Załóż konto na portalu i bezpłatnie pobierz wydanie Rynku Instalacyjnego 7-8/2018

Magazynowanie energii cieplnej w gaczu parafinowym (cz. 2)

W artykule opisano badania zasobnika ciepła, w którym czynnikiem magazynującym jest produkt odpadowy destylacji ropy naftowej – gacz parafinowy (cz. 1 – „RI” nr 4/2010). Dzięki wykorzystaniu ciepła przemiany fazowej gaczu pojemność cieplna zasobnika wzrosła o ok. 60% w porównaniu z tradycyjnym zasobnikiem c.w.u. o tej samej objętości, w którym czynnikiem roboczym jest woda. Gacz parafinowy może być również stosowany do magazynowania ciepła bezpośrednio w ścianach, podłogach i sufitach budynków.

Wyniki badań eksperymentalnych

Wyniki przeprowadzonych badań eksperymentalnych uzyskanych podczas prowadzenia symulacji dla warunków naturalnych (wiosna–jesień, lato) oraz dla zadanych warunków stałego w czasie nasłonecznienia (900, 1000, 1100, 1200 W/m2) podano w tab. 1.

Dane opracowano na podstawie obliczeń tablic wyników czasowych rozkładów temperatur w magazynie ciepła, które przeprowadzono programem MatCAD. Analiza zmiennych w czasie wartości pozwoliła określić koniec ładowania i rozładowania magazynu i obliczyć ilości dostarczonej energii. Ze stosunku do dostarczonej w tym czasie ilości energii z grzałki symulującej pracę kolektora i tym samym natężenia promieniowania słonecznego obliczano sprawność magazynowania. Przeprowadzone obliczenia dotyczą magazynowania energii w wodzie i gaczu parafinowym. Ujęte także zostały procesy ładowania (grzania) i rozładowania (chłodzenia) akumulatora ciepła.

W przypadku ładowania zasobnika, w którym medium magazynującym jest woda, zadano dwie prędkości przepływu medium grzewczego (wody): V = 0,02 m3/h oraz V = 0,11 m3/h. Natomiast przy magazynowaniu ciepła w gaczu tylko V = 0,02 m3/h. Procesy rozładowania zasobnika w obu przypadkach prowadzone były przy prędkości V = 0,28 m3/h.

W oparciu o taką samą procedurę obliczeniową przeprowadzono także analizę teoretyczną dotyczącą magazynowania ciepła przy dwukrotnie zwiększonej powierzchni absorpcyjnej kolektora słonecznego (F = 3 m2), ale w tym przypadku nie przeprowadzono już weryfikacji eksperymentalnej.

Analiza wyników

Analizę otrzymanych wyników badań eksperymentalnych pracy magazynu ciepła obrazują poniższe wykresy zależności:

  • ilości ciepła zmagazynowanego w zasobniku od warunków nasłonecznienia (rys. 1),
  • sprawności magazynowania energii od nasłonecznienia (rys. 2),
  • ilości ciepła oddanego (proces chłodzenia) od ilości ciepła zmagazynowanego przy danym nasłonecznieniu (rys. 3),
  • uwalniania ciepła od ilości ciepła zmagazynowanego przy danym nasłonecznieniu (rys. 4).

Jak wynika z zamieszczonych w tab. 1 i na rys. 1 danych eksperymentalnych, ilość zmagazynowanej energii cieplnej w zasobniku z ok. 60 kg gaczu parafinowego rozmieszczonego w 10 tackach, dostarczonego z kolektora słonecznego o powierzchni F = 1,5 m2, jest od 6 do 49,2% wyższa niż w takim samym zasobniku, ale wypełnionym tylko wodą. W obydwu przypadkach natężenie przepływu czynnika roboczego (wody) z kolektora do magazynu było takie samo i wynosiło V = 0,02 m3/h.

Sprawność magazynowania jest stosunkiem ilości energii skumulowanej w magazynie ciepła do ilości przekazanej z grzałki, modelującej różne zadane wartości nasłonecznienia oraz pory roku (lato, wiosna–jesień), do medium wpływającego do magazynu. Sprawność ta malała wraz z czasem i ilością zmagazynowanego ciepła.

W przypadku parafiny dla zadanych stałych wartości nasłonecznienia obserwujemy spadek sprawności układu wraz ze wzrostem nasłonecznienia. Efekt ten jest konsekwencją małego współczynnika przenikania ciepła gaczu parafinowego. Sprawność magazynowania dla warunków naturalnych (lato, wiosna) jest znacznie lepsza. Wynika to ze zmiennego w czasie nasłonecznienia – stopniowego wzrostu ilości doprowadzonego ciepła. Sprawność układu jest największa w przypadku zamodelowania okresu wiosna–jesień, ale nie jest ona proporcjonalna do zmagazynowanej ilości energii.

