позаботиться о том, чтобы тепло не уходило из бочки. Это нужно для того, чтобы вода оставалась подходящей температуры в течение длительного периода времени. Кроме того, теплоизоляция предназначена для недопущения нагрева окружающего аккумулятор воздуха. Это позволит значительно сэкономить энергию.

Если минеральную вату достать не удалось, то вместо нее можно взять пенопласт, толщина которого должна составлять не более 10 см. С этим материалом довольно легко работать – резать и крепить. Более того, он достаточно легкий.

В случае с минеральной ватой закреплять ее придется при помощи фольгированного скотча, плотность этого утеплителя значительно выше. При необходимости можно изготовить дополнительный внешний кожух из жести или другого листового металла.

В дальнейшем следует сделать змеевик, внутри которого будет перемещаться теплоноситель. Он изготавливается из медных трубок, диаметр которых должен быть не более 30 мм. Длина этого элемента конструкции напрямую зависит от того, насколько большого объема получился теплоаккумулятор. В среднем тратится порядка 15 метров этой трубы. Этот элемент должен быть подключен к котлу, так как по нему будет проходить горячая вода. Холодная вода, расположенная в баке, начнет разогреваться именно благодаря данному змеевику.

Конструкция практически полностью готова. Нужно проделать два отверстия, через которые будут подводиться подводящие и отводящие патрубки. На них в дальнейшем нужно будет установить запорную арматуру.

На место, где будет установлена данная бочка, следует положить бетонную плиту или же изготовить какое-нибудь иное жесткое основание, чтобы конструкция в процессе эксплуатации не сошла со своего места. Его можно выложить из кирпича или же залить пол бетоном самостоятельно.

Инструкция по изготовлению теплоаккумулятора

Модернизация теплоаккумулятора

Ранее была описана классическая конструкция теплоаккумулятора, однако есть несколько элементарных хитростей, с помощью которых можно сделать работу данного устройства более эффективной и экономичной:

• Снизу можно разместить еще один теплообменник, функционирование которого будет базироваться на использование солнечных коллекторов. Этот вариант подойдет для пользователей, которые предпочитают экологически чистую энергию;
• Если система отопления обладает несколькими контурами работы, то лучше всего разделить бочку внутри на несколько секций. Это позволит в дальнейшем сохранять температуру на весьма приемлемом уровне в течение максимально долгого времени;
• Если позволяют финансовые средства, то в качестве утеплителя можно взять пенополиуретан. Этот материал стоит намного дороже, однако он удерживает тепло значительно лучше. Вода будет сохранять температуру в течение очень долгого времени;
• Можно установить сразу несколько патрубков, которые позволят сделать систему отопления более сложной, оборудовать ее сразу несколькими контурами;
• Разрешается установить дополнительный теплообменник вместе с основным. Вода, разогревающаяся в нем, будет использоваться для разного рода бытовых нужд – это достаточно удобно.

Как подключить

На начальном этапе следует установить котел согласно схеме. На трубу, которая будет идти к накопителю, нужно будет поставить специальную группу безопасности и трехходовой клапан, чтобы не допустить возникновения конденсата. В дальнейшем к системе следует подключить теплоаккумулятор, а к трубе, выходящей из него, нужно будет присоединить трехходовой смесительный кран.

Теплоаккумулятор не обойдется без установки циркуляционного насоса, который должен быть оснащен релейным термостатом с погружной гильзой. Также следует устанавливать два обратных клапана.

Блиц-советы

• Теплоаккумуляторы на сегодняшний день набирают все большую и большую популярность во многом благодаря таким своим характеристикам, как эффективность и экономность.
• Загружать топливо в котел, подключенный к системе отопления с интегрированным теплоаккумулятором, можно раз в сутки, а если конструкция будет более совершенной, то топливо придется добавлять один раз в несколько дней.
• Первый запуск котла следует проводить в присутствии соответствующих специалистов. Они должны будут проконтролировать, насколько правильно работает вся система, есть ли циркуляция воды в отоплении, нет ли протечек, достаточно ли хорошо утеплен тепловой аккумулятор и так далее.
• Теплоаккумулятор может прекрасно сочетаться с котлами, работающими на газе или на электричестве.

Теплоаккумулятор для твердотопливного котла: особенности расчета и использования

Автор Евгений Апрелев На чтение 5 мин Просмотров 2.1к.

Отсутствие возможности подключения к газовому магистральному трубопроводу толкает потребителя на использование электрических и твердотопливных (ТТ) теплогенераторов. Несмотря на массу достоинств как электрические, так и твердотопливные котельные установки не лишены недостатков. В первом случае – это высокая стоимость электроэнергии.

При получении энергии из твердого топлива основным негативным фактором будет необходимость постоянного контроля за количеством топлива в камере сгорания. Частично решить данную проблему позволит подключение теплоаккумулятора к твердотопливному котлу. О назначении и применении данного устройства в системе отопления (СО) и пойдет речь в этой публикации.

[contents]

Применение теплоаккумуляторов в ТТ отопительных системах

Стандартный тепловой аккумулятор (или, как его еще называют, буферная емкость) – это утепленная емкость (бочка), заполненная теплоносителем, использующаяся для накапливания излишков тепла, возникающих при работе ТТ котлов. Конструкция его такова, что без особого труда можно самому сделать теплоаккумулятор из подручных средств. Главное – точный расчет и грамотная схема включения.

Основные достоинства данного элемента:

1. Обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором позволяет экономить топливо. При работе, котел нагревает теплоноситель не только в отопительном контуре, но и непосредственно в баке. При прогорании топлива в топочной камере температура теплоносителя в СО поддерживается накопленным теплом аккумулятора тепла. Грамотное утепление и правильно подобранная емкость устройства позволяет сохранять тепло в СО на протяжении суток, что значительно сокращает расход топлива.
2. Бак-аккумулятор позволяет значительно увеличить срок службы ТТ котельного оборудования. Благодаря буферному баку, ТТ котел работает значительно меньше, в результате чего его срок службы увеличивается более чем вдвое.

Третьим, но не менее важным достоинством можно считать безопасность ТТ котлоагрегата которую обеспечивает теплоаккумулятор. Данная конструкция является наиболее эффективным механизмом поглощения избыточной тепловой энергии, которая часто приводит к аварийным ситуациям вследствие перегрева котла.

Типы буферных емкостей

Сегодня, на российском рынке климатической техники представлены аккумуляторы тепла, которые различаются:

• Функционалом. Данное устройство может выполнять только аккумулирующую функцию или одновременно с этим, играть роль бойлера косвенного нагрева для создания ГВС в доме.
• Количеством патрубков, наличие которых зависит от сложности конфигурации СО.
• Наличием ТЭНов, которые делают возможным использование буферной емкости, как полноценного электрокотла.
• Наличием дополнительного теплообменника, предназначенного для нагрева теплоносителя от альтернативных источников тепла (солнечных коллекторов).

Теплоакумулятор для твердотопливных котлов может давать возможность разделения внутреннего объема бака горизонтальными перегородками для контроля за температурой воды в каждом отдельном сегменте устройства.

Важно!  Исходя из назначения, все вышеперечисленные конструкции данного устройства могут исполняться в различных вариациях. Выбор бака-аккумулятора зависит от количества потребителей, конфигурации СО, количества теплогенераторов или других источников тепла.

Немного отвлечёмся, так как хотим сообщить вам, что нами был составлен рейтинг твердотопливных котлов по модеям. Подробнее вы сможете узнать из следующих материалов:

Стандартные схемы включения

Грамотный выбор схемы подключения теплового бака-аккумулятора зависит от множества факторов.

Данная схема применяется при одинаковой температуре и давлении воды СО как в котловом, так и в отопительном контуре.

На втором рисунке показана более рациональная схема включения теплоаккумулятора с регулировкой температуры теплоносителя посредством использования смесительных термостатических клапанов.

Данная схема применяется, если в отопительном и котловом контуре используется разный теплоноситель. Есть и второй вариант применения: когда давление в котловом контуре превышает допустимое в аккумулирующем тепло баке.

Показанные выше схемы применимы при организации ГВС, посредством проточного теплообменника или бака, интегрированного в аккумулятор тепла.

Схема предназначена при наличии двух котельных установок, одним из которых может быть солнечный водонагреватель.

Схема подключения при наличии трех теплогенераторов.

Совет: несмотря на кажущуюся простоту, схема обвязки твердотопливного котла отопления с теплоаккумулятором требует тщательного анализа и проектирования с большим количеством сложных теплотехнических расчетов, которые следует доверять исключительно профессионалам.

Подбор бака-аккумулятора

Основным критерием при выборе данного элемента СО является его объем.

• Расчет теплоаккумулятора для твердотопливного котла зависит от мощности котельной установки. В точный расчет входят данные о максимальной загрузке топливной камеры конкретной модели котла; теплопотери в СО и прочие данные. Из-за специфики расчетов их необходимо заказывать в специализированной организации.

  Совет: Можно воспользоваться упрощенной методикой, где на 1кВт мощности котельной установки требуется 25 литров объема бака-аккумулятора.

• Следующее, на что следует обращать внимание при подборе данного устройства – это на давление в системе.

  Совет: если давление в СО не превышает 3 Бара, то приобретайте аккумуляторы тепловой энергии стандартной конструкции. Если давление в системе колеблется в пределах 3-8 Бар, то необходимо обращать внимание на устройства, оснащенные сферическими (тороидальными) крышками.

• Всегда обращайте внимание на материал, из которого сделан бак. Чаще всего – это углеродистая сталь. Более дорогие (и коррозийно-устойчивые) делают из нержавеющей стали.

В качестве заключения: В сети масса материала, когда обычный человек сам сделал и установил теплоаккумулятор. Действительно, если в вашем распоряжении есть сварочный аппарат, необходимый материал, а также «прямые руки», то проблем нет. Единственное, что нужно понимать: разгерметизация аккумулирующего бака (вследствие коррозии или некачественных сварочных работ) приведет к выходу из строя всей системы отопления и к огромным финансовым затратам на восстановление внешнего вида помещения после протечки теплоносителя.

границ | Ragone Relations для технологий хранения тепловой энергии

Графический реферат . Сосредоточенная тепловая емкость помещается в середину теплопроводности, чтобы эффективно согласовывать постоянную времени в динамическом тепловом отклике.

Введение

Полвека назад компания Ragone опубликовала обзор электрохимических батарей и батарей на топливных элементах (Ragone, 1968), чтобы сравнить мощность и энергетические характеристики батарей в электрических автомобильных приложениях до появления подключаемых электромобилей (электромобилей). (Ротеринг, Илич, 2011).Это графическое сравнение, позже названное «графиком Рагона», наглядно и количественно показывает, как разные аккумуляторные технологии сравниваются с этими двумя показателями производительности для электромобилей. Автомобильные приложения особенно требовательны к аккумуляторам из-за необходимости как диапазона, так и ускорения (Kroeze and Kerin, 2008). Согласование батарей с сильноточными двигателями особенно сложно из-за малого времени отклика первых и собственного постоянного тока на выходе.

После этого график Рагона стал важным методом картирования для сравнения различных технологий электрохимического накопления энергии.Например, Кристен и Карлен (Кристен и Карлен, 2000) смоделировали производительность устройств накопления энергии с помощью физических основ, а позже Кристен и Олер предложили оптимизированные устройства накопления энергии на основе графика Рагона (Кристен и Олер, 2002). Саймон и Гогоци (Simon and Gogotsi, 2008) считали, что электрохимические конденсаторы мотивируют исследования материалов, направленных на приложения с высокой мощностью и энергией. Etacheri et al. использовал график Рагона (Etacheri et al., 2011) для оценки ведущих исследований литиевых (Li) -ионных батарей.Уинтер и Бродд (Winter and Brodd, 2004) использовали этот подход для обзора аккумуляторов и других технологий хранения, включая топливные элементы.

Здесь мы сосредотачиваемся на хранении тепловой энергии для потенциального использования в различных зависящих от времени системах управления тепловой энергией и тепловым режимом, в которых тепло должно эффективно храниться и передаваться. Традиционные накопители тепловой энергии изучались как недорогая альтернатива электрохимическим батареям как форма накопления энергии, а иногда и как источник большей энергоемкости, например.g., геотермальная энергия (Lund and Freeston, 2001) и другие технологии хранения тепловой энергии (Guo and Goumba, 2018). Как и в случае с суперконденсаторами в силовой электронике, возникающий класс проблем, связанных с импульсными формами энергии, требует высокой плотности тепловой мощности в течение коротких периодов времени. Неизбежно подходы к увеличению удельной мощности аккумулирования тепловой энергии (использование большей объемной доли теплораспределителей, включение частиц или волокон с высокой теплопроводностью или использование ПКМ из сплавов с низкой температурой плавления) имеют тенденцию к увеличению удельной мощности за счет плотности накопления энергии.В таких случаях баланс между энергией и мощностью становится критическим, особенно для систем с ограниченным пространством или весом. Поэтому мы предлагаем здесь термический анализ Ragone, чтобы определить важные атрибуты для исследования материалов и разработки системы.

В этой статье сначала рассматривается близкая аналогия между тепловыми и электрическими системами, а также проводится сравнение и обсуждение их сходств и различий (Thornton et al., 1986; Ikeda et al., 2010). Затем в документе представлены показатели для аккумулирования тепла на основе обычных твердых материалов, а затем рассматриваются материалы с фазовым переходом (PCM) (Cabeza, 2015), специально используемые для управления температурным режимом в зависимости от времени.Показатель качества ( η _q ), основанный на аналитическом решении проблемы фазового перехода Неймана-Стефана, разработанном в предыдущей работе (Shamberger, 2016), помещен в контекст Ragone для рассмотрения однофазных материалов наряду с ПКМ. на эквивалентной основе.

Моделирование динамических характеристик

Электротермическая аналогия

Понятие емкости накопителя энергии является общим как для теплового, так и для электрического режимов. Как для проводящих, так и для изоляционных материалов описанная здесь аналогия обычно применима для твердых тел или жидкостей в состоянии покоя (т.е.е., без конвекции или адвекции), так как в электрическом режиме нет эквивалента конвективным процессам. Следовательно, некоторые методы анализа электрических цепей обычно применимы для анализа энергии в переходных и установившихся режимах тепловых проблем (например, Robertson and Gross, 1958). На практике тепловые проблемы обычно зависят от трехмерной геометрии вещества. Следовательно, здесь мы предполагаем сосредоточенные тепловые свойства, чтобы лучше увязать с электрической аналогией. В таблице 1 указаны эквивалентные термины в этой аналогии, включая соответствующие единицы СИ.Тепловые (электрические) параметры используют температуру (напряжение) в качестве потенциала, где тепловой (электрический) ток управляется пространственным градиентом в терминах потенциала. Термины емкость и сопротивление относятся к накоплению тепла (заряда) или сопротивлению тепловому (электрическому) току соответственно. В общем, электрические параметры содержат дополнительный потенциальный член в знаменателе, который происходит из того факта, что электрические параметры включают поток заряда вместо энергии.

Таблица 1 .Свойства и характеристики в термической и электрической аналогии, основанной на потоке энергии в прямоугольном твердом теле длиной L [м] и площадью поперечного сечения A [м ² ].

Например, в управлении тепловым режимом электроники количество теплового потока, допускаемое для прохождения пути при ограниченных размерах, является важным технологическим фактором. Это относится к аккумулированию тепла, где тепловой ток ведет себя аналогично электрическому току в электрохимических батареях.Компромисс между тепловой мощностью и энергоемкостью качественно эквивалентен выбору электрохимических батарей для электромобилей.

Сосредоточенная тепловая модель

Чтобы прояснить природу динамического накопления тепла, мы сначала проанализируем случай сосредоточенной однофазной тепловой массы, применяя подход эквивалентной схемы, взятый из электрического аналога. Мы рассматриваем объем, состоящий из прямоугольного блока с геометрией длиной L [м] в направлении теплового потока и площадью поперечного сечения A [м ² ], перпендикулярной направлению потока, и с адиабатическим боковым и конечные границы.Начальная температура блока равняется T ₀ . Поверхность теплового контакта определяется граничным условием Дирихле, где температура задается как постоянная величина для t > 0 в течение достаточно длительного времени. Считается, что противоположная сторона испытывает граничное условие Неймана, где градиент температуры всегда равен нулю (d T / d x = 0). В режиме зарядки энергией резервуар температуры на T _h контактирует в нулевой момент времени и после этого поддерживается.Температурный отклик на другом конце, а также накопление энергии и скорость накопления энергии представляют первостепенный интерес. В установившемся режиме ( t → ∞) температура приближается к T ( L, t ) → T _h , что соответствует полной зарядной емкости. Для случая контакта с холодным резервуаром ( T _c < T _h ) подход аналогичен, но с отводом тепла до тех пор, пока не будет достигнуто тепловое равновесие.На рисунке 1 показана концептуальная схема физических представлений.

Рисунок 1 . Схемы физических представлений случаев контакта с горячим резервуаром (слева) или холодным (справа) . В обоих случаях резервуар температуры первоначально контактирует с объектным блоком при t = 0.

Простую тепловую схему можно разработать по аналогии с электрическими схемами. В этой модели первого порядка сосредоточенная емкость существует в пределах общего теплового сопротивления ( R = R ₁ + R ₂ ) по всему объекту.Сосредоточенная тепловая масса не должна находиться ни на контакте, ни на противоположном конце, как показано на принципиальной схеме на Рисунке 2.

Рисунок 2 . Схема тепловой сети тепловой модели с сосредоточенными массами. В зависимости от контакта с горячим или холодным, направление потока энергии изменяется переключателем (SW).

Используя метод тепловых квадруполей (Maillet et al., 2000), оба сопротивления R ₁ и R ₂ , а также емкость C _eff могут быть отлиты в виде импедансы через преобразование Лапласа, с Z ₁ , Z ₂ и Z ₃ , описываемых как:

Z1 = Z2 = ch (γL) -1kAγsinh (γL), Z3 = 1kAγsinh (γL) (1)

, где γ = pα, а p — параметр преобразования Лапласа.Через длительный период времени с безразмерным временем α t / L ² → ∞ и его эквивалент в пространстве Лапласа (γ L ) ² = L ² p / α → 0, Z ₁ и Z ₂ асимптотически сходятся к чистым сопротивлениям полудлины ( L /2) твердого тела. Аналогично, Z ₃ сходится к чистой теплоемкости в пространстве Лапласа 1Ceffp, поскольку sinh ( x ) | _{x → 0} ≈ x .В литературе можно найти более общие методы аналитического моделирования с использованием функций Грина (Cole et al., 2011) и функций Бесселя (Ozisik, 1993). Они широко используются для определения деталей температурного профиля в определенное время. Однако в наших задачах для дальнейшего анализа гораздо важнее знать постоянную времени, а не данные временных рядов. Аналитическая модель позже проверяется путем сравнения с дискретной моделью и подтверждения численными расчетами с помощью нескольких методов конечных элементов.Тепловое сопротивление и емкость схемы на Рисунке 2 можно выразить как

.

, где эффективная емкость сосредоточена до средней точки полного теплового сопротивления. Блок сосредоточенной системы обозначен в графическом абстракте.

Постоянная времени переходного теплового отклика однофазного объема определяется как,

τ = Ceff × R1 = ρCp2kL2 = L22α (4)

Предполагается, что вклад эффективного сопротивления в переходную характеристику составляет половину (средняя точка).Это предположение впоследствии подтверждается моделью распределенной тепловой массы. Наибольший интерес здесь представляют зависящая от времени температура T ( L, t ) и скорость теплового потока Q. ( t ) на контакте. Определив превышение температуры на контакте как θ (t) = [T (L, t) -Tc] [T (L, t → ∞) -Tc], эта величина выражается как

θ (t) = (1-ехр (-tτ)) (5)

Зависящая от времени накопленная удельная энергия в твердом теле на единицу повышения температуры E ( t ) находится как E ( t ) = c _p θ ( t ) ).При t → ∞ удельная тепловая энергия, запасенная на единицу повышения температуры E * [Дж / кг / K] в этой сосредоточенной системе, сходится к полной удельной энергии, заполняющей емкость; следовательно, это становится традиционным определением удельной теплоемкости,

E * = E (t) | t → ∞ = cp (1-ехр (-tτ)) | t → ∞ = cp (6)

Удельная мощность (на массу аккумулирующего тепла и повышение температуры) Q. (t) [Вт / кг / K] проходит через контакт ( x = 0) и может быть выражена как

Q. (t) = dE (t) dt = cpddt (1-exp (-tτ)) = cpτexp (-tτ) (7)

Эта функция только уменьшается с увеличением времени.Следовательно, удельная мощность максимальна при t → 0 при установлении контакта и уменьшается до нуля при t → ∞. Максимальная удельная мощность

Q. * (T) = cpτexp (-tτ) | t → 0 = cpτ = 2kL2ρ (8)

Удельная мощность складывается из отношения двух элементарных свойств материала k / ρ, а удельная энергия по существу такая же, как классическое определение удельной теплоемкости c _p материала. Это показатели отношения тепловой мощности к энергии в режиме простой диффузии тепла.Это соотношение можно назвать тепловым соотношением Рагона по аналогии с электрохимическими батареями. График Рагона показывает максимальную удельную мощность для конкретной геометрии, следующей (Уравнение 8), как функцию максимальной удельной энергии, следующей (Уравнение 6). На рисунке 3 показан тепловой график Рагона для выбора однофазных материалов из таблицы 2.

Рисунок 3 . График термического Рагона для однофазных материалов (таблица 2). Включено влияние скрытой теплоты для парафинового воска (раздел «Моделирование материала с фазовым переходом»).Значения относятся к кубической геометрии длиной 0,1 м, окруженной адиабатическими границами, за исключением грани теплового потока. В расчетах используется начальная температура 40 ° C, температура контакта 60 ° C и температура плавления (парафин) 50 ° C.

Таблица 2 . Свойства материала выбранных твердых тел.

Распределенная термомассовая модель

Модель с распределенной термической массой была продемонстрирована ранее (Jackson and Fisher, 2016) с численным нестационарным анализом для однофазного материала.Этот подход оценивает способность описанной ранее модели сосредоточенной массы улавливать динамику теплового процесса. Граничные условия и размеры точно такие же, как у модели с сосредоточенными параметрами. Безразмерные температурные характеристики обеих моделей сравниваются на рисунке 4. i представляет собой номер элемента от контактной поверхности (0 ≤ i ≤ n ), а Δ x — это длина элемента, такая что L = n Δ x .Мы сравниваем нормализованное повышение температуры, полученное с помощью сосредоточенной модели и этой численной модели. На рисунке четко показано соответствие постоянных времени (при x = L ), когда нормализованные температуры достигают 63,2% от установившегося состояния. Различие, которое не отражает сосредоточенная модель, заключается в более медленном повышении температуры около x = L на ранних стадиях и более быстром переходе к установившемуся состоянию в течение времени, превышающего постоянную времени.

Рисунок 4 .Нормированные температурные характеристики дискретной модели ( n = 20). Модель с сосредоточенной массой выделена жирной линией для твердого кремния с постоянной времени 67,5 с.

Моделирование материала с фазовым переходом

Модель с сосредоточенной массой

Использование скрытой теплоты увеличивает удельную теплоемкость [Дж / кг] для накопителей энергии. Здесь разработана сосредоточенная массовая динамическая модель с эффективной теплоемкостью, которая включает фазовый переход с вкладом скрытой теплоты.Необходимо учитывать два набора свойств для жидкой и твердой фаз, для которых используются суффиксы l и s соответственно. При фазовом переходе изменениями объема для удобства пренебрегают, и, следовательно, геометрия остается жесткой емкостью. Используя подход, аналогичный методу энтальпии (Джексон и Фишер, 2015), вводится эффективная удельная теплоемкость c _{p, eff} . Мы рассматриваем температурное окно около истинной точки плавления, в котором критическими являются температура нижней стороны T _м1 и более высокая температура T _м2 .

cp, eff = cp, s (T , где H — теплота плавления. Фронт расплава перемещается по мере того, как потоки тепла, и положение, соответствующее средней температуре плавления, T _м = ( T _{м 1} + T _{м 2} ) / 2 , отслеживается. Следовательно, тепловая емкость, возникающая в результате комбинированного воздействия явного тепла в жидкости и твердом теле вместе со скрытой теплотой, сосредоточена на фронте плавления на расстоянии от источника x (0 ≤ x ≤ L ).Из-за этой динамики положение точки разделения, x , зависит от продвижения фронта плавления, в результате чего тепловые сопротивления Rl = xklA и Rs = (L-x) ksA зависят от времени. Тогда эффективная емкость определяется как

Ceff = (ρs (L-x) + ρlx) Acp, eff (12)

Таким образом, три элемента ( R _l , R _s и C _eff ) в динамической тепловой цепи по аналогии могут быть установлены, как показано на рисунке 5. .В качестве особого случая H = 0, и если свойства как для жидкой, так и для твердой фазы точно такие же, сосредоточенная точка массы становится L /2 и, следовательно, постоянная времени такая же, как обсуждалось ранее. Здесь мы определяем эффективную постоянную времени τ _eff в точке, где нормализованная температура достигла 63,2%.

Рисунок 5 . Модель сосредоточенной массы для материала с фазовым переходом (PCM). Эквивалентная аналитическая тепловая схема (слева) представляет собой одномерный динамический накопитель тепла (справа) .

Температурный отклик находится с помощью модели с единственной сосредоточенной тепловой массой, основанной на (Уравнении 5), но с приведенным выше выражением для C _eff . Также был проведен численный расчет с применением этого C _eff в модели, полученной в разделе «Распределенная термомассовая модель».

Аналитическая модель

Для проверки приближенных динамических моделей, описанных выше, мы сравниваем эти результаты с точным аналитическим решением для полубесконечной среды с постоянным температурным граничным условием.Аналитическое решение двухобластной задачи Неймана-Стефана в 1-D:

Tl (x, t) -TwTm-Tw = erf (x / 2αlt) erf (λ2) иTs (x, t) -T0Tm-T0 = erfc (x / 2αst) erfc (λ2αl / αs) (13)

В идеальном пределе небольшой разности температур в области фазового перехода ( x = x _м ), T _m1 T _m и T _m2 T _m , оба левых члена сходятся к единице.Местоположение фазового перехода x _m ( t ) находится путем совместного решения вышеуказанных уравнений, где λ ₂ является решением трансцендентного уравнения:

λ2π = Stlexp (λ22) erf (λ2) -Stsαsαlexp (λ22αl / αs) erfc (λ2αl / αs) (14)

Параметр λ ₂ намного больше единицы, когда материал однофазный. Например, в случае горячего контакта номер Стефана St определяется как:

Sts = Cp, s (Tm-Tc) / H (15) Stl = Cp, l (Th-Tm) / H (16)

, где T _м — температура плавления.Для St _l <1, λ ~ Stl. Посредством вышеизложенной методологии решается местоположение фронта плавления x _м ( t ) и температура торцевой стенки T ( L, t ). Здесь нормированная температура плавления θ _м определяется как,

θm = (Tm-T0) / (Tw-T0) (17)

Рисунок 6 суммирует температурный отклик, который включает сосредоточенные модели (однократную экспоненциальную и численную) на основе C _eff и аналитической модели.Из-за прогрессирования местоположения сосредоточенной массы (см. Рисунок 2) модели на основе C _eff показывают более медленный отклик, чем аналитическая модель на ранних стадиях, а затем несколько завышают скорость отклика после пересечения, близкую к постоянной времени сосредоточенных моделей. . Точка пересечения для случая θ _м = 0,0 довольно близко близка к постоянной времени, которая составляет 3,2 × 10 ⁴ с, в то время как эффективная постоянная времени для случая θ _м = 5.0 составляет 2,6 × 10 ⁴ с. Чем больше θ _м (более высокая температура плавления), как правило, наблюдается более быстрый рост температуры.

Рисунок 6 . Нормализованная температура торцевой стенки θ ( x = L, t ) до устойчивого состояния для различных моделей, с L = 0,01 м. Свойства материала типичны для парафинового воска (таблица 1) с теплотой плавления H = 2,44 × 10 ⁵ [Дж / кг]. Сосредоточенная (одна экспоненциальная функция) и численные модели используют C _eff , определяемые уравнениями (9–11).Для этого примера нормализованный диапазон истинных температур плавления составляет 0,1. Аналитические модели представляют собой случаи нормированных температур плавления θ _м = 0,5 и 0,0.

Здесь термическое отношение Рагона может быть расширено путем использования C _eff в качестве заместителя для материалов с общим фазовым переходом (PCM). Увеличение C _eff из-за скрытой теплоты резко увеличивает максимальную удельную энергию (см. Уравнение 6). Напротив, максимальная удельная мощность изменяется незначительно с другими теплофизическими свойствами (теплопроводностью и плотностью).Влияние изменения фазы на эффективную удельную мощность показано на рисунке 6, поскольку аналитическая модель из точного решения задачи Неймана-Стефана показывает более быстрый начальный отклик по сравнению с сосредоточенной моделью C _eff , а затем идет медленнее после прохождения эффективная постоянная времени.

Знак качества для материалов для хранения тепла

Предыдущие разделы предоставляют средства для анализа относительных компромиссов в охлаждающей мощности и накоплении тепловой энергии путем анализа конкретной геометрии теста.Однако практические проблемы аккумулирования тепла состоят из уникальной геометрии и граничных условий, которые могут усложнить сравнение между различными PCM и зависят от времени. Следуя параллельному подходу, Шамбергер представил показатель эффективности охлаждения ( η _q ) (Shamberger, 2016) для материалов для управления температурой, который получен из аналитического решения проблемы Неймана-Стефана (Carslaw and Jaeger, 1959), и может применяться как к однофазным материалам, так и к материалам с фазовым переходом:

ηq = kρcperf (λ2) = kerf (λ2) α (18)

, где λ ₂ — параметр, найденный путем решения (Уравнение 14), как обсуждалось в предыдущем разделе, и неявно требует определения диапазона рабочих температур Δ T .Эта добротность прямо пропорциональна тепловому потоку для случая плавления полубесконечной среды, при условии постоянной температуры граничных условий и малых значений для St _s , St _l <0,5. Кроме того, η _q также пропорционально повышению температуры поверхности при постоянных граничных условиях мощности охлаждения, что указывает на общность этого термина в кондуктивной теплопередаче в задаче с фазовым переходом.Основное преимущество этой добротности состоит в том, что она позволяет легко сравнивать различные классы материалов (например, парафины, сплавы с низкой температурой плавления, неорганические соли, гидраты солей), теплофизические свойства которых сильно различаются, независимо от внешней роли граничных условий в определение теплового потока в данный момент времени.

Здесь мы принимаем η _q в качестве прокси для охлаждающей способности для PCM и используем этот показатель качества в качестве альтернативного подхода для создания теплового графика Рагона для PCM (рис. 7).Некоторые наборы материалов поддаются оптимизации Парето, которая относится к выпуклому пространству, определяемому охлаждающей способностью, добротностью η _q и удельной эффективной энтальпией накопления Δ H _eff = H + c _p Δ T [Дж / г]. Внутри этого выпуклого пространства субоптимальные материалы всегда могут превосходить оптимальные по Парето материалы или их комбинации для обоих показателей. Эти показатели напрямую связаны с основной функцией материалов для аккумулирования тепловой энергии: сколько тепла хранится в банке и как быстро они могут накапливать / отводить тепло.

Рисунок 7 . График Thermal Ragone (A, B) низкотемпературных ПКМ ( T _м <300 ° C) (Chase et al., 1998; Solder Alloy Directory, 2008; Lide, 2010; Shamberger et al., 2017), наряду с тремя потенциально высокотемпературными материалами k : медь (Cu), графитированное углеродное волокно (Gr) и алюминий (Al), а также высокотемпературные ПКМ (C, D) ( T _m > 300 ° C) (Janz et al., 1978, 1979; Chase et al., 1998; Solder Alloy Directory, 2008; Kenisarin, 2010; Lide, 2010; Shamberger et al., 2017), иллюстрирующий показатель охлаждающей способности η _q , рассчитанный для Δ T = 10 ° C, как функцию удельной эффективной энтальпии накопления (A, C) и объемного эффективного накопления энтальпия (B, D) . PCM сгруппированы по классам материалов, как указано. Также показаны свойства воды (пустой треугольник) и эритрита (закрашенный треугольник). Заштрихованная серая область представляет неоптимальное пространство Парето.

Поскольку теплофизические параметры материалов, включая эффективную энтальпию плавления, H , зависят от температуры плавления материала, T _m , полезно разделить ПКМ на низкие — T _m ( T _м <300 ° C) и высокие - T _м ( T _м > 300 ° C) группы для различных технологических применений.Обычные ПКМ с низким значением T _м включают воду, солевые гидраты (Lorsch et al., 1975; Abhat, 1983; Zalba et al., 2003; Sharma et al., 2009; Shamberger, Reid, 2012, 2013), парафины (Domalski and Hearing, 1996; Lemmon and Goodwin, 2000; Lide, 2010), сплавы с низким содержанием T _m (Chase et al., 1998; Solder Alloy Directory, 2008; Lide, 2010; Shamberger et al. , 2017) и другие органические соединения (например, эритрит; Domalski and Hearing, 1996; Lemmon and Goodwin, 2000; Lide, 2010).Эти пять примеров материалов обычно представляют собой оптимальный по Парето фронт при сравнении на основе накопления энергии на единицу массы (см. Следующий рисунок). Из этих материалов сплавы с низкой температурой T _m имеют самую высокую охлаждающую способность, в первую очередь из-за их большой теплопроводности, тогда как гидраты солей и парафины каждый могут хранить значительно больше тепловой энергии на единицу массы, чем сплавы с низкой температурой T _m из-за высокой плотности последних материалов.Хотя парафины могут быть несколько неоптимальными по сравнению с некоторыми избранными гидратами солей, они по-прежнему находят широкое применение из-за простоты обращения и легко регулируемой температуры плавления. Если рассматривать плотность накопления энергии на основе объема, почти все другие ПКМ с низкой T _м являются субоптимальными по сравнению со сплавами и солевыми гидратами с низкой T _m , см. B) на следующем рисунке. ПКМ, плавящиеся в более высоком температурном диапазоне, имеют тенденцию иметь значительно более высокие энтальпии плавления, которые имеют тенденцию резко влиять на их плотность накопления энергии, в то же время влияя лишь на η _q относительно незначительно (см. Следующий рисунок).Высокий — T _m ПКМ в основном состоят из неорганических солей (сульфатов, нитратов, хлоридов, карбонатов и фторидов) (Janz et al., 1978, 1979; Chase et al., 1998; Kenisarin, 2010; Lide, 2010 ), а также некоторые металлы и сплавы (Chase et al., 1998; Solder Alloy Directory, 2008; Lide, 2010; Shamberger et al., 2017).

Таким образом, металлические фазы имеют тенденцию иметь самый высокий η _q , в основном из-за их большой теплопроводности, тогда как каждая неорганическая соль может хранить значительно больше тепловой энергии на единицу массы и объема, чем металлы, из-за высокой плотности последние материалы.Внутри неорганических солей большая часть различий, наблюдаемых между различными классами солей, может быть отнесена к (1) разным массам анионных частиц, (2) разной собственной теплопроводности различных видов солей и (3) различным диапазонам T _м в различных солях, что косвенно влияет на плотность накопления энергии.

Выводы

На основе электротермической аналогии были исследованы отношения Ragone для теплоаккумулирующих материалов, предназначенных для управления температурным режимом.Динамический тепловой отклик может быть получен с помощью уравнений временного баланса энергии в сплошной среде. Мы продемонстрировали, что модель сосредоточенной тепловой массы хорошо работает для определения постоянной времени наряду с быстрым позиционированием пространства тепловой энергии и энергии, которое является соотношением Рагона из информации о свойствах. Скрытая теплота плавления обеспечивает значительное увеличение теплоемкости на данную физическую массу или объем, что резко увеличивает энергоемкость в соотношении Рагона. Анализ материалов с фазовым переходом (PCM) также был проведен путем введения энтальпийного метода.Сосредоточенная модель для PCM обнаруживает расхождение с точной моделью, но все же прогноз полезен для оценки первого порядка в области тепловой мощности и энергии. В качестве показателя, специально предназначенного для выбора материала для аккумулирования тепла, мы используем η _q как показатель способности материала поглощать или отдавать тепло (удельная мощность охлаждения / нагрева). Результатом этого подхода является тепловая диаграмма Рагона, которая схематически иллюстрирует тепловую энергию и мощности определенного класса PCM.

Авторские взносы

TF разработал структуру статьи и внес существенный вклад в каждый из многих проектов. PS участвовал в обсуждении моделирования и добротности материалов с фазовым переходом. KY внес вклад в разработку эффективной модели емкости и провел численное моделирование.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Этот материал основан на исследовании, спонсируемом Исследовательской лабораторией ВВС в соответствии с номером соглашения FA8650-14-2-2419. Правительство США имеет право воспроизводить и распространять репринты в государственных целях, невзирая на любые упоминания об авторских правах на них.

Авторы благодарят следующих людей за полезные обсуждения и предложения: Питера Бермела и Галена Р. Джексона. Авторы также благодарны за полезные советы и поддержку членов консорциума Центра интегрированного управления тепловыми режимами аэрокосмических аппаратов (CITMAV), включая AFRL, Boeing, Honeywell, Lockheed Martin, Northrop Grumman, Raytheon и Rolls-Royce.

Список литературы

Абхат, А. (1983). Низкотемпературный накопитель скрытой тепловой энергии: теплоаккумулирующие материалы. Солнечная энергия 30, 313–332. DOI: 10.1016 / 0038-092X (83) -X

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кабеза, Л. Ф. (ред.). (2015). «Достижения в методах и приложениях систем хранения тепловой энергии», том A в издании Woodhead Publishing Series в Energy (Кембридж: Elsevier), 1–28.

Google Scholar

Карслав, Х.С. и Джегер Дж. К. (1959). Проведение тепла в твердых телах 2-е изд. Оксфорд: Clarendon Press.

Google Scholar

Чейз М. (1998). Термохимические таблицы NIST-JANAF, 4-е изд. Части I и II. J. Phys. Chem. Ref. Монография данных. 9 , 1952 стр. Вашингтон, округ Колумбия: Американское химическое общество.

Google Scholar

Кристен Т. и Карлен М. В. (2000). Теория рэгонных сюжетов. J. Источники энергии 91, 210–216. DOI: 10.1016 / S0378-7753 (00) 00474-2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кристен Т., и Олер, К. (2002). Оптимизация устройств накопления энергии с использованием графиков Рагона. J. Источники энергии 110, 107–116. DOI: 10.1016 / S0378-7753 (02) 00228-8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Коул, К. Д., Хаджи-Шейх, А., Бек, Дж. В., и Литкоухи, Б. (2011). Теплопроводность с использованием функций Грина, 2-е изд. Бока-Ратон, Флорида: CRC Press, 181–236.

Google Scholar

Домальский, Э. С., Хиринг, Э. Д. (1996). Теплоемкости и энтропии органических соединений в конденсированной фазе. J. Phys. Chem. Ссылаться. Данные 25, 1–525. DOI: 10.1063 / 1.555985

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Этачери В., Маром Р., Элазари Р., Салитра Г. и Аурбах Д. (2011). Проблемы разработки перспективных литий-ионных аккумуляторов: обзор. Energy Environ. Sci . 4: 3243. DOI: 10.1039 / c1ee01598b

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гуо, X., и Гумба, А. П. (2018). Принципы интенсификации процессов применительно к системам накопления тепловой энергии — краткий обзор. Фронт. Energy Res. 6:17. DOI: 10.3389 / fenrg.2018.00017

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Икеда Н., Нияма Ю., Камбаяси Х., Сато Ю., Номура Т., Като С. и др. (2010). Силовые транзисторы GaN на кремниевых подложках для коммутации. Продолжить. IEEE 98, 1151–1161. DOI: 10.1109 / JPROC.2009.2034397

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джексон, Г. Р., Фишер, Т. С. (2015). Моделирование аккумулирования тепла в пропитанных воском пен с субмоделью в масштабе пор. J. Thermophys. Теплообмен . 29, 812–819. DOI: 10.2514 / 1.T4523

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джексон, Г. Р., Фишер, Т. С. (2016). Реакция пористой пены, наполненной материалом с фазовым переходом, в условиях кратковременного нагрева. Теплофизика, J. ​​Теплопередача . 30, 880–889. DOI: 10.2514 / 1.T4866

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Янц, Г. Дж., Аллен, К. Б., Бансал, Н., Мерфи, Р., и Томкинс, Р. (1979). Сборники данных о физических свойствах, относящихся к хранению энергии.II. Расплавленные соли: данные по однокомпонентным и многокомпонентным системам, NSRDS-NBS 61 . Вашингтон, округ Колумбия: Правительственная типография, 420. doi: 10.6028 / NBS.NSRDS.61p1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Янц, Г. Дж., Аллен, К. Б., Дауни, Дж. Р. мл. И Томкинс, Р. (1978). Сборники данных о физических свойствах, относящихся к накопителю энергии II. Расплавленные соли: эвтектические данные, NSRDS-NBS 61 . Вашингтон, округ Колумбия: Правительственная типография, 244. doi: 10.6028 / NBS.NSRDS.61p2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кенисарин, М.М. (2010). Материалы с высокотемпературным фазовым переходом для хранения тепловой энергии. Обновить. Поддерживать. Energy Rev. 14, 955–970. DOI: 10.1016 / j.rser.2009.11.011

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Kroeze, R.C., и Kerin, P.T. (2008). «Модель электрической батареи для использования в динамическом моделировании электромобилей», в материалах Proceedings of 2008 IEEE Power Electronics Specialists Conference , 1336–1342. DOI: 10.1109 / PESC.2008.4592119

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Леммон, Э.У. и Гудвин А. (2000). Критические свойства и уравнение давления пара для алканов C N H 2n + 2: нормальные алканы с N ≤ 36 и изомеры с N = 4 по N = 9. J. Phys. Chem. Ссылаться. Данные 29, 1–39. DOI: 10.1063 / 1.556054

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лиде, Д. Р. (2010). Справочник по химии и физике, 90-е . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press LLC.

Google Scholar

Лорш, Х. Г., Кауфман, К. У., и Дентон, Дж.С. (1975). Накопитель тепловой энергии для солнечного отопления и кондиционирования воздуха в непиковые часы. Energy Conver. 15, 1–8. DOI: 10.1016 / 0013-7480 (75)

-9

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лунд, Дж. У., и Фристон, Д. Х. (2001). Прямое использование геотермальной энергии во всем мире, 2000 г. Геотермия 30, 29–68. DOI: 10.1016 / S0375-6505 (00) 00044-4

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Майе, Д., Андре, С., Бацале, Дж. К., Деджованни, А., и Мойн, К. (2000). Раздел 3 Одномерный квадруполь, тепловой квадруполь. Willey.

Google Scholar

Озисик, М. Н. (1993). Heat Conduction 2 edn , New York, NY: Wiley, 37–98.

Google Scholar

Рагон, Д. В. (1968). «Обзор аккумуляторных систем для транспортных средств с электрическим приводом», в SAE Technical Paper 680453 (New York, NY: SAE), 1–9. doi: 10.4271 / 680453 (по состоянию на 22 мая 2019 г.).

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Робертсон, А.Ф. и Гросс Д. (1958). Электроаналоговый метод анализа нестационарного теплового потока. J. Res. Natl. Бур. Стоять. 61: 105. DOI: 10.6028 / jres.061.016

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ротеринг, Н., Илич, М. (2011). Оптимальный контроль заряда гибридных электромобилей на дерегулируемых рынках электроэнергии. IEEE Trans. Power Syst. 26, 1021–1029. DOI: 10.1109 / TPWRS.2010.2086083

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шамбергер, П.J. (2016). Показатель качества охлаждения для материалов с фазовым переходом. Теплообмен. J . 138: 024502. DOI: 10.1115 / 1.4031252

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шамбергер П. Дж., Мизуно Ю. и Талапатра А. А. (2017). Вклады смешения и электронной энтропии в накопление тепловой энергии в сплавах с низкой температурой плавления. J. Appl. Phys. 122: 025105. DOI: 10.1063 / 1.49

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шамбергер, П.Дж., И Рид Т. (2012). Теплофизические свойства тригидрата нитрата лития от (253 до 353) К. J. Chem. Англ. Данные 57, 1404–1411. DOI: 10.1021 / je3000469

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шамбергер, П. Дж., И Рид, Т. (2013). Теплофизические свойства тетрагидрата фторида калия от (243 до 348) К. J. Chem. Англ. Данные 58, 294–300. DOI: 10.1021 / je300854w

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шарма, А., Тьяги, В. В., Чен, К., и Буддхи, Д. (2009). Обзор накопления тепловой энергии с использованием материалов и приложений с фазовым переходом. Обновить. Поддерживать. Energy Rev. 13, 318–345. DOI: 10.1016 / j.rser.2007.10.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Справочник по припоям

(2008 г.). Справочник по сплавам припоя , отчет № 97720 (A4) R3. Клинтон, Нью-Йорк: Indium Corporation, 15.

Торнтон, Т. Дж., Пеппер, М., Ахмед, Х., Эндрюс, Д., и Дэвис, Г. Дж.(1986). Одномерная проводимость в двумерном электронном газе гетероперехода GaAs-AlGaAs. Phys. Rev. Lett . 56: 1198. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.56.1198

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Залба, Дж. М., Марин Кабеса, Л. Ф., и Мехлинг, Х. (2003). Обзор накопления тепловой энергии с фазовым переходом: материалы, анализ теплопередачи и приложения. Заявл. Therm. Англ. 23, 251–283. DOI: 10.1016 / S1359-4311 (02) 00192-8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Номенклатура

% PDF-1.3 % 1750 0 объект > эндобдж xref 1750 150 0000000016 00000 н. 0000003375 00000 н. 0000003680 00000 н. 0000003823 00000 н. 0000004038 00000 н. 0000004126 00000 н. 0000004215 00000 н. 0000004299 00000 н. 0000004384 00000 п. 0000004468 00000 н. 0000004552 00000 н. 0000004625 00000 н. 0000004710 00000 н. 0000004769 00000 н. 0000004858 00000 н. 0000004917 00000 н. 0000005006 00000 н. 0000005065 00000 н. 0000005124 00000 н. 0000005183 00000 п. 0000005263 00000 н. 0000005352 00000 п. 0000005421 00000 н. 0000005480 00000 н. 0000005568 00000 н. 0000005628 00000 н. 0000005703 00000 п. 0000009407 00000 н. 0000009569 00000 н. 0000009656 00000 н. 0000009749 00000 н. 0000009893 00000 п. 0000009961 00000 н. 0000010108 00000 п. 0000010229 00000 п. 0000010354 00000 п. 0000010425 00000 п. 0000010542 00000 п. 0000010613 00000 п. 0000010775 00000 п. 0000010847 00000 п. 0000010918 00000 п. 0000011093 00000 п. 0000011186 00000 п. 0000011296 00000 п. 0000011417 00000 п. 0000011488 00000 п. 0000011610 00000 п. 0000011681 00000 п. 0000011797 00000 п. 0000011868 00000 п. 0000012006 00000 п. 0000012077 00000 п. 0000012151 00000 п. 0000012221 00000 п. 0000012320 00000 п. 0000012429 00000 п. 0000012500 00000 н. 0000012674 00000 п. 0000012772 00000 п. 0000012883 00000 п. 0000012954 00000 п. 0000013115 00000 п. 0000013213 00000 п. 0000013321 00000 п. 0000013390 00000 п. 0000013460 00000 п. 0000013573 00000 п. 0000013689 00000 п. 0000013759 00000 п. 0000013878 00000 п. 0000013948 00000 п. 0000014018 00000 п. 0000014133 00000 п. 0000014248 00000 п. 0000014318 00000 п. 0000014389 00000 п. 0000014519 00000 п. 0000014589 00000 п. 0000014659 00000 п. 0000014729 00000 п. 0000014842 00000 п. 0000014957 00000 п. 0000015027 00000 н. 0000015145 00000 п. 0000015215 00000 п. 0000015285 00000 п. 0000015399 00000 п. 0000015523 00000 п. 0000015593 00000 п. 0000015663 00000 п. 0000015778 00000 п. 0000015848 00000 н. 0000015980 00000 п. 0000016050 00000 п. 0000016120 00000 н. 0000016190 00000 п. 0000016302 00000 п. 0000016417 00000 п. 0000016487 00000 п. 0000016606 00000 п. 0000016676 00000 п. 0000016746 00000 п. 0000016860 00000 п. 0000016985 00000 п. 0000017055 00000 п. 0000017171 00000 п. 0000017241 00000 п. 0000017311 00000 п. 0000017440 00000 п. 0000017510 00000 п. 0000017580 00000 п. 0000017651 00000 п. 0000017759 00000 п. 0000017857 00000 п. 0000017987 00000 п. 0000018056 00000 п. 0000018171 00000 п. 0000018240 00000 п. 0000018311 00000 п. 0000018435 00000 п. 0000018506 00000 п. 0000018621 00000 п. 0000018749 00000 п. 0000018819 00000 п. 0000018890 00000 н. 0000019006 00000 п. 0000019076 00000 п. 0000019188 00000 п. 0000019258 00000 п. 0000019327 00000 п. 0000019397 00000 п. 0000019582 00000 п. 0000019792 00000 п. 0000020172 00000 н. 0000020381 00000 п. 0000020795 00000 п. 0000021339 00000 п. 0000021382 00000 п. 0000021607 00000 п. 0000023991 00000 п. 0000024380 00000 п. 0000024599 00000 п. 0000030918 00000 п. 0000033845 00000 п. 0000048487 00000 п. 0000050921 00000 п. 0000054427 00000 н. 0000005746 00000 н. 0000009383 00000 п. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 1751 0 объект > / PageMode / UseOutlines / PageLayout / SinglePage / Нитки 1753 0 R >> эндобдж 1752 0 объект 0 \) XLt P] vlI ^) / U (@ \ r | Ja5HW- 糼 `? W) / P -60 >> эндобдж 1753 0 объект [ 1754 0 справа 1755 0 справа 1756 0 справа 1757 0 справа 1758 0 справа 1759 0 справа 1760 0 справа 1761 0 справа 1762 0 R 1763 0 R 1764 0 R 1765 0 R 1766 0 R 1767 0 R 1768 0 R 1769 0 R 1770 0 Р 1771 0 Р 1772 0 Р 1773 0 Р 1774 0 Р ] эндобдж 1754 0 объект Эх: ‘hs) >> / F 1031 0 R >> эндобдж 1755 0 объект P $>% fl & ƴ; \ rL_z>) >> / F 1038 0 R >> эндобдж 1756 0 объект > / F 1039 0 R >> эндобдж 1757 0 объект ? L,

Схема электрических соединений термостата теплового насоса

Если вы хотите лучше понять проводку термостата теплового насоса, вот пример типичной проводки электронного управления тепловым насосом, которая находится внутри вашего дома.

В наши дни на рынке представлено много типов электронных термостатов, поэтому, пожалуйста, убедитесь, что тип термостата, который вы используете, можно заменить на более новый. Новый программируемый термостат теплового насоса можно приобрести менее чем за 50 долларов.

Обычно электронный термостат в Соединенных Штатах питается от источника питания 24 В переменного тока, который поступает от силового трансформатора 110 В / 24 В. Если вы не уверены, всегда обращайтесь к руководству по эксплуатации термостата в вашем доме, прежде чем предпринимать какие-либо действия по устранению неисправностей или замене.Как всегда, если вы не обучены обращению с электрическим оборудованием, обратитесь к квалифицированному специалисту.

Всегда полезно сфотографировать текущую проводку термостата теплового насоса, прежде чем начинать их демонтировать.

В системе теплового насоса есть не менее 8 проводов, которые необходимо подключить к термостату для правильной работы.

Схема электрических соединений термостата теплового насоса

Проводка термостата теплового насоса — Типичный цвет проводов и схема соединений

Как показано на схеме, вам необходимо включить термостат, и питание 24 В переменного тока подключено к клеммам R и C .Цвет провода R обычно КРАСНЫЙ и C ЧЕРНЫЙ . C известен как общий терминал. Эти два соединения обеспечат подачу питания на термостат, которым вы управляете.

К клемме Y подключается сигнал для сигнала кондиционера охлаждающего воздуха. Этот терминал будет вызывать необходимость охлаждения помещения, когда заданная температура ниже, чем температура в помещении. Терминал G подключен к внутреннему вентилятору, который обеспечивает циркуляцию воздуха в помещении.

Реверсивный клапан — это устройство, которое меняет направление потока хладагента в системе трубопроводов. В большинстве случаев реверсивный клапан находится под напряжением при работе в режиме охлаждения. Однако бывают случаи, когда реверсивный клапан выключен при работе в режиме охлаждения.

Поэтому важно проверить спецификации производителя системы теплового насоса, которую вы используете, прежде чем вы сможете выполнить правильное подключение к термостату.

Терминал O используется, когда в системе, которую вы используете, есть реверсивный клапан (или четырехходовой клапан), который включается в режиме охлаждения.Если реверсивный клапан включен во время работы в режиме нагрева, вам необходимо подключить реверсивный клапан к клемме B . В любой момент времени активно только одно соединение, то есть используется терминал O или B , но не оба.

В некотором оборудовании имеется 2-я ступень охлаждения, которая помогает увеличить охлаждающую способность помещения. В этом случае обычно используется клемма Y2 . Цвет провода различается.

Иногда бывает 2-я ступень отопления, когда дополнительное отопление дополняет основную систему отопления.Обычно это устанавливается в регионах, где случилась экстремальная зима. В этом случае будет присутствовать терминал W2 .

Некоторые термостаты могут иметь функцию под названием Emergency Heat , при установке которой она отключает тепловой насос. Затем он включит нагрев полосы, который станет основным источником нагрева. Эту функцию следует использовать только в течение некоторого времени, поскольку стоимость энергии обычно выше, чем у системы с тепловым насосом. Используемый терминал — E .

Обратите внимание на следующие функции, которые встроены в большинство современных программируемых термостатов теплового насоса.

• Проверка низкого напряжения, сообщающая о низком уровне входящей мощности.

• Коды ошибок, которые сообщают вам причину, по которой ваша система не работает должным образом.

• Минимальное время выключения компрессора 3 минуты для предотвращения коротких циклов компрессора. Короткое включение компрессора сокращает срок его службы.

• Программируемые дневные и ночные настройки заданной температуры.

• Настройки выходных и функции понижения для отпуска.

• Возможность проверять состояние термостата и управлять настройками удаленно через смартфон или компьютер. Наличие этой функции повысит стоимость термостата.

Вернуться к домашней странице электропроводки термостата теплового насоса

Как работает тепловой насос | HVAC

В тепловом насосе с воздушным источником тепла используются передовые технологии и цикл охлаждения для обогрева и охлаждения вашего дома. Это позволяет тепловому насосу обеспечивать комфорт в помещении круглый год, независимо от времени года.

Тепловой насос в режиме кондиционирования воздуха

При правильной установке и функционировании тепловой насос может поддерживать прохладную комфортную температуру, снижая при этом уровень влажности в вашем доме.

1. Теплый воздух изнутри вашего дома втягивается в воздуховоды с помощью моторизованного вентилятора.
2. Компрессор обеспечивает циркуляцию хладагента между внутренним испарителем и наружными конденсаторными блоками.
3. Теплый воздух в помещении затем направляется к воздухообрабатывающему устройству, в то время как хладагент перекачивается из внешнего змеевика конденсатора во внутренний змеевик испарителя.Хладагент поглощает тепло, проходя через воздух в помещении.
4. Этот охлажденный и осушенный воздух затем проталкивается через соединительные внутренние воздуховоды к вентиляционным отверстиям по всему дому, снижая внутреннюю температуру.
5. Цикл охлаждения продолжается снова, обеспечивая постоянный метод охлаждения.

Тепловой насос в тепловом режиме

Тепловые насосы уже много лет используются в регионах с более мягкими зимами.Тем не менее, технология тепловых насосов с воздушным источником тепла претерпела значительные изменения, что позволяет использовать эти системы в районах с продолжительными периодами отрицательных температур.

1. Тепловой насос может переключаться из режима кондиционирования воздуха в режим нагрева путем реверсирования цикла охлаждения, в результате чего внешний змеевик работает как испаритель, а внутренний змеевик — как конденсатор.
2. Хладагент проходит через замкнутую систему холодильных линий между наружным и внутренним блоком.
3. Несмотря на низкие температуры наружного воздуха, теплообменник конденсатора поглощает из наружного воздуха достаточное количество тепловой энергии и выделяет внутри змеевик испарителя.
4. Воздух изнутри вашего дома втягивается в воздуховоды с помощью моторизованного вентилятора.
5. Хладагент перекачивается из внутреннего змеевика во внешний змеевик, где он поглощает тепло из воздуха.
6. Этот нагретый воздух затем проталкивается через соединительные каналы к вентиляционным отверстиям по всему дому, повышая внутреннюю температуру.
7. Цикл охлаждения продолжается снова, обеспечивая постоянный способ согреться.

Детали теплового насоса

Чтобы лучше понять, как ваш воздух нагревается или охлаждается, полезно немного узнать о деталях, составляющих систему теплового насоса.Типичная система с воздушным тепловым насосом представляет собой раздельную или состоящую из двух частей систему, в которой в качестве источника энергии используется электричество. Система содержит наружный блок, похожий на кондиционер, и комнатный кондиционер. Тепловой насос работает вместе с устройством обработки воздуха, распределяя теплый или холодный воздух по внутренним помещениям. Помимо электрических компонентов и вентилятора, система теплового насоса включает:

Компрессор: Перемещает хладагент по системе. Некоторые тепловые насосы содержат спиральный компрессор.По сравнению с поршневыми компрессорами спиральные компрессоры работают тише, имеют более длительный срок службы и обеспечивают на 10–15 ° F более теплый воздух в режиме нагрева.

Плата управления: Определяет, должна ли система теплового насоса находиться в режиме охлаждения, обогрева или размораживания.

Змеевики: Конденсатор и испарительный змеевик нагревают или охлаждают воздух в зависимости от направления потока хладагента.

Хладагент: Вещество в холодильных линиях, которое циркулирует через внутренний и наружный агрегаты.

Реверсивные клапаны: Измените поток хладагента, который определяет, охлаждается или нагревается ваше внутреннее пространство.

Термостатические расширительные клапаны: Регулируют поток хладагента так же, как кран крана регулирует поток воды.

Аккумулятор: Резервуар, который регулирует заправку хладагента в зависимости от сезонных потребностей.

Холодильные линии и трубы: Соединяют внутреннее и внешнее оборудование.

Нагревательные полосы: Электрический нагревательный элемент используется для дополнительного нагрева. Этот добавленный компонент используется для добавления дополнительного тепла в холодные дни или для быстрого восстановления после низких температур.

Воздуховоды: Служат воздушными туннелями в различные помещения внутри вашего дома.

Термостат или система управления: Устанавливает желаемую температуру

Решение для хранения энергии

— обзор

5 Показатели производительности

Обычно утверждается, что CAES не предоставляет высокопроизводительное решение для хранения энергии.Фактически, эта позиция в основном основана на ошибочной оценке производительности двух крупномасштабных диабатических заводов CAES — в Хунторфе (Германия) и Макинтоше, Алабама (США). Опубликованные данные, например ссылка [7], показывают, что для достижения 1 кВт · ч выработки электроэнергии на завод в Хунторфе потребляется 0,8 кВт · ч электроэнергии вместе с 1,6 кВт · ч газа. Точно так же для достижения 1 кВт · ч выработки электроэнергии от завода CAES в Макинтоше потребляется 0,69 кВт · ч электроэнергии вместе с 1.17 кВт · ч газа. Выполнение прямого расчета «выход-деление на вход» предполагает, что:

ηHuntorf = 10,8 + 1,6 = 41,7% ✗ и ηMcIntosh = 10,69 + 1,17 = 53,8% ✗

Эти значения нерепрезентативны, поскольку они не учитывают, что каждый диабатическая установка CAES — это действительно комбинация установки для хранения чистой энергии и генерирующей установки. Вышеупомянутые расчеты добавляют электрическую энергию к тепловой энергии, как если бы 1 кВт · ч тепла был эквивалентен 1 кВт · ч электроэнергии. Это не правильно.Фактически, наиболее эффективные электростанции с комбинированным циклом возвращают 60% теплотворной способности потребляемого топлива. На этом основании мы можем получить гораздо более репрезентативные значения производительности двух давно существующих CAES-заводов:

ηHuntorf = 10,8 + 0,6 × 1,6 = 56,8% ✓ и ηMcIntosh = 10,69 + 0,6 × 1,17 = 71,8% ✓

Причина, по которой McIntosh работает лучше, чем Huntorf, связана в основном с рекуператором. Также обратите внимание, что и Huntorf, и McIntosh в настоящее время используют дроссели для подачи воздуха с постоянным давлением в расширители.Альтернативой могло бы быть использование небольшой поршневой машины высокого давления или нескольких последовательно соединенных динамических машин для извлечения эксергии при понижении давления воздуха.

Используя уравнения. (5.13) и (5.14) и сведения, полученные из справочного материала [7], показывают, что каверны Хунторфа работают в диапазоне от 5 МПа (50 бар) до 7 МПа (70 бар). это указывает на то, что Хунторф теряет 4,4% эксергии, доступной из пещеры в каждом цикле. Поскольку эта эксергия составляет около 43% от общей эксергии, включая энергию от топлива, улучшение, которое может быть достигнуто путем замены дроссельной заслонки в Huntorf, составляет около 1.9%, то есть повышение его эффективности до 58,7%.

Завод в Макинтоше работает от 4,5 МПа (45 бар) до 7,6 МПа (76 бар) и, таким образом, теряет 6,6% доступной эксергии каверны в сопле. Более того, эксергия в каверне составляет около 47% от общей эксергии, и, следовательно, возможно повышение эффективной межремонтной эффективности на 3,1%, то есть до 74,9%.

Можно принять и другие меры для достижения еще более высокой производительности, но, конечно, все они связаны с расходами.

Эффективность и экономическая оценка объединения АЭС с многофункциональными системами аккумулирования тепла — Аминов — 2021 — International Journal of Energy Research

1 ВВЕДЕНИЕ

Растущая конкуренция на рынке строительства АЭС вынуждает корпорации проводить политику продвижения новых проектов. Основные тенденции повышения эффективности рынка АЭС обусловлены двумя факторами: улучшением технико-экономических показателей и обеспечением современных требований безопасности.При этом важно подчеркнуть взаимосвязь между данными факторами. Например, соблюдение требований МАГАТЭ обязывает корпорации устанавливать дорогостоящие системы противоаварийной защиты, такие как системы пассивного отвода остаточного тепла (PRHR) воды или воздуха для активной зоны реакторов, что означает значительное увеличение капитальных вложений. Так, в феврале 2020 года Управление энергетической информации США оценило удельную стоимость строительства АЭС в 6000 долларов / кВт ¹ . Эта стоимость не является предельной.Например, строительство третьего и четвертого энергоблоков АЭС «Фогтл» (США) изначально оценивалось в 5600 долларов за киловатт. ² Фактически в 2018 году скачок цен до $ 10 000 / кВт ³ оказал негативное влияние на общество. Ухудшение экономических показателей проекта, таких как начисленная чистая приведенная стоимость и срок окупаемости, существенно снижает приток инвестиций в атомную энергетику из-за больших капитальных вложений в АЭС. Таким образом, конкурентоспособность АЭС снижается по сравнению с парогазовыми установками, для которых характерен ряд существенных недостатков: высокая стоимость ископаемого топлива и вредные выбросы в атмосферу, наносящие непоправимый ущерб природе.

Кроме того, системы пассивного резервирования требуют постоянных затрат для поддержания статуса постоянной эксплуатационной готовности. В аварийных ситуациях эти системы испытывают большие перегрузки, что может привести к отказам даже на этапах запуска.

Другой проблемой атомной энергетики является растущая доля ядерных энергоблоков в энергосистемах, а это означает, что АЭС должны быть вовлечены в регулирование энергопотребления.Режим работы с отслеживанием нагрузки снижает экономическую рентабельность и, как следствие, конкурентоспособность АЭС. Кроме того, существует система ограничений процесса для операции отслеживания нагрузки. Вышеупомянутые соображения облегчают поиск инновационных путей для реализации режима работы АЭС с учетом нагрузки при сохранении работы ее реакторов в режиме базовой нагрузки. Одним из таких способов может быть установка систем, аккумулирующих энергию в ночные часы с пониженным энергопотреблением и использующих систему для выработки дополнительной электроэнергии в часы пиковой нагрузки дня.

Технология аккумулирования тепла, использующая скрытую теплоту фазового перехода, успешно применяется в системах концентрированной солнечной энергии, ^4-6 в автомобильной промышленности для предварительного нагрева двигателей внутреннего сгорания, ^{7, 8} и в гражданском строительстве. ⁹ Использование аккумуляторов в солнечных энергетических системах дает возможность накопить максимальное количество энергии в часы пик и использовать ее в остальное время дня. Это позволяет повысить эффективность солнечных электростанций до 70%. ¹⁰ Включенный в проект Solar Two в Даггетте, Калифорния, прототип солнечной энергетической системы, включая аккумулятор с фазовым переходом, продемонстрировал КПД в обоих направлениях более 97%. ^11-13 Солнечные тепловые электростанции также доступны в США, Испании и Китае, например: испытательный центр SSPS DCS Альмерия, Испания; Невада Солар Уан Невада, США; Кихол-Пойнт, Гавайи, США; Планта Солар-10 Севилья, Испания; Ла Флорида Бадахос, Испания; и Дахан, Пекин, Китай. ^14–26

Еще в 1970-х годах ХХ века известные ученые, такие как Бекман, Гилли, Чаховский и Столяревский, представили возможные варианты объединения систем аккумулирования тепла с электрогенерирующими установками. ^{27, 28} Интерес к данному направлению использования систем аккумулирования тепла, в том числе в рамках атомной отрасли ^{29, 30} и нетрадиционных возобновляемых источников энергии, ³¹ сохраняется до настоящего времени.

Авторы предлагают заменить воздухо-водяной теплообменник PRHR на систему аккумулирования тепла, в том числе на дополнительную многофункциональную маломощную паротурбинную установку, обеспечивающую бесперебойное электроснабжение собственных нужд станции в аварийных ситуациях с отключением электроэнергии. Использование многофункциональной системы резервного электроснабжения собственных нужд АЭС позволит снизить удельные капитальные вложения, обеспечит эффективность АЭС в регулировании энергопотребления и при этом сохранит требуемый МАГАТЭ уровень безопасности АЭС.Это повысит конкурентные преимущества АЭС на рынке энергосервисов.

Использование активных систем для обеспечения аварийных резервов АЭС на случай отключения электроэнергии обеспечивает внутренне повышенную надежность этих систем.

2 СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ АЭС С УСТАНОВЛЕННЫМ ВВЭР И МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СИСТЕМОЙ ТЕПЛО НАКОПЛЕНИЯ

С этой целью авторами был впервые разработан метод использования допотопного нагрева реактора для питания вспомогательного оборудования АЭС при полном отключении электроэнергии с использованием дополнительной многофункциональной паротурбинной установки. ^32-34 Предлагаемый способ может применяться для всех типов АЭС с установленными водоохлаждаемыми реакторами, в том числе PWR и других типов реакторов.

Авторами разработана и запатентована конструктивная схема объединения двухконтурной АЭС с системой аккумулирования тепла, включающей аккумулятор фазовых переходов и многофункциональную паротурбинную установку малой мощности (рис. 1). ³⁵

Структурная схема совмещения АЭС с установленными ВВЭР и многофункциональной системой аккумулирования тепла

В рабочем режиме при ночном снижении электрической нагрузки часть основного пара парогенераторов 2 направляется на зарядку аккумуляторов тепла 3.Затем основной конденсат пара подается в канал питательной воды основной паровой турбины 4. Между тем, дополнительный паротурбинный агрегат 5 работает в режиме холостого хода, отбирая небольшую часть основного пара.

Во время пиковой нагрузки аккумулятор разряжается: часть питательной воды из нагревателя 6 низкого давления и нагревателя 7 высокого давления подается в тепловой аккумулятор 3 и после нагрева смешивается в основном тракте питательной воды. За счет повышения температуры питательной воды на входе в парогенераторы 2 при аналогичной мощности реактора 1 образуется избыток основного пара, который направляется в дополнительный многофункциональный паротурбинный агрегат 5.

Для извлечения дополнительной основной массы пара увеличивается расход питательной воды. Увеличение расхода питательной воды приводит к небольшому снижению мощности основной паровой турбины на 0,31%. Это объясняется увеличением количества пара, отбираемого из главной турбины для нагрева питательной воды.

В аварийных ситуациях при полном обесточивании АЭС дополнительная паровая турбина 5 может использоваться в качестве источника аварийной вспомогательной энергии, обеспечиваемой за счет использования остаточной тепловой энергии, выделяемой реактором 1, для выработки основного пара в парогенераторах 2, которые могут служить в качестве рабочее тело паровой турбины 5.

Ранее опытные данные Балаковской АЭС показали, что остаточного тепла, выделяемого как минимум одним реактором ВВЭР-1000, достаточно для автономного энергоснабжения вспомогательного оборудования, необходимого для охлаждения двух реакторов ВВЭР-1000. ^{32, 33, 36} Результаты показали, что требуемая мощность многофункциональной паротурбинной установки составляет 12 МВт.

На основе статистических данных, предоставленных по Среднему Поволжью, мы провели предварительный анализ надежности предлагаемой системы резервирования с использованием дополнительной маломощной турбины с учетом интенсивности наступления экстремальных условий окружающей среды.Анализ показал, что предложенная система позволяет значительно повысить надежность аварийного электроснабжения по сравнению с базовой трехканальной системой аварийного электроснабжения с установленными дизель-генераторами и обеспечить уровень безопасности, сопоставимый с системами пассивного теплоотвода, удовлетворяющий требованиям МАГАТЭ. ³⁷

В начальный период после отключения электроэнергии аккумулятор тепла 14 может использоваться для аккумулирования излишка энергии от источников остаточного тепла с использованием избыточного пара, генерируемого в парогенераторах 2.В конце концов, при недостатке остаточной тепловой энергии накопленное тепло можно использовать для повышения температуры питательной воды на входе парогенераторов 2, чтобы поддерживать целевой уровень потребления основного пара, подаваемого на дополнительную паровую турбину. ³⁸

Для обеспечения работы многофункциональной системы аккумулирования тепла в требуемых условиях спроектирован и запатентован новый тип теплового аккумулятора с материалом фазового перехода (рис. 2). ³⁹

Фазовый аккумулятор тепла

Во время зарядки основной пар, проходящий по паропроводу 2 к верхнему коллектору 1, где он распределяется по металлическим теплообменным трубам 5, конденсируется, отводя тепло материалу с фазовым переходом. Конденсат поступает в нижний коллектор 6, откуда по трубопроводу 8 выводится в основной цикл.

При нагнетании питательная вода по трубопроводу 8 подается в нижний коллектор 6, где равномерно распределяется по пучку металлических теплообменных трубок 5.Нагретая питательная вода подается в тракт питательной воды по трубопроводу 3 верхнего коллектора 1 перед парогенераторами. Стеклянные трубки 9 содержат датчики, контролирующие параметры материала аккумуляторов тепловой энергии. Отводящая труба 7 должна быть установлена ​​в нижней части корпуса аккумулятора для удаления материала с фазовым переходом, находящегося в расплавленном состоянии во время замены.

По результатам исследований для теплового аккумулятора и продольно оребренных теплообменных трубок выбраны шахматный ряд. ^40-43 Между трубной решеткой и материалом фазового перехода корпуса аккумулятора должна быть предусмотрена воздушная полость, поскольку изменения агрегатного состояния влияют на изменения в объеме материала. Дыхательное отверстие 4 предназначено для компенсации давления в воздушной полости.

Инженерное решение обеспечивает конструктивную эффективность аккумулятора фазовых переходов в режиме парогенерации с барабанным сепаратором, установленным над верхним коллектором 1. ³⁹

Выбор материала фазового перехода обусловлен необходимыми параметрами рабочего тела на выходе из теплового аккумулятора. Температура кристаллизации выбранного материала должна быть выше необходимой температуры рабочей жидкости на выходе из гидроаккумулятора. Это связано с тем, что скрытая теплота фазового перехода отводится в процессе кристаллизации, что обеспечивает стабильные параметры рабочего тела на выходе из аккумулятора.Соответственно, температура плавления материала должна быть ниже температуры основного пара, используемого для зарядки аккумулятора. Требуемые температуры плавления и кристаллизации могут быть получены путем выбора материала с фазовым переходом на основе различных сплавов.

Что касается конструктивных характеристик, то материал корпуса и теплообменных трубок теплоаккумулятора должен быть устойчивым к коррозии; кроме того, стоимость материала должна быть разумной, чтобы сделать систему аккумулирования тепла рентабельной и конкурентоспособной.

3 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ РАБОТЫ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ НАКОПЛЕНИЯ ТЕПЛА

Для достижения требуемой мощности дополнительной паротурбинной установки (12 МВт) основной пар, выделяемый парогенерирующими установками, используется для зарядки аккумуляторов в течение 5 часов в ночное внепиковое время с расходом 18 кг / с и температура 274 ° C, что составляет 1,15% от общего расхода основного пара. В этом случае мощность главной паровой турбины снижается на 10.5 МВт за счет снижения основного расхода пара. Отобранный основной пар конденсируется в процессе выделения тепла. Температура материала с фазовым переходом повышается с 262 ° C до 273 ° C из-за теплопроводности и конвекции. Материал полностью переходит в жидкое агрегатное состояние и сохраняет скрытую теплоту фазового перехода. Конденсат смешивается с питательной водой (при 225 ° C) после аккумулятора перед парогенераторами. Это способствует повышению температуры питательной воды на 0.4 ° С. Это также обеспечивает избыток основного пара, образующегося при той же производительности реактора, равный 1,6 кг / с, что частично компенсирует пар, отбираемый для зарядки аккумулятора. Дополнительная паровая турбина работает в непиковые 19 часов в режиме холостого хода, отбирая часть основного пара, равную 1,18 кг / с (0,076% от общего количества). В этом случае мощность главной паровой турбины снижается на дополнительные 0,76 МВт.

Во время пиковых нагрузок мощности часть питательной воды, равная 165 кг / с (при 225 ° C), подается в тепловой аккумулятор в течение 5 часов.Затем нагретая вода с температурой минимум 258 ° C смешивается с питательной водой перед парогенераторами и тем самым повышает ее температуру до 229 ° C. Избыточный пар 15 кг / с, направляемый на дополнительную многофункциональную паровую турбину, образуется в результате повышения температуры питательной воды на входе парогенераторов той же мощности реактора.

Коэффициент полезного действия электрического накопления используется для оценки эффективности предлагаемой системы. N _{добавить} — дополнительная мощность, генерируемая во время пиковой нагрузки, МВт; N _и — снижение выработки электроэнергии главной паровой турбиной, МВт; τ _d — время разряда, ч; τ _ch — время зарядки, ч; — энтальпия основного пара на входе / выходе конденсата при зарядке аккумулятора, кДж / кг; — основной расход пара, необходимый для зарядки гидроаккумулятора, кг / с.

Для реализации необходимого режима работы теплового аккумулятора авторы предлагают использовать материал с фазовым переходом 59% NaOH + 41% NaNO ₃ со следующими теплофизическими свойствами, представленными в таблице 1. ⁴⁴

ТАБЛИЦА 1. Теплофизические свойства материала с фазовым переходом

Теплоаккумулирующий материал с фазовым переходом	Температура плавления, ° С	Теплота фазового перехода, кДж / кг	Плотность, кг / м 3		Теплоемкость, кДж / кг К		Теплопроводность, Вт / м 2 К	Стоимость, $ / кг
			жидкость	цельный	жидкость	цельный
59% NaOH + 41% NaNO 3	266	278	~ 1910	~ 2150	~ 1.85	~ 1,65	~ 0,75	0,52

Такой выбор обусловлен высокими значениями теплофизических показателей эвтектических составов, низкой стоимостью, низкой коррозионной активностью по металлам и широким распространением по всему миру.Анализ общедоступных источников показал, что сплав 59% NaOH + 41% NaNO ₃ , а также его компоненты имеют высокие отличные показатели стабильности даже после 10 000 часов термоциклирования. ^45-49 Группа исследователей из Электрической лаборатории Ибараки (Япония) исследовала эвтектические композиции на основе гидроксидов натрия с низким содержанием примесей. ⁵⁰ В рамках эксперимента проведены 10 000-часовые термоциклические испытания. По результатам проекта выявлено незначительное снижение теплофизических свойств материала фазового перехода: снижение температуры плавления на 3-6 ° С и теплоты плавления на 5% с погрешностью дифференциального сканирующего калориметра на 2%. .Снижение показателей можно объяснить наличием примесей в компонентах сплава. Эксперименты проводились при температуре материала около 350 ° C. Уровень температуры плавления напрямую влияет на старение материала и ухудшение его теплофизических свойств. ⁵¹ Таким образом, количество термоциклирующих нагрузок без ухудшения теплофизических свойств можно увеличить за счет использования компонентов сплава с чистотой более 99,9% и более низкого температурного режима (в нашем случае до 274 ° С, значительного перегрева после плавление, как в вышеупомянутом эксперименте).

В процессе разряда теплоаккумулирующий материал кристаллизуется: слой теплоаккумулирующего материала, кристаллизовавшийся вокруг теплообменной поверхности, становится толще. С учетом исходных данных выполнено математическое моделирование нестационарного теплообмена между рабочим телом и теплоаккумулирующим материалом через стенку металлической оребренной трубы методом конечных элементов. Соответственно, мы получили средневзвешенную динамику увеличения / уменьшения накопленного тепла в аккумуляторе фазового перехода и доли расплавленного теплоаккумулирующего материала при зарядке / разрядке аккумулятора, которая представлена ​​на рисунке 3.

Средневзвешенная динамика увеличения / уменьшения накопленного тепла в аккумуляторе фазового перехода A и доли расплавленного теплоаккумулирующего материала B во время зарядки / разрядки аккумулятора (˗ ˗)

4 ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ НАКОПЛЕНИЯ ТЕПЛА

Согласно проектной документации на поставку оборудования ПРХР для Курской АЭС-2 и АЭС «Аккую» средняя стоимость воздушных теплообменников ПРХР установлена ​​в размере 16 долларов США.85 миллионов за единицу. ^{52, 53} Дополнительные общие затраты, включая приобретение устройств управления, систем управления заслонками PRHR и теплоизоляции теплообменников PRHR, оцениваются в 3,75 миллиона долларов. Общая стоимость установки воздушного оборудования PRHR на АЭС составит 20,6 миллиона долларов.

Применение теплообменников PRHR приводит к дополнительным эксплуатационным расходам, необходимым для поддержания их постоянной готовности. Годовые эксплуатационные расходы составляют от 49 долларов.От 2 до 269,2 тыс. / Год в зависимости от климатических условий строительства АЭС. В данной работе мы учитываем годовые эксплуатационные расходы, равные 0,2 миллиона долларов США. ⁵⁴

Отсутствие исчерпывающей информации об аккумуляторах исследуемого типа в открытом доступе приводит к оценке их стоимости производства как общей стоимости материалов и производственных процессов, используемых при производстве существующих аналогов, то есть теплообменников, аналогичных по конструкции и функциям исследуемым аккумуляторам. .Исходя из этого, мы можем дать предварительные оценки для основных частей исследуемого объекта (таблица 2). В смету общей стоимости гидроаккумулятора входят: металлический корпус с теплоизоляцией, поверхность теплообмена с распределительными коллекторами, дополнительное вспомогательное оборудование (такое как технологическое оборудование, измерительные приборы, запорная арматура и т. Д.), Материал фазового перехода, доставка комплектующих на строительную площадку, сборку технических узлов и последующий запуск, паровую установку с ее надстройкой, а также налоговые сборы.

ТАБЛИЦА 2. Основные технические и стоимостные характеристики аккумулятора

Характеристика	Значение
Теплоаккумулирующий материал с фазовым переходом
Краткий текст материала	59% NaOH + 41% NaNO 3
Количество теплоаккумулирующего материала, т	1586
Общая стоимость теплоаккумулирующего материала, млн $	2.85
Толщина стенок, мм
коллекторы	40
пробирки	2
Используемая поверхность теплообмена, тыс. М 2	80
Стоимость пучка труб с верхним и нижним коллекторами, млн $	0.85
Стоимость теплоизолированного бака, млн $	0,05
Общая стоимость основных конструктивных элементов теплового аккумулятора + 100% на доставку и монтаж, млн. $	1,81
Итоговая стоимость теплового аккумулятора, млн $.	4,66
Энергетическая паровая турбина:
Паровая турбина 12 МВт, млн $	7,35
Дополнительные инвестиции, направленные на модернизацию электрооборудования и АСУ ТП, млн долларов США	1.04
Суммарные инвестиции в систему накопления тепла, млн долларов США	13,06
Дополнительные вложения в строительство здания (20% от общих вложений в систему накопления тепла), млн. Долларов США	2,61
Чистые инвестиции в систему накопления тепла, млн долл. США	15.67

Стоимость выбранного теплоаккумулирующего материала составляет 1,8 $ / кг. Сюда входит стоимость материала (0,5 доллара США / кг), доставка, таможенные платежи и другие расходы, а также загрузка материала в систему аккумулирования тепла. ^{44, 55-58} Старение материала фазового перехода учитывается как ежегодное уменьшение конечной дополнительной выработки электроэнергии на 0.3%. Предварительная стоимость необходимого количества материала фазового перехода составляет 2,85 миллиона долларов.

Расчетная стоимость теплового аккумулятора рассчитана исходя из стоимости материалов изготовления и 100% наценки на доставку и установку.

Стоимость паровой турбины с установленным энергоблоком-генератором по состоянию на 2015 год оценивается в 395 долларов США / кВт на 12 МВт; тогда при принятом значении инфляции 3% ориентировочная стоимость паровой турбины на 2020 год составит 458 долларов за кВт. ⁵⁹ Стоимость конденсатора турбины принята в размере 7% от стоимости самой турбины, а стоимость доставки и установки данного оборудования может быть оценена в 25%. ⁶⁰ Дополнительно потребуется модернизировать систему охлаждения трансформатора, ввод высоковольтного трансформатора, систему охлаждения проводов и АСУ ТП общей стоимостью около 87 долл. США / кВт. ³⁷

Важно оценить инвестиции, необходимые для строительства здания.В целях технического обслуживания приборы и оборудование следует устанавливать в легкодоступных местах. Для контроля состояния пучка теплообменных труб требуется мостовой кран. Между тем, основным критерием конструкции предлагаемой системы является сейсмостойкое основание, поскольку многофункциональная паровая турбина обеспечивает дополнительные аварийные резервы для вспомогательного оборудования АЭС. Исходя из требуемых расчетных кодов, принимаем, что стоимость строительно-монтажных работ составляет 20% от стоимости системы аккумулирования тепла.

Для определения экономической эффективности предложенной схемы совмещения многофункциональной системы аккумулирования тепла с двухконтурной АЭС с учетом отказа от теплообменников ПРХР воспользуемся методом, основанным на определении многокритериальной целевой функции, учитывающей влияние факторов безопасности и производительности на результирующий эффект этой комбинации. ⁶¹ Предлагаемая методика позволяет оценить рентабельность замены теплообменников ПРГР на систему аккумулирования тепла с установленными дополнительными многофункциональными паровыми турбинами.Эта методология рассматривает сокращение общих капитальных вложений и эксплуатационных затрат, достигаемое при небольшом увеличении риска повреждения активной зоны, которое не превышает нормативных требований МАГАТЭ. ³⁷

Целевая функция данного исследования представлена ​​в виде начисленной чистой приведенной стоимости (ANPV), рассчитанной с учетом экономической выгоды от замены теплообменников PRHR: где K _HAS — инвестиции в систему накопления тепла, млн $; K _PRHR — инвестиции в теплообменники и соответствующее оборудование PRHR, млн $; — изменение годовых затрат на техническое обслуживание систем безопасности теплообменников ПРЧР, млн $, R _i — результаты годовой загрузки системы аккумулирования тепла на АЭС (поставка электроэнергии по ценам -пиковые тарифы), млн $; C _i — годовые затраты на систему аккумулирования тепла, млн $; E — ставка дисконтирования; T ₁ / T _l / T _i — первое / последнее за отчетный период / текущий год для расследования соответственно.

Как известно, тарифы на электроэнергию различаются в зависимости от времени суток, региона и ряда факторов. Из-за разницы в дневном потреблении электроэнергии дневные и ночные тарифы имеют большие значения, которые могут вырасти в пять раз. Поскольку в ночное время потребление электроэнергии снижается, ночные тарифы в непиковые часы значительно снижаются. В этих условиях большинство электростанций теряют свою выгоду.

Origin Energy Limited — австралийская государственная энергетическая компания, которая взимает плату за потребленную электроэнергию, поставку электроэнергии и дополнительные расходы на индивидуальной основе.Тариф на электроэнергию в часы пиковой нагрузки по состоянию на март 2019 года составил 0,164 доллара США / кВтч в марте 2019 года. В 2014 году Управление энергетической информации США предоставило нормированную стоимость энергии (LCOE) на 2019 год для новых АЭС, работающих в режиме онлайн, равную 0,096 доллара США. / кВтч. ⁶² В 2018 году себестоимость производства атомной энергии составила 0,033 доллара США / кВтч. ⁶³ Общие производственные затраты включают капитальные, топливные и эксплуатационные параметры, необходимые для производства ядерной энергии. Во время максимального снижения потребления электроэнергии тарифные затраты могут упасть до нулевых значений по запросу системного оператора.

На основании приведенных данных, предельная стоимость пиковых тарифов на электроэнергию оценивается в 0,096-0,164 долларов США / кВтч, а внепиковые тарифы оцениваются в районе 0,025-0,035 долларов США / кВтч. Для расчета уменьшенной выработки от главной паровой турбины в результате отвода основного пара в многофункциональную паровую турбину на холостом ходу во время полупиковой работы, полупиковая скорость принимается равной 0,05-0,08 долл. США / кВтч. За весь отчетный период ежегодное увеличение тарифов на электроэнергию составляет 3%.Ставка дисконтирования оценивается примерно в 10%.

5 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Полученные результаты показывают, что эффективность исследуемой системы аккумулирования тепла, составляющей с АЭС единый энергетический комплекс, составляет 33%. Для достижения экономических выгод низкие значения эффективности должны компенсироваться разницей между непиковыми и пиковыми тарифами.

Проведен технико-экономический анализ совмещения систем аккумулирования тепла с АЭС с учетом отказа от теплообменников ПРХР.

Результаты технико-экономического анализа совмещения энергоблока АЭС с установленным ВВЭР-1000 и системы аккумулирования тепла с установленным тепловым аккумулятором и дополнительной паровой турбиной малой мощности представлены в таблице 3 и на рисунке 4.

ТАБЛИЦА 3. Полученные данные эффективности системы аккумулирования тепла с многофункциональной паровой турбиной на примере АЭС с реактором ВВЭР-1000 с заменой воздушных теплообменников ПРХР по тарифам и ценам 2020 г.

Характеристика	Значение
Инвестиции в систему аккумулирования тепла с паровыми турбинами мощностью 12 МВт, млн долл. США	15.67
Инвестиции в теплообменники PRHR и сопутствующее оборудование, млн долл. США	20,6
Уменьшение капитальных вложений, млн $	4,93
Снижение ежегодных затрат на техническое обслуживание систем безопасности при отказе от теплообменников PRHR, млн долл. США	0.2
Годовые затраты на системы аккумулирования тепла, млн $	0,9–1,5
Годовая выгода от реализации электроэнергии по тарифам пиковой нагрузки, млн долл. США	2–2,8
Рентабельность годовой загрузки теплогенерирующей системы АЭС, млн долл. США	0.84–1,39

Зависимость начисленной чистой приведенной стоимости в результате установки системы аккумулирования тепла с заменой теплообменников PRHR при различных пиковых и внепиковых тарифах на электроэнергию в течение рассматриваемого 25-летнего периода

Результаты расчетов показывают, что применение разработанной системы аккумулирования даст экономический эффект даже при самых неблагоприятных (из выбранного диапазона) условиях за счет возможности отказаться от использования дорогостоящих теплообменников PRHR, поскольку паровые турбины, используемые в системы накопления обеспечивают резервы вспомогательного оборудования АЭС.Максимальная начисленная чистая приведенная стоимость системы аккумулирования тепла достигается при отпускных тарифах на внепиковую энергию на уровне 0,025 доллара США / кВтч и пиковой энергии на уровне 0,164 доллара США / кВтч.

6 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Растущая доля АЭС в сетевых системах требует, чтобы они участвовали в регулировании профиля нагрузки. Схема совмещения системы аккумулирования тепла с АЭС предназначена для повышения ее эффективности. При сливе массовый расход питательной воды, протекающей через аккумулятор фазовых переходов проектируемой установки, составляет 165 кг / с при температуре на выходе не менее 258 ° C.Дополнительный основной пар, генерируемый в парогенераторах, составляет 15 кг / с при той же мощности реактора из-за повышения температуры питательной воды перед парогенераторами, которая нагревается в аккумуляторе. Пар направляется на привод паровой турбины мощностью 12 МВт. Анализированные экспериментальные данные показывают, что при выбранном температурном режиме негативный эффект от многоциклового использования выбранного теплоаккумулирующего материала незначителен. Электрический КПД исследуемой системы аккумулирования тепла составляет 33%.При определенных условиях для достижения экономических выгод низкое значение эффективности компенсируется разницей между непиковыми и пиковыми тарифами. Кроме того, установка паровой электростанции мощностью 12 МВт обеспечит электроэнергию для собственных нужд станции в случае полного отключения электроэнергии. Рассмотрены рентабельность замены теплообменников PRHR. В ТЭО используется диапазон пиковых (0,096-0,164 $ / кВтч) и внепиковых (0,025-0,035 $ / кВтч) тарифов на электроэнергию.Индекс инфляции учитывается при определении динамики тарифов. Для развитой системы аккумулирования тепла, работающей на АЭС, начисленная чистая приведенная стоимость составляет 4,4-12,5 млн долларов США за 25-летний отчетный период.

Полученные результаты направлены на решение научной проблемы, связанной с повышением гибкости АЭС. Установка систем аккумулирования тепла на АЭС может быть эффективной при определенных условиях. Многофункциональность системы — одно из ключевых условий.Это свойство обеспечит полную окупаемость дорогостоящих систем. Дальнейшее развитие концепции аккумулирования тепла на АЭС требует экспериментального исследования свойств и долговечности материалов фазового перехода.

ССЫЛКИ

• 1 Оценка капитальных затрат и характеристик производительности для технологий производства электроэнергии коммунального масштаба. Независимая статистика и анализ.Управление энергетической информации США. Вашингтон, округ Колумбия: Министерство энергетики США; 2020: 212.
• 2 Семнадцатый полугодовой отчет по мониторингу строительства компании Georgia Power, запрос на утверждение расходов, произведенных в период с 1 января 2017 года по 30 июня 2017 года, и запрос на утверждение пересмотренной сметы проектной стоимости и графика строительства в соответствии с o.c.g.a. § 46-3a-7 (b). Энергетическая компания Джорджии.31 августа 2017 г.
• 3Уолтон, Род. Повышение стоимости Vogtle заставляет переосмыслить будущее АЭС за 25 миллиардов долларов. Энергетика. Проверено 9 августа 2018.
• 4Kuravi S, Trahan J, Goswami DY, Rahman MM, Stefanakos EK. Технологии накопления тепловой энергии и системы для концентрирования солнечных электростанций. Prog Energy Combust Sci . 2013; 39 (4): 285-319.
• 5Py X, Sadiki N, Olives R и др. Накопитель тепловой энергии для CSP (Concentrating Solar Power). Веб-конференция EPJ . 2017; 148: 00014.
• 6Матур А., Касетти Р., Оксли Дж., Мендез Дж., Нитьянандам К. Использование инкапсулированных солей с фазовым переходом для концентрированной солнечной электростанции. Energy Proc . 2014; 49: 908-915.
• 7Gumus M. Снижение выбросов при холодном запуске двигателей внутреннего сгорания за счет системы аккумулирования тепловой энергии. Appl Therm Eng . 2009; 29 (4): 652-660.
• 8Васильев Л.Л., Бурак В.С., Кулаков А.Г., Мишкинис Д.А., Бохан П.В. Модули скрытого аккумулирования тепла для подогрева двигателей внутреннего сгорания: применение в бензиновых двигателях автобусов. Appl Therm Eng . 2000; 20 (10): 913-923.
• 9Косны Ю. Строительные компоненты с расширением PCM. Применение материалов с фазовым переходом в ограждающих конструкциях зданий и внутренних конструкциях. Инженерные материалы и процессы. Краткая история применения PCM в ограждающих конструкциях зданий. Швейцария: Springer International Publishing; 2015: 281.
• 10 Джорджио Симболотти.Концентрирующая солнечная энергия (CSP). IEA-ETSAP и IRENA © Краткий технологический обзор E10 — Январь 2013 г.
• 11Herrmann U, Kearney DW. Обследование накопителей тепловой энергии для параболических электростанций. Дж, Солнечная энергия, англ. . 2002; 124 (2): 145–152.
• 12Herrmann U, Kelly B, Price H. Хранилище расплавленной соли с двумя резервуарами для параболических солнечных электростанций. Энергия . 2004; 29: 883-893.
• 13Пачеко Дж. Э., Гилберт Р. Обзор последних результатов программы солнечных двух тестов и оценок. Конференция: Возобновляемые и передовые энергетические системы для 21 века, Мауи, штат Гавайи (США), 11.04.1999–15.04.1999.
• 14 Plataforma Solar de Almeria (PSA). Глава 1: Солнечные тепловые технологии PSA 1997 вехи и международное сотрудничество в развитии солнечной энергетики.Табернас, Альмерия: PSA; 1997 г.
• 15Робин Сэйлз. Скачок клапана CSP в США увеличивает перспективы для более горячих заводов. 2021 г. https://www.reutersevents.com/renewables/solar-thermal/us-csp-valve-leap-boosts-prospects-hotter-plants.
• 16 Концентрирующие проекты солнечной энергетики. Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии Transformig ENERGY. https: // solarpaces.nrel.gov/ 2020.
• 17Mehos MA. ЗАДАЧА I: Солнечные тепловые электрические системы. Солнечная энергия и химические энергетические системы. Международное энергетическое агентство (МЭА). СОЛНЕЧНЫЕ СТАНДАРТЫ. Годовой отчет, 2011, стр. 73
• 18Dreiigacker V, Müller-Steinhagen H, Zunft S. Термомеханический анализ уплотненных слоев для крупномасштабного хранения высокотемпературного тепла. Тепло-массообмен .2010; 46: 1199–1207.
• 19Чжифэн Ван, Чжихао Яо, Цзюнь Донг, Хунгуан Цзинь, Вэй Хан, Чжэнву Лу, ​​Сюдун Вэй. Проект солнечной тепловой башни мощностью 1 МВт в Пекине. Материалы Всемирного конгресса ISES по солнечной энергии 2007: Солнечная энергия и населенные пункты, стр. 1729–1732.
• 20р. Тамме, Разработка систем хранения для электростанций SP, в: Консультационный семинар DG TRENDG RTD «Концентрация солнечной энергии», Брюссель, 27, Немецкий аэрокосмический центр DLR, Институт термодинамики, Штутгарт / Кельн / Альмерия.
• 21 Solucar. Солнечная тепловая электростанция мощностью 10 МВт для юга Испании. Окончательный отчет о техническом прогрессе. 2006 стр 9.
• 22Данн Р.И., Хёрпс П.Дж., Мэтью Н. Райт Все авторы. Электростанции на расплавленной соли: новое коммерческое концентрирующее солнечное хранилище. Протокол IEEE . 2012; 100 (2): 504-515.
• 23Xu E, Yu Q, Wang Z, Yang C.Моделирование и моделирование солнечной тепловой электростанции DAHAN мощностью 1 МВт. Возобновляемая энергия , 2012 г .; 36 (2): 848-857.
• 24 Американский банк развития (АБР). Китайская Народная Республика: сосредоточение развития солнечной тепловой энергии. Техническая помощь в развитии потенциала (CDTA). 2012 г.
• 25 Пелэй У, Ло Л, Фан И, Ститу Д., Руд М.Системы хранения тепловой энергии для концентрированных солнечных электростанций. Renew Sustain Energy Ред. . 2017; 79: 82-100.
• 26Якоб Р., Белуско М., Инес Фернандес А., Кабеса Л.Ф., Саман В., Бруно Ф. Энергия и стоимость высокотемпературных систем хранения тепловой энергии для использования с концентрированными солнечными электростанциями. Аппл Энергия . 2016; 180: 586-597.
• 27Бекманн, Г.: Dampfspeicher zur wirtschaftlichen Spizenlastdeckung mit Kernkraftwerken. Диссертация, Высшая техническая школа Граца, 1973.
• 28Власов А.Е., Воронков М.Е., Кривошей М, Мостовой Ю.А., Чаховский В.М. Проект первой маневренной атомной электростанции с тепловыми аккумуляторами. Атом Энергия . 1987; 62 (5): 6.
• 29Карлсон Ф., Дэвидсон Дж. Х., Тран Н.Штейн, Андреас. Модель влияния использования накопителя тепловой энергии на работу атомной электростанции по циклу Ренкина. Управление преобразователями энергии . 2019; 181: 36-47.
• 30Cho JO, Ko A, Shin SG, Jung H-Y, Lee JI. Предварительное технико-экономическое обоснование конденсатора ПКМ для АСУ ТП APR1400. Энн Нукл Энергия . 2021; 152: 107959.
• 31Норузи Н, Фани М.Эксергетический дизайн и анализ ядерной тетрагенерации реактора SMR (комбинированное производство воды, тепла, электроэнергии и химикатов) с разработанным накопителем энергии PCM и внутренним циклом газовой турбины на CO2. Nucl Eng Technol . 2020; 53 (2): 677-687.
• 32Аминов Р.З., Егоров А.Н., Юрин В.Е. и др. Многофункциональный резерв для внутренних нужд АЭС. Атом Энергия . 2017; 121 (5): 327-333.
• 33Аминов Р.З., Юрин В.Е., Егоров АН.Комплексный анализ систем аварийного электроснабжения АЭС с реакторами типа ВВЭР-1000 на базе дополнительных паровых турбин в разрезе Балаковской АЭС. Журнал Физ. Конф., Сер. . 2018; 1111: 012026.
• 34 Патент РФ № 2702100. Способ бесперебойного электроснабжения собственных нужд АЭС / Аминов Р.З., Юрин В.Е. // Заявка на патент РФ № 201

  12 от 01.09.2019, опубл.04.10.2019. Bul. № 28.

• 35 Патент РФ № 2680380 Способ повышения мощности и безопасности энергоблока АЭС с реактором типа ВВЭР на основе теплоаккумулятора / Аминов Р.З., Юрин В.Е., Муртазов М.А. // Заявка на патент РФ № 2017141963 от 01.12.2017, 20.02.2019. Bul. № 5.
• 36Аминов Р.З., Юрин В.Е., Кузнецов Д.Ю.Исследование охлаждения водо-водяных реакторов на основе выработки электроэнергии за счет остаточного тепла в аварийных ситуациях с обесточиванием. Атом Энергия . 2020; 128 (4): 211-217.
• 37Аминов Р.З., Юрин В.Е., Егоров А.Н. Совмещение АЭС с многофункциональными электростанциями. — М .: Наука, 2018. 240 с. Http://www.rfbr.ru/rffi/ru/books/o_2079146.
• 38Юрин В.Е., Муртазов М.А.Общестанционное резервирование вспомогательного оборудования АЭС на базе системы аккумулирования тепла, в том числе паровой турбины малой мощности. Казань, RU, Научный журнал «Труды Академэнерго» №. 1 , 2020: 73-83.
• 39 Патент РФ № 179855. Теплоаккумулятор с фазовым переходом материала / Аминов Р.З., Юрин В.Е., Муртазов М.А. // Заявка от 02.10.2017, опубл. 28.05.2018г. Bul. №16.
• 40Антыпов И.Исследование процессов тепломассопереноса в низкотемпературном аккумуляторе тепла при фазовых превращениях аккумулирующего материала / И. Антипов // Известия Таврического государственного агротехнологического университета. — Мелитополь: ТДАТУ, 2015. — Т. 15, Т. 2. — С. 131–135.
• 41Остапенко В.В. Аккумулятор тепла фазовый переход для нужд отопления: дис. … K. Tech. науки. — Макеевка, 2015. — 173 с.
• 42Dhaidan NS, Khodadadi JM.Повышенная производительность систем хранения скрытой тепловой энергии с использованием ребер с высокой теплопроводностью: обзор. J Возобновляемая энергия . Опубликовано Американским институтом физики. 2017; 9: 034103.
• 43Johnson M, Breidenbach N, Laing D, Hachmann B. Экспериментальный и численный анализ накопителя с фазовым переходом. Международная конференция: Ежегодная конференция американского общества солнечной энергии (SOLAR 2013).СОЛНЕЧНЫЙ 2013, 16.-19.04.2013. Мэриленд, США: Американское общество солнечной энергии, Балтимор; 2013.
• 44Кенисарин ММ. Материалы с высокотемпературным фазовым переходом для хранения тепловой энергии. Renew Sustain Energy Ред. , Эльзевир. 2010; 14 (3): 955-970.
• 45Alam TE, Dhau JS, Goswami DY, Stefanakos E. Макроинкапсуляция и характеристика материалов с фазовым переходом для систем хранения скрытой тепловой энергии. Аппл Энергия . 2015; 154: 92-101.
• 46Танвир Э. Алам. Экспериментальное исследование инкапсулированных материалов с фазовым переходом для накопления тепловой энергии. Дипломные работы и диссертации, Университет Южной Флориды, 2015 г., стр. 126 ..
• 47 LF Cabeza, ed. Системы хранения тепла при высоких температурах с использованием материалов с фазовым переходом.Кембридж, Массачусетс, США: Elsevier Academic Press; 2017: 344.
• 48Sara Tahan Latibari. Инкапсуляция материалов с органическим фазовым переходом в оксиды металлов для хранения тепловой энергии. Магистерские диссертации и диссертации. Малайский университет. Куала Лумпур. 2016 г. 163.
• 49Shukla A, Buddhi D, Sawhney RL. Испытание на термоциклирование нескольких выбранных материалов с неорганической и органической фазой. Renew Energy Int J . 2008; 33 (12): 2606-2614.
• 50Takahashi Y, Kamimoto M, Abe Y, Sakamoto R, Kanari K, Ozawa T. Исследование материалов для аккумулирования скрытой тепловой энергии: V. Термоаналитическая оценка бинарных эвтектических смесей и соединений NAOH с NaNO3 OR NaNO2. Термохим Акта . 1988; 123 (1988): 233-245.
• 51Абхат А.Низкотемпературный накопитель скрытой тепловой энергии: теплоаккумулирующие материалы. Сол Энегри . 1983; 30 (4): 313- 332.
• 52 Открытый конкурс в электронной форме. Право заключения договора на поставку ПРГБ для сооружения энергоблоков №1 и №2 Курской АЭС-2. Номер покупки 31604542827 https://zakupki.gov.ru/223/purchase/public/purchase/info/common-info.html?regNumber=31604542827.
• 53 Право заключения договора на поставку системы пассивного отвода тепла (ПРХР) для сооружения энергоблоков № 1, 2, 3, 4 АЭС «Аккую». Номер покупки 200225/95192/026. http://zakupki.rosatom.ru/20022595192026.
• 54Аминов Р.З., Егоров АН. Сравнение и анализ систем отвода остаточного тепла реакторов при авариях с обесточиванием станций. Атом Энергия . 2017; 121 (6): 402-408. Https://link.springer.com/article/10.1007/s10512-017-0219-y.
• 55Янковски Н.Р., Маккласки Ф.П. Обзор материалов с фазовым переходом для тепловой буферизации компонентов автомобиля. Аппл Энергия . 2014; 113: 1525–1561.
• 56Van’t Land CM. Промышленная кристаллизация расплавов.1-е изд. Нью-Йорк, США: CRC Press; 2004 ISBN 9780824741112 304.
• 57Кенисарин М., Махкамов К. Накопление солнечной энергии с использованием материалов с фазовым переходом. Renew Sustain Energy Ред. . 2007; 11 (9): 1913-1965.
• 58Чжоу Д., Имс П. Термические характеристики бинарных солей нитрата натрия / лития для хранения скрытой теплоты при средних температурах. Solar Energy Mater Солнечные элементы . 2016; 157: 1019-1025.
• 59 Департамент энергосбережения Обновленная база данных по комбинированным теплоэнергетическим установкам, объявленная передовым производственным отделом Министерства энергетики США (DOE). 2017. https://www.energy.gov/eere/amo/articles/depa-rtment-energy-releases-updated-combined-heat-and-power-installation-database.
• 60 Сравнение альтернативных технологий охлаждения для электростанций Калифорнии Экономические, экологические и другие компромиссы Заключительный отчет, 2002 Коспонсор Энергетическая комиссия Калифорнии 1516 9th Street Sacramento, CA 95814-5504 Руководители проектов Мэтью С.L
• 61Аминов Р.З., Егоров А.Н., Юрин В.Е. Комплексный анализ систем безопасности АЭС с ВВЭР в аварийных ситуациях на примере проекта Нововоронежской АЭС-2. IEEE. Конференции: Международная мультиконференция по промышленной инженерии и современности 2018. 3-4 2018.
• 62Jia H, Takashi O, Kazutomo I. Ядерная энергетика в Азиатско-Тихоокеанском регионе: текущее состояние и перспективы на будущее.Качидоки, Тюо-ку, Токио: IEEJ; 2017 г.
• 63 Институт ядерной энергии (NEI). ОТЧЕТЫ И КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ. Ядерные затраты в контексте. Вашингтон: Институт ядерной энергии; 2020.

Особенности применения материалов при проектировании фазовых теплоаккумуляторов автомобильных двигателей

Образец цитирования: Грицук И., Александров, В., Панченко, С., Каграманян, А. и др., «Особенности применения материалов при проектировании аккумуляторов тепла с фазовым переходом в автомобильных двигателях», Технический доклад SAE 2017-01-5003, 2017, https: // doi.org/10.4271/2017-01-5003.
Загрузить Citation

Автор (ы): Игорь В.

No related posts.