lecture05 (Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Курс лекций. В.А. Агеев, 2004), страница 2

Былипредложены также входящие в состав энергоустановки насосные системыаккумулирования, заряжаемые механической энергией от газовой или паровой турбины.Верхний аккумулятор обычно имеет параметры (давление, температуру) выше параметров окружающей среды, тогда как параметры нижнегопримерно такие же, как и у окружающей среды, которая, таким образом, может служить нижним аккумулятором (системы аккумулирования с тепловымисточником). Насосные системы аккумулирования могут быть спроектированы и так, что окружающая среда используется в качестве верхнего аккумулятора, тогда как параметры нижнего аккумулятора выбираются много ниже,чем у окружающей среды (системы аккумулирования с низкотемпературнымтеплоприемником).

В этом случае тепло для процесса отбирается из окружающей среды, а нижний (низкотемпературный) аккумулятор отбирает отработанное тепло и нагревается. Как отмечалось в разд. 2.3.1, плотность запасаемой эксергии таких систем с «отрицательной эксергией» может бытьвесьма высока (в пределе бесконечна при 0 °К).Рассмотренная выше классификация важна для оценки эффективностисистемы аккумулирования, мощности и скорости зарядки и разрядки, длявыбора режима работы, а также для контроля функционирования.©Кафедра теплоэнергетических систем, 20047Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)5.4. Тепловое аккумулирование для солнечного обогрева и охлажденияпомещенийТипичная схема активной системы с тепловым аккумулированиемэнергии для получения горячей воды (рис.

5.4.1) включает первичный контурна антифризе, теплообменник в нижней части аккумулирующего бака и дополнительный нагреватель в верхней его части. Так как эффективность солнечного коллектора снижается с увеличением разности температур первичного контура и окружающей среды, температуру первичного контура следуетподдерживать на возможно более низком уровне. Для этого следует обеспечить небольшой перепад температур в теплообменнике, воспрепятствоватьперемешиванию в баке и обеспечить подвод тепла только в самую холоднуючасть бака.Рис. 5.4.1.

Схема получения горячей воды для бытовых нужд с использованием солнечной энергии: 1 – солнечные коллекторы; 2 – первичный цикл(антифриз); 3 – циркуляционный насос; 4 – аккумулирующий бак; 5 – солнечный теплообменник; 6 – подача холодной воды; 7 – дополнительный нагреватель; 8 – линия подачи.Выбор соотношения между размерами солнечного коллектора и аккумулятора для кратковременного (горячая бытовая вода) и долговременного(обогрев) аккумулирования – интересная оптимизационная задача.

Общийоптимум получается, когда оптимальны характеристики как коллектора, таки аккумулятора. Удельные емкости аккумуляторов для кратковременного аккумулирования обычно составляют 50–100 кг воды на 1 м2 площади коллектора, а для долговременного аккумулирования в климатических условиях©Кафедра теплоэнергетических систем, 20048Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)Центральной Европы необходимы значения удельной емкости 1000 кг/м2.Солнечный бассейн, где коллектор и аккумулятор совмещены, явля-ется частным случаем аккумулирования с использованием горячего теплоносителя (рис. 5.4.2). Солнечная радиация поглощается донной поверхностьюбассейна.

В теплоносителе создается и поддерживается градиент концентрации соли (концентрация увеличивается с глубиной) между верхним конвективным слоем (под действием ветра) и нижним конвективным слоем (в результате отвода тепла). Благодаря этому конвекция и связанный с ней теплоотвод к поверхности подавляются, и слой толщиной ~ 1 м, в котором нетконвекции, служит тепловой изоляцией.Таким способом можно достичь температуры воды 100°С, а 90°С является обычным расчетным значением в зонах с жарким климатом.Рис. 5.4.2. Схема солнечного бассейна с градиентом концентрации соли: 1 –поверхностный слой воды; 2 – поверхность земли; 3 – выход горячего соляного раствора к потребителю тепла или к теплообменнику; 4 – конвективная(аккумулирующая) область; 5 – возврат холодного соляного раствора; 6 – неконвективный (изолирующий) слой.Были предложены и разработаны системы аккумулирования на основеиспользования теплоты фазового перехода для зарядки и разрядки воздухом (рис.

5.4.3) или водой (рис. 5.4.4). На рис. 5.4.5 показан вариант тепло©Кафедра теплоэнергетических систем, 20049Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)обменника с оребренными кольцевыми каналами с раздельными контурамизарядной и разрядной сред. Таким образом, теплообменник позволяет проводить одновременно зарядку и разрядку. Каждый теплообменный элемент состоит из внутренней и наружной трубок, тепловой контакт между которымиобеспечивается продольными ребрами из материала с хорошей теплопроводностью (например, алюминия). Кольцевое пространство между ребрами заполнено материалом, аккумулирующим энергию фазового перехода (равнуютеплоте плавления).

В этом варианте система теплового аккумулированияработает как гибридный аккумулятор, в котором используются теплота фазового перехода и теплота нагрева рабочего тела.Рис. 5.4.3. Блок солнечных энергоаккумулирующих стержней с 2400 кгСаСl2·6H2O (Tф=27,2 °С) в полиэтиленовых цилиндрах для отопления квартиры.©Кафедра теплоэнергетических систем, 200410Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)Рис. 5.4.4.

Агрегат CALMAC для аккумулирования теплоты фазового перехода на Na2S2O3-5H2O или MgCl2-6H2O: 1 – съемная крышка; 2 – двигательдля перемешивания; 3 – вход воды; 4 – гидрат соли; 5 – пластиковый теплообменник; 6 – бак; 7 – выход воды.Рис.

5.4.5. Теплообменник с оребренными кольцевыми каналами для аккумулирования энергии с использованием теплоты фазового перехода: 1 – элемент теплообменного блока: 2 – термоаккумулирующее вещество; 3 – продольное ребро; 4 – горячий теплоноситель; 5 – резервуар (кожух); 5 – холодный теплоноситель для разрядки.Коллекторы солнечного тепла разделяются на активные и пассивные;роль последних часто выполняют сами конструкционные детали здания. Такие детали должны обладать прозрачными внешними поверхностями (в видеокон или прозрачных покрытий) и высокой эффективной теплоемкостью©Кафедра теплоэнергетических систем, 200411Агеев В.А.

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций)Правильно выбранные свойства системы ТАЭ способствуют выравниваниютемпературы в помещении.Если такие свойства солнечной системы ТАЭ, как толщина, теплопроводность и теплоемкость коллектора, выбраны правильно, то проходящиечерез внешнюю поверхность солнечные тепловые потоки могут быть задержаны примерно на 12 ч, что внесет, таким образом, благоприятный вклад втепловой баланс помещения на режимах как нагрева, так и охлаждения.Литература1.

Бекман Г, Гилли П. Тепловое аккумулирование энергии: Пер. с англ. – М.:Мир, 1987. – 272 с.Содержание5. Тепловое аккумулирование энергии ................................................................. 15.1. Энергетический баланс теплового аккумулятора......................................... 15.2. Классификация аккумуляторов тепла............................................................

35.3. Системы аккумулирования ............................................................................. 45.4. Тепловое аккумулирование для солнечного обогрева и охлажденияпомещений ............................................................................................................... 8Литература .............................................................................................................

12©Кафедра теплоэнергетических систем, 200412.