Jak wykazały analogicznie przeprowadzone obliczenia, w przypadku gdy ciepło pobierane jest z kolektora o dwukrotnie większej powierzchni (F = 3 m2), zarówno sprawność (rys. 2), jak i wzrost pojemności magazynu z gaczem (rys. 1) byłyby jeszcze większe i wynosiłyby od 50,0 do 121,9%. Wynika to z tego, że ta ilość energii wystarczyłaby już do całkowitego stopienia gaczu w zasobniku, do czego nie wystarczył kolektor F = 1,5 m2.

Na kolejnych rysunkach przedstawiono zmianę ilości uwalnianej energii z magazynu podczas ich rozładowywania oraz sprawności tego procesu w odniesieniu do warunków ich ładowania w gaczu, wodzie i przy zasymulowaniu różnych natężeń promieniowania.

W trakcie przeprowadzonych badań magazynu ciepła z gaczem parafinowym umieszczonym w tackach zebrano wiele doświadczeń eksploatacyjnych. Ich analiza i zdobyte doświadczenie pozwoliły na opracowanie kolejnej wersji magazynu o jeszcze lepszych parametrach hydrotermicznych (etap zgłoszenia patentowego).

Inne zastosowania gaczu parafinowego

Gacz parafinowy może być również, a nawet już jest [11], stosowany do magazynowania ciepła bezpośrednio w ścianach, podłogach i sufitach budynków. Dzięki zdolności przemiany fazowej do magazynowania i przechowywania ciepła można poprawić komfort termiczny pomieszczeń, obniżyć koszty ich ogrzewania, a nawet je klimatyzować. Gacz może być umieszczony bezpośrednio w przegrodzie budowlanej (w rurach, pojemnikach, kapsułach, kapsułkach i mikrokapsułkach) lub w formie dodatkowych elementów (ścian Trombego), wykładzin lub izolacji.

Ściany wypełnione PCM
Gacz parafinowy do magazynowania energii cieplnej jest zaliczany do rodziny materiałów PCM (Phase Changing Materials), w których wykorzystuje się przemiany fazowe. Gacz o niższej temperaturze topnienia niż ten, który był badany pod kątem współpracy z kolektorem słonecznym, znalazł również zastosowanie w jednorodzinnym domu pasywnym Solarhaus III w Ebnat Kappel w Szwajcarii [11]. W zewnętrznych nasłonecznionych przegrodach budowlanych tego eksperymentalnego domu pomiędzy szklanymi taflami umieszczono plastikowe pojemniki wypełnione materiałem PCM. Na rys. 5 pokazano widok takiej ściany oraz jej przekrój poprzeczny.

Pokazana na rysunku przegroda składa się z trójwarstwowych paneli szklanych z pryzmatycznie ukształtowaną powierzchnią środkowej szyby. W lecie promienie są od niej odbijane i nie grzeją domu, zimą przenikają do wnętrza. Przegroda ta dzięki szczelinom powietrznym jest przezroczysta i stanowi dobrą izolację termiczną. Wskutek przemiany fazowej akumulacja energii cieplnej jest ok. 10-krotnie większa niż w przegrodzie betonowej o tej samej grubości.

   17.05.2010

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie

 


Zdradzamy sposób na projektowanie instalacji najwyższej jakości »

projektowanie

 



Z jakiego powodu tworzywa sztuczne zdominowały rynek wod-kan » Jak bez problemowo przeprowadzić iniekcję mikropali, kotew i gwoździ gruntowych »
bezpieczeństwo instalatora pomoc w projektowaniu
czytam więcej » poznaj go dziś »

 


Czy można dobrze odseparować wodę kanalizacyjną od gruntowej »

innowacyjne projektowanie

 



Poznaj bezpieczne systemy do dezynfekcji wody pitnej i basenowej » Jak zabezpieczyć wentylatory dachowe »
czysta woda wentylator dachowy
wiem więcej » spróbuj już dziś »

 


Przedłuż certyfikat HVAC bez wychodzenia z firmy »

szkolenia hvac

 



Czy łatwo zainstalować podwieszaną toaletę » Z jakego powodu ta pompa wyprzedza przyszłość »
podwieszana toaleta pompy ciepła
wiem więcej » wiem więcej »

 


Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »

Co Szperacz wyszperał ;-)

źle wykonana instalacja

Sztywniactwo i niechlujstwo - zobacz i skomentuj »

Dla tych, którzy szukają bardziej elektryzujących wrażeń Szperacz ma dziś coś specjalnego - rozdzielnia w toalecie.

zaślepka


TV Rynek Instalacyjny


 tv rynek instalacyjny
10/2019

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 10/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Ogrzewanie obiektów przemysłowych
  • - Wentylacja domów jednorodzinnych
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright © 2011 - 2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl