Как самому сделать теплоаккумулятор: Как сделать теплоаккумулятор для котлов отопления своими руками

Содержание

Теплоаккумулятор своими руками + Схемы и порядок установки

Для большинства любая отопительная система состоит из трех основных частей:

Радиаторов отопления
Трубных магистралей
Отопительного прибора или котла

Однако современные системы могут оснащаться множеством других полезных устройств, одним из которых является тепловой аккумулятор. С его помощью удается накапливать тот избыток энергии, который вырабатывается в котле и расходуется совершенно напрасно.

Содержание статьи:

Большинство моделей представляют собой не что иное, как стальной бак, оснащенный несколькими нижними и верхними патрубками. К первым подключаются источники тепла, ко вторым – потребители. Внутри него располагается жидкость, которую можно использовать в желаемых целях. Изготовить теплоаккумулятор своими руками не составит труда – достаточно времени, рабочих материалов с инструментом и желания.

Вводное видео по установке

<center><ins class="lazy lazy-hidden adsbygoogle" style="display:block" data-ad-client="ca-pub-1812626643144578" data-ad-slot="3076124593" data-ad-format="auto" data-full-width-responsive="true"></ins> <script>(adsbygoogle=window.adsbygoogle||[]).push({});</script></center>

Принцип работы

В основе принципа работы теплового аккумулятора лежит высокая теплоемкость воды. Описать его можно следующим образом:

Трубопровод котла подключается к верхней части бака, в которую поступает горячая вода – максимально нагретый теплоноситель
Внизу располагается циркулирующий насос, который выбирает холодную воду и пускает по системе отопления обратно в котел
Очень быстро остывшая ранее жидкость сменяется вновь нагретой

Когда котел прекращает работать, вода в трубопроводных магистралях системы отопления начинает постепенно остывать. Циркулируя, она попадает в бак, в котором начинает выдавливать горячий теплоноситель в трубы. Таким образом, обогрев помещений будет продолжаться определенный временной промежуток.

Функции, которые выполняет теплоаккумулятор

Современные тепло накопительные устройства – сложные аппараты, которые выполняют не одну полезную функцию:

Способны обеспечивать дом горячим водоснабжением
Стабилизируют температурный режим в помещениях
Позволяют увеличить КПД систем отопления до максимально возможного, снижая денежные затраты на топливо
Способны объединять более одного источника тепла в общий контур и наоборот
Накапливают избыточную энергию, вырабатываемую котлом

Несмотря на все положительные функции, которые выполняет тепловой аккумулятор в системе отопления, он имеет два существенных недостатка:

Ресурс воды напрямую зависит от вместимости установленного бака, тем не менее он остается ограниченным и имеет быстрое свойство заканчиваться. Будет не лишним дополнительная система подогрева из вне
Из первого недостатка плавно появляется второй: более ресурсоемкие установки требуют большой свободной площади для их размещения, например, отдельного помещения в виде котельной

В дополнение советуем прочитать наше руководство по сборке солнечного коллектора своими руками

Простой тепловой аккумулятор

Самый простейший теплоаккумулятор своими руками можно изготовить, основываясь на принципе работы термоса – он за счет своих непроводящих тепло стенок не позволяет жидкости остывать на протяжении продолжительного временного периода.

Для работы необходимо подготовить:

Бак желаемой емкости (от 150 л)
Теплоизоляционный материал
Скотч
Тэны или медные трубки
Бетонную плиту

Вначале очередь следует подумать над тем, что будет представлять собой непосредственно бак. Как правило, используют любую имеющуюся под руками металлическую бочку. Объем ее каждый определяет индивидуально, но брать емкость менее 150 л не имеет практического смысла.

Выбранную бочку необходимо привести в порядок. Ее следует почистить, удалить изнутри пыль и прочий мусор, обработать участки, на которых начала образовываться коррозия.

Затем готовится утеплитель, которым будет оборачиваться бочка. Он будет отвечать за то, чтоб тепло как можно дольше сохранялось внутри. Для самодельной конструкции прекрасно подойдет вата минеральная. Окутав с внешней стороны емкость, необходимо ее хорошенько обмотать скотчем. Дополнительно поверхность накрывают листовым металлом или окутывают фольгированной пленкой.

Для того, чтобы вода внутри подогревалась, необходимо выбрать один из вариантов:

Установка электрических тэнов
Установка змеевика, по которому будет пускаться теплоноситель

Первый вариант достаточно сложен и не безопасен, поэтому от него отказываются. Змеевик же можно соорудить самостоятельно из медной трубки диаметром 2-3 см и длиной около 8-15 м. Из нее сгибается спираль и помещается в внутрь.

В изготавливаемой модели тепловым аккумулятором является верхняя часть бочки – из нее необходимо пустить отводной патрубок. Снизу устанавливается еще один патрубок – вводной, через который будет поступать холодная вода. Следует их оснастить кранами.

Простое устройство готово к использованию, но перед этим предстоит решить вопрос, связанный с пожарной безопасностью. Располагать такую установку рекомендуется исключительно на бетонной плите, по возможности отгородив стенками.

Как подключить

Человек, который много раз сталкивался с устройством систем отопления, без труда должен изготовить тепловой аккумулятор своими руками и произвести дальнейшее подключение. Не должна составить особой сложности подобная работа и для новичка.

Словами схему подключения можно описать следующим образом:

Транзитом сквозь весь бак должен проходить по тепловому аккумулятору обратный трубопровод, на его концах должны быть предусмотрены полуторадюймовый вход и выход

Вначале между собой соединяются обратка котла и бак. Между ними должен размещаться циркуляционный насос, гонящий воду из бочки в отсекающий кран, расширительный бак и отопительный прибор
Циркуляционный насос и отсекающий кран также монтируют со второй стороны
Соединять подающий трубопровод необходимо по аналогии с предыдущим, однако теперь тепловые насосы не устанавливаются

Стоит отметить, что подобным образом подключается теплоаккумулятор к отопительной системе, работающей на базе всего одного котла. Если их количество увеличивается, схема значительно усложнится.

Емкость должна дополнительно оснащаться термометром, датчиками давления внутри и взрывным клапаном. Накапливая постоянно тепло, бочка может со временем перегреться. Чтобы не допустить взрыва, необходимо сбрасывать периодически избыточное давление.

Теплоаккумулятор и разные виды отопительных систем

Устанавливать тепловой аккумулятор можно совместно с различными отопительными системами. Взаимодействуя с каждой из них, он предоставляет ряд преимуществ и быстро окупается.

Наиболее распространены теплоаккумуляторы, установленные совместно отопительным оборудованием, работающем на твердом топливе, у которых количество остатков минимально. Доведя КПД до максимально-возможного, они очень быстро разогревают отопительные радиаторы, которые вскоре изнашиваются. Часть вырабатываемой энергии лучше копить и воспользоваться, когда в ней действительно возникнет потребность.

Двукратный ночной тариф за электроэнергию – проблема для владельцев электрических отопительных котлов. Таким образом в дневное время теплоаккумулятор будет накапливать в себе тепло по более выгодной стоимости, а в ночное – отдавать его отопительной системе.

Применяются подобные установки в многоконтурных системах, распределяя воду между контурами. Если установить патрубки на разных высотах, можно осуществить отбор воды с разной температурой.

Варианты модернизации

Глядя на простейший теплоаккумулятор своими руками, человек с инженерным образованием наверняка задумается о вариантах его модернизации. Сделать это можно следующими способами:

Внизу устанавливают еще один теплообменник, посредством которого может происходить аккумуляция энергии, полученной солнечным коллектором
Можно разделить внутреннее пространство бака на несколько секций, сообщающихся между собой, чтобы расслоение жидкости по температурам было более выраженным
Тратиться на теплоизоляцию или нет – каждый решает сам для себя. Но несколько сантиметров пенополиуретана существенно снизят тепловые потери
Увеличив количество патрубков, можно будет монтировать установку к более сложным отопительным системам с несколькими контурами, работающими независимо
Можно сделать дополнительный теплообменник, в котором будет накапливаться питьевая вода

Видео — Тепловой аккумулятор в доме с периодической топкой

Подводим итоги

Собирать теплоаккумуляторы своими руками может абсолютно каждый. Для него нет необходимости покупать дорогостоящее оборудование, а самая простая модель состоит из комплектующих, которые у хорошего человека всегда в гараже или кладовой.

Все те, кто не доверяет самодельным устройствам, могут ознакомиться с богатым выбором моделей на рынках. Их стоимость более чем приемлемая, а вложенные средства быстро окупаются.

Изготовление теплоаккумулятора для твердотопливного котла своими руками

Когда дрова в твердотопливном котле догорают, он перестает греть воду и в комнатах становится холодно. Чтобы такая остановка не сказалась на работе системы отопления, необходимой является обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором.

Конструкция

Схема теплоаккумулятора включает такие элементы:

Бак из нержавеющей стали или других материалов.
Теплоизоляционный материал (находится вокруг бака).
Змеевик. Его делают из меди. Он размещается внутри термоаккумулятора.

Теплоаккумулятор подключают к системе сразу после устройства. Очень горячий теплоноситель проходит через накопитель тепла, немного охлаждается, отдав тепло, и дальше поступает в радиаторы.

Расчет объема теплоаккумулятора

При расчете теплоаккумулятора для твердотопливного котла нужно выбрать наиболее подходящий накопитель тепла по следующим показателям:

Количества тепла, необходимое для отопления дома.
Продолжительности простоя котла.

Например, для отопления дома площадью в 200 кв. м. и ГВС с косвенным бойлером на 50 л нужно создавать 33 кВт/час тепла. Если котел будет простаивать 6 часов, то теплоаккумулятор должен отдать за это время 33*6 = 198 кВт. До выключения прибора он должен накопить такое количество тепла.

По системе отопления может циркулировать теплоноситель с температурой 65, 70 или 85 °С. Пусть в схему радиаторов будет поступать вода, нагретая до 70 °С. Из котла может поступать вода, нагретая до 110 °С. Ее температура будет составлять 95 °С. Такую же температуру будет иметь нагретая вода в теплоаккумуляторе. Разница температур составляет 25 °С.

При охлаждении до такой температуры 1 л воды потеряет 0,0012*1*25 = 0,03 кВт. Цифра 0,0012 является удельной емкостью воды, выраженной в кВт/(кг*°С). Цифра 1 – это вес 1 л воды. Чтобы накопитель тепла смог отдать 198 кВт, нужно, чтобы его объем составлял 198/0,03 = 6 600 л. Это составляет 6,6 куб м. Такой объем имеет цилиндр высотой 2,5 м и диаметром 1,8 м.

Изготовление бака

Теплоаккумулятор для твердотопливного котла можно изготовить своими руками в форме цилиндра, квадратной или прямоугольной формы. Первый вариант лучше. Для его изготовления стоит взять обычный листовой металл с толщиной 4-9 мм. Выгнуть такой металл в цилиндр в домашних условиях очень сложно. Поэтому стоит обратиться в металлообрабатывающие компании. Там проведут прокатку материала и сделают качественные швы.

Проще изготовить своими руками прямоугольный бак. Изготовление включает такие этапы:

Подключение болгарки к электросети и разрезание металла на прямоугольники согласно своей схеме.
Установка двух вертикальных сторон под углом 90°. Для их фиксации можно использовать большие тяжелые предметы. Могут подойти бочки.
Выполнение точечной сварки в нескольких местах.
Проверка правильности угла и при необходимости коррекция.
Сварка двух стенок. Шов следует делать как извне, так и изнутри.
Приваривание всех остальных частей.
Наваривание на каждую сторону 4-5 ребер жесткости. Такие ребра можно было бы не приваривать на бак с объемом, меньшим 5 куб. м. Если будет использоваться цилиндрическая емкость, то ребра жесткости необходимы на верхней и нижней стороне.

Поскольку теплоаккумулятор дляу стройства будет большим, на верхней стороне стоит сделать крышку. Диаметр крышки – 60 см. Ее толщина должна в два раза превышать толщину основного материала. Можно будет залезать/вылезать из бака и варить его изнутри. Крышка должна закрываться герметично. Для этого в конце всех работ на стыки наклеивают своими руками резиновую втулку.

Некоторые пытаются использовать в качестве основной емкости пластмассовые бочки. Они не подходят, так как рассчитаны на невысокую температуру. Исключение составляют изделия, в маркировке которых указано «способность выдерживать температуру, равную 100 °С».

Система патрубков

В готовой металлической емкости сверлят дырки для приварки патрубков. Их должно быть много:

3 для термометров (их рассредоточивают на одной боковой стороне).
2 для термодатчиков. Диаметр этих штуцеров – 0,5 дюйма;
4 штуцера для двух змеевиков. 2 из них размещают в самом верху. 2 – недалеко от дна. Диаметр ¾ дюйма. Эти патрубки нужно делать двухсторонними. Они должны торчать с обеих сторон стенки.
2 патрубка для подачи и отвода холодной воды в сам бак. Диаметр – ¾ дюйма. Благодаря этому можно будет охлаждать бак в случае его перегрева.
2 на верхней стороне. Диаметр – 1 дюйм. Один предназначен для магниевого анода, другой для монтажа группы безопасности.
1 патрубок в дне для слива воды и всей грязи. Диаметр – ¾ дюйма. Большинство времени он будет просто заглушенным.

После приварки патрубков внутреннюю поверхность шлифуют, очищают, обрабатывают с помощью раствора ортофосфорной кислоты, наносят своими руками до 6 слоев грунтовки и несколько слоев термостойкой краски.

Изготовление и фиксация змеевика

Его делают из медной трубы, которая имеет диаметр 20 мм. Нужно сделать своими руками два змеевика. Оба должны иметь одинаковую высоту. Для вышеописанного примера она может составлять 1,1 м. Это значит, что можно сделать змеевик с 1,1/0,02 = 55 витками. Если диаметр одного круга составляет 1,6 м, то для змеевика нужно использовать 1,6*3,14*55 = 276,32 м трубы.

Гнуть трубу придется в самом баке. Можно и снаружи, однако, для этого теплоаккумулятор для котлов отопления должен обладать очень большой крышкой.

Далее нужны такие работы:

Подключение змеевика к необходимым штуцерам и приварка их.
Проверка бака и каждого змеевика на герметичность. Проверяют только водой, сделав подключение изделия к водяному насосу.
Шлифовка, грунтовка и окраска внешней стороны.
Теплоизоляция. Для этого следует использовать пенопласт. Его толщина должна составлять 10 см, а плотность – 25 кг/м³. Его приклеивают к корпусу. Альтернативой является минеральная вата с плотностью 135-145 кг/м³.
Монтаж лицевого материала. Многие схемы предусматривают использование оцинкованного листа, ДВП или фанеры.

После можно приступать к подключению термоаккумулятора к котлу.

Бюджетный теплоаккумулятор для поликарбонатной теплицы своими руками | Своими руками

Теплицы и парники не всегда спасают от весенних и осенних заморозков, а установка систем обогрева требует значительных финансовых вложений. Я обошелся без этого, увеличив теплоемкость поликарбонатной теплицы с помощью доступных материалов.

Что лучше всего сохраняет накопленное днем тепло? Вода. Однако установка бочек уменьшит полезную площадь теплицы. Вот я и решил использовать обычные пластиковые бутылки, коих бесчисленное множество встречается на наших бескрайних просторах.

В течение весенне-летнего сезона с территории парка и берега Волги было убрано около 500 баклажек емкостью от 0,5 л до 5 л. Общий их объем составил примерно 700 л.

Бутылки расположил на высоких грядках (здесь весной они лучше прогреваются) между растениями. Это сразу уменьшило перегрев почвы: пока рассада еще низкая, открытая земля сильно нагревается под солнечными лучами.

Сразу стали заметно меньше суточные перепады температуры: вода, нагревшаяся задень, постепенно отдавала ночью тепло земле и воздуху теплицы.

По возможности такими баклажками нужно заполнить всю свободную площадь, а еще лучше – при проектировании теплицы заранее предусмотреть место (скажем, с северной стороны), чтобы там эти бутылки разместить вертикально вдоль всей стены в несколько ярусов.

Осенью, когда ночные температуры доходили до минусовых значений, мой бюджетный теплоаккумулятор достойно справился со своей задачей.

При минус 3° утром в теплице было 10°. Высаженные в экспериментальных условиях томаты, перцы, баклажаны и огурцы плодоносили вплоть до конца октября.

Ссылка по теме: Обогрев теплицы своими руками: греем и воздух и грунт

В простой же теплице (без теплоаккумулятора) и тем более в открытом грунте овощи давно пожухли и погибли.

ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ МАСТЕРОВ И МАСТЕРИЦ, И ТОВАРЫ ДЛЯ ДОМА ОЧЕНЬ ДЕШЕВО. БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА. ЕСТЬ ОТЗЫВЫ.

Ниже другие записи по теме «Как сделать своими руками — домохозяину!»

Подпишитесь на обновления в наших группах и поделитесь.

Будем друзьями!

Обвязка котлов — 130 фото и видео описание основных схем подключения

Да и опасная это затея. Итак, если вы все-таки решили доверить подключение твердотопливного котла специалисту, то наш совет: постарайтесь вникнуть в этот процесс и как минимум постарайтесь сами разобраться в нюансах установки котла (вам же в дальнейшем им пользоваться много лет и эксплуатировать систему отопления, кстати котёл на дровахнаиболее часто используется и имеет больше нюансов по обвязке).

Подготовка
Безопасность
Схемы
Фото
Видео
Резюмируем

Обвязка — комплекс работ по подключению оборудования к инженерной системе (обвязка котла). Бывают обвязки: страховочные спортивные и для промышленного альпинизма, обвязка фундамента досками.

Постараемся перечислить некоторые нюансы при подключении твердотопливного котла. Монтаж котлов отопления начинается с подготовки пола и вывода дыма:

подготовка основания для установки твердотопливного котла – оно должно быть строго горизонтальным. Т.к. твердотопливный котел имеет не маленький вес, то стяжка пола, залитая под него должна быть 7-10 см. Размеры основания должны соответствовать размерам котла, увеличенным на 10%.
также любой отопительный котел (кроме электрического) требует подключить дымоход. Он может быть как внутри помещения (не утепленный) и выходить вертикально через крышу, так и изначально выходить горизонтально через стену и подниматься вдоль стены дома выше конька (утепленный). Любой дымоход необходимо ежегодно чистить и следить за его состоянием.

Как правильно обвязать твердотопливный котел

Обвязка котла твердотопливноготребует обеспечения определенных мер безопасности системы отопления:

установка аварийного клапана (или группа безопасности котла). В случае поднятия давления в системе отопления, произойдет аварийный сброс теплоносителя в канализацию. И это предотвратит взрыв котла.
монтаж охлаждающего контура на твердотопливном котле убережет вас от взрыва котла, а также от необходимости подпитки системы отопления в случае описанном выше.
подключение источника бесперебойного питания ИБП к котлу и насосам, позволит исправно работать системе отопления даже при отключении электроэнергии, о чём мы часто слышим в новостях по множеству населённых пунктов Беларуси.
подключение твердотопливного котла по пожарным нормам необходимо производить только металлической трубой (черный металл, оцинкованная, нержавеющая или углеродистая сталь), любой вариант подойдет. Что касается диаметров, то чаще всего котлы мощностью до 30 кВт мы подключаем трубой 1 1/4″, котлы мощностью до 50 кВт – 1 1/2″, и котлы до 100 кВт – 2″ или 2 1/2″.
в схеме подключения твердотопливного котла и соответственно при обвязке твердотопливного котланеобходимо предусмотреть расширительный бак открытого или закрытого типа (в зависимости от системы отопления). Объем расширительного бака рассчитывается по простой формуле:
V бака = V системы : 10
Схема подключения твердотопливного котла требует устанавливать расширительный бак на обратной линии. Это продлит срок службы мембраны бака.
подключать котел на твердом топливе (мощностью до 70-80 квт) желательно не с помощью сварочных работ, а на резьбовых соединениях. В дальнейшем это упростит обслуживание всей системы, а также без проблем позволит заменить любой, вышедший из строя, узел.
схема подключения твердотопливного котла подразумевает наличие термостатического смесительного клапана (для стальных котлов — это защита от излишнего конденсата, а для чугунных — защита от холодной обратки, под влиянием которой может лопнуть секция котла).

Это только некоторые нюансы, на соблюдение которых, при подключении твердотопливного котла, необходимо обратить пристальное внимание. Безопасность системы отопления дома – это первое, с чего начинается проектирование отопления.

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:

Стальные стенки камеры сгорания разъедаются коррозией.
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.

Схемы подключения котла для общего представления

Разберём обвязку на схемах. Простая обвязка котла включает:

циркуляционный насос (1) для обеспечения движения теплоносителя (воды) в трубах и оборудовании системы отопления,
расширительный бак (2) забирает из системы излишнюю воду (теплоноситель) при её нагревании и отдаёт обратно в систему,
группа безопасности котла (3) с предохранительным клапаном при закипании котла выбрасывает лишнюю воду в канализацию.

Далее идут системы безопасности людей и самого котла. Защищаем теплообменник котла от попадания на него излишне холодной воды, что выводит его из строя раньше времени. Ставим 3-х ходовой термостатический смесительный клапан(8) – если с обратки от радиаторов отопления пойдёт холодная, более чем полезно теплообменнику котла, клапан включит подмес горячей воды.

Теперь защищаем людей от взрыва и ожогов. Особенностью обвязки твердотопливного котла является: горение твердого топлива в котле полностью не поддаётся контролю как у газовых и электро котлов. Поэтому обязательно для обвязки системы отопления с твердотопливным котлом не допустить излишнего перегрева воды до 95 град. в трубах и радиаторах отопления до опасной для прикосновения человека температуры. И для этого существует 3 отдельных способа охлаждения воды к радиаторам отопления, которые можно использовать и одновременно.

Вариант 1: Смесительный клапан (7) по мере необходимости добавляет в трубу к радиаторам отопления более прохладную воду из обратки воды от радиаторов отопления. Выглядит достаточно просто.

Вариант 2: 4-х ходовой клапан аварийного охлаждения теплообменника (4) с выносным датчиком при перегреве до 95 град. через обратку запустит в котёл холодную воду из водопровода, а из котла перегретую воду выбросит в канализацию. Так как такое возможно при отключении электричества в доме. Останавливается насос котла, но и насос в скважине. Поэтому холодная вода для охлаждения котла берется из гидроаккумулятора водопровода и её может не хватить: устанавливаем дополнительный гидроаккумулятор (5) с обратным клапаном (6) для отключения его от водопровода.

Вариант 3: Аварийный гравитационный контурс обратным клапаном (9) – схема показывает его вариантом, однако контур требует специфики, определенного низкого давления и температуры, может содержать в себе радиатор отопления для этих целей.

Вариант 4: Использовать несколько метода одновременно.

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:

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.
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.

Обвязка твердотопливного котла

Схема подключения твердотопливного котла

Обвязка твердотопливного котла с подключением к закрытому контуру системы отопления содержат обязательно группу безопасности котла, расширительный бак и циркуляционный насос. Котлы на твердом топливе не имеют ряда функций безопасности, по этому обвязка твердотопливного котла должна включать указанные системы безопасности дополнительно. Безопасное подключение котла – это безопасность жизни и здоровья домочадцев и обязано обеспечивать минимальную рабочую температуру теплоносителя на входе в котел на уровне не менее 60°C. Теплообменник не должен быть подвержен большим тепловым перепадам – это предотвратит нежелательные деформации металла и образования дегтя и сажи в вашем котле. Обеспечивает данное условие монтаж смесительного узла. Он будет поддерживать необходимую температуру теплоносителя на входе в твердотопливный котел.

Монтаж твердотопливных котлов и обвязка твердотопливного котла — должна проводится исключительно специалистами. Установка котла на твердом топливе самостоятельно своими руками чрезвычайно опасна, тем более такая установка котла скорее всего не будет принята пожарниками. Данный материал как подключить котел на твердом топливе имеют целью познакомить вас с темой, чтобы ваш выбор и контроль специалистов по монтажу был более грамотным.

Фото монтаж отопления – Минск обл., г. Дзержинск

Монтаж отопления: Минск – прорисовка схемы, Дзержинск – обвязка котла на месте, монтаж дымохода. Да, начинаем с прорисовки карандашом схемы будущей системы отопления дома с реальным отопительным оборудованием: твердотопливный котел SAS 58 кВт, буферная емкость / теплоаккумулятор S-Tank 2000 л, расширительный бак 300 л, циркуляционный насос грундфос 32-60. Кстати, как и всё, клиент выбирал дымоходы на Дом котлов бай.

Установка котла отопления на твердом топливе на фото проведена Дом котлов бай, Минск.

Элементы обвязки

Обвязка котла отопления твердотопливного, схема:

Кроме самого агрегата схема обвязки котла твердотопливного включает расширительный бачок, аварийное питание насоса (если он есть), коллектор-смеситель (если больше одного контура), циркуляционный насос (кроме систем с естественной циркуляцией), теплоаккумулятор (что такое теплоаккумулятор для котлов отопления).

Последний может выполнять функцию резервной емкости: если подача горячего теплоносителя прекратится, контуры могут какое-то время питаться из запасного резервуара.

Группа контроля и безопасности регистрирует параметры цепи, регулирует подачу, при аварии предохранительный клапан блокирует контур. В обвязку котла ТТ включены датчики температуры и скорости перемещения теплоносителя.

Схема обвязки твердотопливного котла с циркуляционным насосом может включать в себя насос с радиатором. Радиатор нужен для быстрого охлаждения системы в случае ее перегрева, т.к. у твердотопливных агрегатов регулировка мощности осложнена по сравнению с электрическими и газовыми аналогами.

Расширительный бак сбрасывает избыток давления теплоносителя при повышении температуры более 100 градусов, радиатор позволяет охладить теплоноситель до 100. По достижении оптимальной отметки радиатор перекрывается, вода движется по контуру свободно.

Электрокотел с твердотопливным котлом: упрощённая схема

Как обычно, начнём с общей схемы, чтобы дать общее же представление:

В такой схеме каждый котёл может работать как самостоятельно, так и одновременно со вторым.

На схеме электрокотел самый простой: без встроенной автоматики и без циркуляционного насоса, а собственно ёмкость с приваренными патрубками и ТЭНами внутри. Поэтому на схеме насос снаружи. Возможно, вы купите другую модель, что-то вроде этого:

В него «всё включено», остаётся лишь присоединить трубы. Ну и вентили на подаче и обратке перед котлом обязательны.

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.

Буферный бак своими руками

Можно сильно обжечься при случайном прикосновении.

Схема подключения при наличии трех теплогенераторов.

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. Мы выполним по вашему заказу необходимые работы — см.
Буферная емкость

Закрытый тип с естественной циркуляцией Также довольно простая схема обвязки с малым числом теплопотребителей. Котел устанавливается на полметра ниже уровня радиаторов.

В этом отношении дровяные и угольные теплогенераторы отличаются от всех прочих и требуют особого подхода к вопросу. Они довольно распространены среди профессиональных мастеров, но этому можно обучиться и самостоятельно, так как в данных схемах нет ничего сложного и сверхъестественного.

Помимо твердотопливных котлов, использовать теплоаккумулятор выгодно для газовых и электрических отопительных устройств: Используя газовые котлы, экономия достигается из-за переменного использования теплоаккумулятора и самого котла.

Вторая стадия — топливная закладка полностью прогорела, притока тепловой энергии нет.

Обвязка твердотопливного котла отопления. Назначение. Элементы

После нескольких подобных циклов работы имеем общее понижение температуры в буферной емкости для котла, труб и радиаторов. Защищаем теплообменник котла от попадания на него излишне холодной воды, что выводит его из строя раньше времени. Как правило, с режим топки выбирают по опыту, таким образом, чтобы разогревать теплоноситель до 80 градусов. Некоторые модели уже укомплектованы ею на производстве.

Топливом для них выступают уголь, дрова, пеллеты.

Обвязка с подключением косвенного водонагревателя Схема обвязки твердотопливного котла с бойлером довольно распространена за счет экономичности, эффективной работы. С другой стороны необходимо провести к отопительному контуру, который также снабжен узлом подмеса и перемычкой.

Важнейшим условием эффективности работы буферного бака является высококачественная термоизоляция.

После прогорания закладки дров температура воздуха в доме начинает падать, что регистрирует датчик комнатного термостата и тут же включает нагрев электрокотлом.

Это не устраивает многих владельцев частных домов. Гравитационная система — теплоноситель циркулирует естественным способом, соответственно проблема выдавливания в баке холодной воды наверх решена сама собой.

Для стандартных домашних радиаторов отопления это слишком много.
Буферная емкость особенности подключения. Один насос на всё?

Как подключить буферный накопитель к котлу

Поэтому стоит поподробнее рассмотреть, как при монтаже системы отопления подключить котел на твердом топливе, в том числе и своими руками. Особенности применения Это — буферная емкость самой простой конструкции.

Зачем нужна буферная ёмкость для ТТ или электрокотла

Вариант 2: 4-х ходовой клапан аварийного охлаждения теплообменника 4 с выносным датчиком при перегреве до 95 град. Клапаном поддерживается температура на обратке котла больше чем 60 градусов.

Это продлит срок службы мембраны бака. Но обслуживание отопления станет более комфортным: твердотопливный котел и дымоход нужно реже чистить.

При этом температура теплоносителя в каждой ветви нужна разная. Представьте, что в частном доме на 20—30 минут отключили электроэнергию и циркуляционный насос, прогоняющий воду через твердотопливный котел, остановился. Это сделать достаточно просто, когда в схеме обвязки участвует буферная емкость, поскольку она одновременно играет роль гидрострелки, что и показано на рисунке. Важным критерием является материал изготовления внутренней емкости теплоаккумулятора.
Теплоаккумулятор (буферная емкость) в современной котельной

Особенности эксплуатации твердотопливных котлов

Этот конденсат — вовсе не божья роса, поскольку представляет собой агрессивную жидкость, от которой быстро корродируют стальные стенки камеры сжигания. Закрытый тип с естественной циркуляцией Также довольно простая схема обвязки с малым числом теплопотребителей.

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. Индивидуальная обвязка твердотопливных котлов делается для того, чтобы создать оптимальный рабочий режим и тем самым продлить им срок эксплуатации.

Подразумевается, что в электрическом отопителе встроен собственный циркуляционный насос.

В системе отопления с использованием теплового аккумулятора выделяются следующие преимущества: защита котла от перегрева; работа с максимальной экономией энергоресурсов и увеличение КПД всей системы отопления; простота и удобство в пользовании котлом, возможность загружать его в любое время; обеспечение стабильной температуры на всей площади помещения; возможность обеспечивать дома горячим водоснабжением, не используя дополнительные водогрейные устройства. Эта жидкость передается напрямую через трубную магистраль к теплоизлучателям. Однако, случаются ситуации, когда к некоторым вычислениям приходится прибегать и самостоятельно. Подключение буферной ёмкости в контур передачи тепловой энергии повышает экономичность работы самого твердотопливного котла за счёт сбора и накопления тепла.

Топливом для них выступают уголь, дрова, пеллеты. При тщательном подборе рекомендуется максимально учитывать такие рекомендации: 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.

Первая стадия работы — котел загружен и запущен. Подсоединение пойдет на смесительный узел. По такой схеме допустимо подвести горячую воду без дополнительных вставок напрямую в санузлы. Если изолировать насосы со стороны котла, то можно слишком сильно их утеплить, а это недопустимо. Далее обеспечиваем слив и наполнение системы.

К недостаткам можно отнести и весьма высокую цену таких приборов, которая порой даже превосходит стоимость котла. Для теплоаккумуляторов, рассчитанных на высокие показатели давления, обычно применяются емкости с тороидальными верхней и нижней крышками. Как подключить твердотопливный котел Каноническая схема подключения твердотопливного котла содержит два главных элемента, позволяющих ей надежно функционировать в системе отопления частного дома. Чтобы схема обвязки благополучно работала, нужен твердотопливный котел, чьей мощности хватит на одновременное отопление и загрузку буферной емкости. По такой схеме допустимо подвести горячую воду без дополнительных вставок напрямую в санузлы.

Третьим, но не менее важным достоинством можно считать безопасность ТТ котлоагрегата которую обеспечивает теплоаккумулятор. 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. Рассмотрите тот факт, что стоимость работ напрямую зависит от основного принципа построения системы постоянной циркуляции топлива в котле. Ответ на этот вопрос, а также описание всех вариантов стыковки агрегата с другим теплосиловым оборудованием вы сможете найти в данном материале. Если планируется монтаж многовалентной системы отопления, следует использовать гидрострелку.
Обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором

Многие владельцы частных домов сталкиваются с проблемой эффективности обогрева помещений. Одним из методов их решения является установка буферной емкости (теплового аккумулятора). Благодаря использованию этого устройства появляется возможность равномерно распределять тепловую энергию по всем помещениям дома. Чтобы сэкономить на приобретении заводского изделия, можно изготовить буферную емкость для твердотопливного котла своими руками.

Самая простая конструкция теплового аккумулятора представляет собой железный резервуар, оснащенный теплоизоляцией. Также бак имеет четыре патрубка – по 2 для подключения к котлу и контуру отопления. В верхней части агрегата установлен предохранительный клапан, с помощью которого стравливается избыточное давление. В дно теплоаккумулятора вмонтирован дренажный клапан для слива теплоносителя.

Некоторые модели буферных резервуаров оснащены змеевиком либо ТЭНами, задачей которых является подогрев теплоносителя от сторонних источников тепловой энергии. Также часто в верхней части теплоаккумулятора расположен теплообменник для подогрева воды. Принцип действия буферного резервуара довольно прост.

После запуска отопительного котла насос котлового контура подает из нижней части теплового аккумулятора охлажденную воду. После нагрева теплоноситель из котла поступает в верхнюю часть буферной емкости. Так как горячая вода легче холодной, то она всегда находится сверху. Сразу после запуска котел работает через теплоаккумулятор (малый круг) до того момента, пока теплоноситель полностью не прогреется.

После этого включается насос отопительного контура, и вода из верхней части резервуара попадает в систему обогрева дома. Остывший теплоноситель возвращается в нижнюю часть теплового аккумулятора, а оттуда поступает в котел. Главное преимущество такой системы обогрева заключается в том, что после остановки котла система еще некоторое время получает нагретую воду.

Если подбор буферного резервуара был выполнен правильно, то время между топками котла существенно увеличивается. Кроме этого, теплоаккумулятор позволяет минимизировать разницу между температурами отопительного и котлового контура. Однако система обогрева с буферной емкостью имеет и один недостаток: для нагрева радиаторов требуется много времени.

Перед началом работ необходимо определиться, как долго теплоаккумулятор должен замещать выключенный котел. Также стоит уточнить, сколько свободного места может быть выделено под установку этого агрегата. Затем можно приступать к изготовлению буферной емкости для отопления своими руками. Для этого предстоит пройти несколько этапов:

Выполняется расчет объема резервуара.
Подбирается оптимальная конструкция.
Проводится заготовка материалов.
Агрегат собирается и проверяется на герметичность.
Емкость монтируется и подключается к системе обогрева.

Для решения поставленной задачи можно воспользоваться простым методом либо провести вычисления с помощью формулы теплоемкости воды. Суть первого способа крайне проста: на каждый 1 кВт теплоэнергии, вырабатываемой котлом, необходимо использовать резервуар объемом в 25 литров. Например, если показатель мощности теплогенератора составляет 20 кВт, то емкость теплового аккумулятора будет равна 25х20= 500 л либо 0.5 м 3 .

Если требуется получить максимально точный результат, то стоит использовать второй способ. С его помощью можно определить, сколько времени буферный резервуар сможет поддерживать комфортную температуру при выключенном теплогенераторе. Для проведения расчетов используется следующая формула:

В качестве примера расчета можно взять дом площадью в 100 м 2 , потребляющий 15 кВт/ч тепловой энергии. Если котел будет простаивать 11 часов, то резервуар должен аккумулировать 15х11 = 165 кВт теплоэнергии. Начальная температура теплоносителя в отопительной системе составляет 18 градусов, а нагрев проходит до 90 градусов.

Сначала необходимо рассчитать массу воды – 165 / 1,163 х (90-18) = 1,97 т или около 2 м 3 . Здесь нужно обратить внимание на два важных момента. Во-первых, тепловая нагрузка на систему отопления взята с большим запасом, так как в хорошо утепленном строении тепловые потери будут значительно ниже. Во-вторых, нужно учитывать количество теплоэнергии, необходимой для обогрева строения в самые холодные дни.

Теплоаккумулятор содержит большой объем воды (теплоносителя), поэтому может накапливать тепловую энергиюЮ и отдавать ее, когда котел не работает. Это позволяет значительно реже подходить к твердотопливному котлу, фактически раз в двое суток в межсезонье, если котел мощный и дом утепленный, а также дает возможность использовать по максимуму на благо отопления дешевый ночной тариф электроэнергии.

Идея установить буферную емкость (теплоаккумулятор) выглядит блестящей для всех умученных дежурством у котлов, но разбивается о ценник на теплоаккумуляторы. Оказывается, что увеличить комфорт не слишком то и дешево. Но может получится сделать теплоаккумулятор своими руками? Ведь на первый взгляд ничего сложного…

Как можно сделать теплоаккумулятор

Заводская конструкция теплоаккумулятора, как правило, – бочка, круглая в сечении. Объм обычно в пределах 500 – 2000 литров. Диаметр – до метра, высота до 2,5 метров. Размещается на ножках, с множеством вваренных штуцеров. Может содержать в себе 1 или 2 или больше спиральных теплообмеников, для подсоединения независимых контуров, например, солнечного коллектора, нагрева проточной воды…

Емкость утеплена слоем теплоизоляции, чтобы не перегревать воздух в котельной. В фирменных теплоаккумуляторах внутри организована сложное распределение потоков… Можно взглянуть на рекламу Buderus на видео…

Основа конструирования буферной емкости – как должны направляться потоки

Чтобы создать правильное направление потоков, подключение к буферной емкости выполняются следующим образом.

Подача с котла – в верхней части.
Подача из емкости на радиаторы – в верхней части, на уровне подачи котла
Обратка с радиаторов – в нижней части.
Обратка на котел – в нижней части, чуть ниже обратки с радиаторов.

При этом жидкость в теплоаккумуляторе обязательно должна двигаться сверху вниз, по кольцу контура котла, а также — от котла к радиаторам.

Отследить направление движения жидкости можно по температурным датчикам — обратка котла должна быть теплее, чем обратка радиаторов.

Важно соблюсти принцип: – расход теплоносителя в контуре котла должен превышать расход в радиаторах, только тогда теплоаккумулятор сможет нормально работать. Это обычно обеспечивается большим гидравлическим сопротивлением контура потребителей, при одинаковых насосах.

Радиаторы получат горячий теплоноситель сразу, как он появится внутри теплоаккумулятора, забирая его своим насосом с верхней части, что обеспечивает оперативность управления всем отоплением и реагирование на суточные перепады температур.

Важнейший вопрос при установке теплоаккумулятора – защита котла от холодной обратки, выполняется обязательно, например с помощью трехходового клапана.

Основы конструирования буферной емкости

Гораздо предпочтительнее использовать большую готовую бочку или трубу, тогда будет намного меньше сварных швов, чем в самодельной прямоугольной конструкции.

Ввариваются патрубки 3/4 дюйма для подключения контуров. Но контур твердотопливного котла, для реализации аварийного самотечного циркулирования, желательно создавать не менее 1дюйма, при этом подача от котла, где возможен перегрев, – стальная.
Сливной патрубок, он же и очиститель шлама – в самой нижней части.
В крышке рекомендуется создать патрубок большого диаметра для подключения автоматического воздухоотводчика или группы безопасности.

Сделать буферную емкость самостоятельно может лишь квалифицированный сварщик. Пример создания теплоаккумулятора из бочек, но явных ошибок схемотехники повторять не стоит…

Одно из пропагандируемых некоторыми специалистами решений – 4 дешевые бочки 200 литров, попарно соединенные патрубками большого диаметра…

Какой объем буферной емкости понадобится

Ключевой вопрос – какой объем теплоаккумулятора можно считать достаточным. Обычный режим работы – разогрев до +90 градусов и остывание до +60 градусов, пока работа радиаторов будет эффективной… В разнице 30 градусов заключается та энергия, которую можно накапливать и использовать.

Несложный тепловой расчет показывает, что одной тонны воды будет достаточно для обогрева среднеутепленного дома 100 м кв в самые пиковые морозы в течении 5 часов. А при средне-сезонной температуре – сутки.

На практике, емкость 1,2 тонны в хорошо утепленном небольшом доме позволяет не подходить к котлу 30 кВт на дровах в течении 2 суток… Ставить буферную емкость менее 0.8 тонны особого смысла нет…

Вопрос утепления

Не нужно спешить накладывать утеплитель до завершения полных испытаний с нагревом и под давлением. При нагреве свыше 60 градусов полистиролы начинают усиленно разлагаться, выделяя яд. Для буферной емкости лучше использовать неплотную минеральную вату толщиной 5 см, ее изоляцию от жилого пространства сделать фольгированным вспененным полиэтиленом проклеенным скотчем.

Буферная емкость из еврокуба

Недорого можно приобрести б/у полиэтиленовые емкости на тонну воды, находящиеся в металлической решетке. Их допустимый предел нагревания — +70 градусов, — выше начинает проявляться текучесть материала. Но среди достоинств – предельная дешевизна изготовления, можно все сделать своими руками без привлечения сварщика… Что из этого получается, смотрите видео.

Подключение, монтаж, установка и обвязка твердотопливного котла

Подключение котла (монтаж-обвязка-установка) – это НЕ следующий этап после покупки твердотопливного котла, важно решить вопрос кто и как его будет устанавливать, определите заранее, а НЕ купить твердотопливный котел без установки, в Минске особенно. Ведь купив ещё можно криво установить, и в чём тогда смысл котла твердом топливе, следует подойти со всей серьезностью и ответственностью. Обвязка твердотопливного котла требует специфических знаний, умений и навыков. Самостоятельно обвязать твердотопливный котел вряд ли удастся. Да и опасная это затея. Итак, если вы все-таки решили доверить подключение твердотопливного котла специалисту, то наш совет: постарайтесь вникнуть в этот процесс и как минимум постарайтесь сами разобраться в нюансах установки котла (вам же в дальнейшем им пользоваться много лет и эксплуатировать систему отопления, кстати котёл на дровахнаиболее часто используется и имеет больше нюансов по обвязке).

подготовка основания для установки твердотопливного котла – оно должно быть строго горизонтальным. Т.к. твердотопливный котел имеет не маленький вес, то стяжка пола, залитая под него должна быть 7-10 см. Размеры основания должны соответствовать размерам котла, увеличенным на 10%.
также любой отопительный котел (кроме электрического) требует подключить дымоход. Он может быть как внутри помещения (не утепленный) и выходить вертикально через крышу, так и изначально выходить горизонтально через стену и подниматься вдоль стены дома выше конька (утепленный). Любой дымоход необходимо ежегодно чистить и следить за его состоянием.

Как правильно обвязать твердотопливный котел

Обвязка котла твердотопливноготребует обеспечения определенных мер безопасности системы отопления:

установка аварийного клапана (или группа безопасности котла). В случае поднятия давления в системе отопления, произойдет аварийный сброс теплоносителя в канализацию. И это предотвратит взрыв котла.
монтаж охлаждающего контура на твердотопливном котле убережет вас от взрыва котла, а также от необходимости подпитки системы отопления в случае описанном выше.
подключение источника бесперебойного питания ИБП к котлу и насосам, позволит исправно работать системе отопления даже при отключении электроэнергии, о чём мы часто слышим в новостях по множеству населённых пунктов Беларуси.
подключение твердотопливного котла по пожарным нормам необходимо производить только металлической трубой (черный металл, оцинкованная, нержавеющая или углеродистая сталь), любой вариант подойдет. Что касается диаметров, то чаще всего котлы мощностью до 30 кВт мы подключаем трубой 1 1/4″, котлы мощностью до 50 кВт – 1 1/2″, и котлы до 100 кВт – 2″ или 2 1/2″.
в схеме подключения твердотопливного котла и соответственно при обвязке твердотопливного котланеобходимо предусмотреть расширительный бак открытого или закрытого типа (в зависимости от системы отопления). Объем расширительного бака рассчитывается по простой формуле:
V бака = V системы : 10

Схема подключения твердотопливного котла требует устанавливать расширительный бак на обратной линии. Это продлит срок службы мембраны бака.
подключать котел на твердом топливе (мощностью до 70-80 квт) желательно не с помощью сварочных работ, а на резьбовых соединениях. В дальнейшем это упростит обслуживание всей системы, а также без проблем позволит заменить любой, вышедший из строя, узел.
схема подключения твердотопливного котла подразумевает наличие термостатического смесительного клапана (для стальных котлов — это защита от излишнего конденсата, а для чугунных — защита от холодной обратки, под влиянием которой может лопнуть секция котла).

Схемы подключения котла для общего представления

Разберём обвязку на схемах. Простая обвязка котла включает:

циркуляционный насос (1) для обеспечения движения теплоносителя (воды) в трубах и оборудовании системы отопления,
расширительный бак (2) забирает из системы излишнюю воду (теплоноситель) при её нагревании и отдаёт обратно в систему,
группа безопасности котла (3) с предохранительным клапаном при закипании котла выбрасывает лишнюю воду в канализацию.

Теперь защищаем людей от взрыва и ожогов. Особенностью обвязки твердотопливного котла является: горение твердого топлива в котле полностью не поддаётся контролю как у газовых и электро котлов. Поэтому обязательно для обвязки системы отопления с твердотопливным котлом не допустить излишнего перегрева воды до 95 град. в трубах и радиаторах отопления до опасной для прикосновения человека температуры. И для этого существует 3 отдельных способа охлаждения воды к радиаторам отопления, которые можно использовать и одновременно.

Вариант 4: Использовать несколько метода одновременно.

Подключение котла на фото

Номерами на фото обозначено оборудование в системе отопления твердотопливного котла из выше приведённых схем.

Обвязка твердотопливного котла

Схема подключения твердотопливного котла

Фото монтаж отопления – Минск обл., г. Дзержинск

Установка котла отопления на твердом топливе на фото проведена Дом котлов бай, Минск.

Обвязка твердотопливного котла с теплоаккумулятором (буферной емкостью) на видео

На видео Сергей Николаевич, главный инженер Дома котлов, Минск, начинает подключение твердотопливного котла пеллетного с теплоаккумулятором с простых истин.

Установка твердотопливного котла, монтаж твердотопливного котла, обвязка твердотопливного котла пеллетного с теплоаккумулятором, ответы на вопрос какой котел лучше и какое отопительное оборудование купить— всем этим темам посвящен весь наш сайт интернет-магазина Дом котлов бай, Минск.

Автор: Юрий Бедулин

24.01.2019

Вы уже заметили, что мы симпатизирует котлам Альтеп? Это действительно так! Нам нравится их размеры, толщина стали, размер топки, конструкция теплообменника с длинными дымовыми ходами… Цена у котлов Альтеп адекватная, что не мало важно в наше время. Котел, на фото, отапливает складские помещения под Минском с 2018года. Это был пробный вариант для клиента. Ранее свои склады они отапливали котлами Атмос. В 2019м году клиент заказал ещё один котел для отопления нового склада. По отзывам клиента -работа этого котла понравилась заказчику больше.

См.: Твердотопливный котел ALTEP Duo UNI Plus 75 Подключение, монтаж, установка и обвязка твердотопливного котла

Пеллетные котлы на пике популярности. Одним из самых востребованных производителей-это белорусский Tis. Можно по праву гордиться тем, что белорусские умы и руки сделали такой достойный котел.и это не просто слова продавцов, но и отзыв монтажников и многих пользователей. Перед отопительным сезоном эти котлы на пеллетах разлетаются как пирожки. Ежегодно перед отопительным сезоном образовывается очередь из желающих даже по 100%ной предоплате получить котел. Но приходится ожидать от 4 до 6 недель.

См.: Котел TIS DUO new Pellet 95 (тис дуо пелет) Котлы TIS (ТИС) — отзывы Установка, монтаж пеллетного котла

itemprop=»video»

Эта подборка фото с объекта под Бобруйском. Заказчики обратились в начале 2020года за помощью в подборе твердотопливного котла для дачного домика. После обсуждения хотелок подготовили коммерческое предложение на рассмотрение. КП составили из частей: водоснабжение, канализация, этап радиаторов, этап теплого пола и топочной. Также этапами клиент и заказывал исполнение работ. В топочной смонтировано оборудование: котел SAS UWT 17 с автоматикой, теплоаккумулятор С-Танк, бойлер косвенного нагрева Электромет в настенном исполнении. За работу системы отопления отвечают насосные группы Барбери. Для поддержания положительной температуры в моменты отсутствия хозяева дома, смонтирован электрокотел Эван. На наш взгляд, топочная получилась очень хорошо. Помимо функциональности присутствует и эстетика.

См.: Твердотопливный стальной котел SAS UWT (с автоматикой) 17 кВт Теплоаккумулятор S-Tank AT Prestige 500л

itemprop=»video»

Твердотопливные котлы-это наша разделенная любовь. Вот нравится нам и продавать и монтировать именно твердачи. Мы работаем с многими производителями котлов на твердом топливе. Но есть любимчики, в том числе и украинский Альтеп. Наши монтажники ласково называют его Альтепчиком (мимишненько, не для бруталов). Есть у этого производителя и уникальный котел для белорусского рынка с верхним выходом дымохода. Для домов, в которых идёт реконструкция и замена старых на новые котлов-это идеальный вариант. Он не занимает много места, имеет верхнее подключение, сделан из 5мм стали и снабжён автоматикой.

См.: Твердотопливный котел ALTEP Classic Plus 16 Монтаж твердотопливных котлов Монтаж дымоходов утепленных

itemprop=»video»

Объект смонтированный в феврале 2021. От клиента поступил вопрос — войдёт ли все оборудование в маленькую топочную и так чтобы все узлы обвязки были доступны для обслуживания. Мы долго думали, вертели и так с сяк… И сказали, что впихнем. Но с монтажом этой сложной котельной справится только монтажник-виртуоз Владимир Трухан. На том и порешили, что делаем смету для согласования. Когда смета была готова, клиент сказал привычное возражение «ДОРОГО». Пришлось пересчитывать смету под «сварку». Вышло дешевле и мы ударили с клиентом по рукам. Владимир смонтировал эту котельную за 4 дня. Результат, считаем, что очень хорош!

См.: ПЛОСКИЙ ТЕПЛОАККУМУЛЯТОР ALTEP 800 л Стальной твердотопливный котел TIS UNI 15 Обвязка буферной емкости (монтаж теплоаккумулятора)

Здесь на сайте нашего интернет-магазина Дом котлов Минск можно выбрать и купить отопительные котлы газовые, твердотопливный или электрический, а также различное отопительное оборудование — бойлер, водонагреватель, теплоаккумулятор, буферная емкость, радиаторы отопления, дымоходы, трубы, гребенка и теплый пол — см. наш интернет-магазин в Беларуси «Котлы и отопление дома» цена и наличие. Мы выполним по вашему заказу необходимые работы — см. Монтаж отопления, обвязка котла, установка отопительного оборудования в Минске и по Беларуси, в том числе «под ключ».

Вам ведь нужны «дыры, а не дрель» – конечное качественное решение систем отопления дома?

С нами наши клиенты комфортно претворяют мудрость «доверяй и проверяй» – без «но». Те исполнители вашего замысла, кто разделяет ваши заботы и волнения в столь глобальном вопросе отопления дома – создают условия, чтобы Вы комфортно контролировали все шаги и детали, чтобы вам не приходилось доверять во всём, а доверие приростало с каждым этапом.

Доверить отопление дома Вы можете нам – у нас есть опыт и рекомендации наших клиентов. И мы уже с вами – сейчас – в момент поиска информации. Ведь для этого Вашего шага мы и сделали этот сайт, написали для Вас эти статьи из своего опыта.

Сделайте и следующий шаг в монтаже отопления с нами – позвоните или напишите нам.

Теплоаккумулятор для котлов отопления | Екатеринбург

Отсутствие возможности использовать в качестве источника энергии для обогрева жилья относительно недорогой природный газ вынуждает хозяев домов искать другие приемлемые решения. Так, в регионах, где нет особых проблем с заготовкой или приобретением дров, на помощь приходят твёрдотопливные котлы. Случается и так, что единственной альтернативой становится электрическая энергия. Кроме того, все активнее используются новые технологии, позволяющие направлять на нужды отопления энергию солнечного излучения.

Теплоаккумулятор для котлов отопления

Все эти подходы не лишены существенных недостатков. Так, к ним можно отнести неравномерность, выраженную периодичность поступления тепловой энергии. В случае с электрическим котлом основным негативным фактором будет высокая стоимость потребленной энергии. Очевидно, что существенно поднять экономичность системы отопления, улучшить эффективность, равномерность ее работы, максимально упростить эксплуатационные операции помогло бы включение в общую схему специального прибора, который стал бы накапливать невостребованную в текущий момент тепловую энергию и отдавать ее по мере необходимости. Именно такую функцию выполняет теплоаккумулятор для котлов отопления.

Основное предназначение теплоаккумулятора системы отопления

Содержание статьи

Простейшая система отопления с твердотопливным котлом обладает выраженной цикличностью работы. После загрузки дров и их розжига, котел постепенно выходит на максимальную мощность, активно передавая тепловую энергию в контуры отопления. Но по мере прогорания загрузки теплоотдача начинает постепенно снижаться, и теплоноситель, разносимый по радиаторам, остывает.

Работа обычного твердотопливного котла характеризуется выраженным чередованием пиков и «провалов» в выработке тепловой энергии

Получается, что в период пиковой выработки тепла оно может остаться невостребованным, так как настроенная, оснащенная термостатическим регулированием система отопления лишнего не возьмет. Но в период догорания топлива и, тем более, простоя котла тепловой энергии будет явно недоставать. В итоге часть топливного потенциала расходуется просто впустую, но при этом хозяевам приходится достаточно часто заниматься загрузкой дров.

В определенной степени остроту этой проблемы можно снизить установкой котла длительного горения, но полностью снять – не получается. Несовпадение пиков выработки тепла и его потребления может оставаться достаточно существенным.

В случае с электрокотлом на первый план выступает высокая стоимость потребляемой энергии, что заставляет хозяев задуматься о максимальном использовании оборудования в периоды действия льготных ночных тарифов и минимизации потребления в дневные часы.

Выгоды использования дифференцированной тарификации электроэнергии
При грамотном подходе к потреблению электроэнергии льготные тарифы могут принести весьма ощутимую экономию средств. Об этом подробно рассказано в специальной публикации портала, посвященной двухтарифным электросчетчикам.

Напрашивается очевидное решение – накапливать тепловую энергию ночью, чтобы достичь минимального потребления ее днем.

Еще ярче выражена периодичность выработки тепловой энергии в случае использования солнечных коллекторов. Здесь прослеживается зависимость не только от времени суток (ночью поступление вообще нулевое).

Работа солнечного коллектора очень зависима и от времени суток, и от погоды

Не поддаются никакому сравнению пики нагрева в яркий солнечный день или в пасмурную погоду. Понятно, что напрямую ставить свою систему отопления в зависимость от текущих «капризов» природы – никак нельзя, но и пренебрегать столь мощным дополнительным источником энергии также не хочется. Очевидно, что требуется какое-то буферное устройство.

Эти три примера, при всей их разноплановости, объединяет одно общее обстоятельство – явное несовпадения пиков выработки тепловой энергии с рациональным равномерным ее использованием на нужды отопления. Для устранения этого дисбаланса и служит специальный прибор, называемый теплоаккумулятором (тепловым накопителем, буферной емкостью).

Принцип его действия основан на высокой теплоемкости воды. Если значительный ее объем в период пикового поступления тепловой энергии разогреть до необходимого уровня, то в течение определенного периода можно для нужд отопления использовать этот накопленный энергетический потенциал. Для примера, если сравнивать теплофизические показатели, то всего один литр воды при остывании на 1°С способен разогреть кубометр воздуха на целых 4 °С.

Тепловой аккумулятор всегда представляет собой объемный резервуар с эффективной внешней термоизоляцией, подключенный к контуру (контурам) источника тепла и контурам отопления. Простейшую схему лучше рассмотреть на примере:

Наглядная демонстрация принципа работы простейшего теплового аккумулятора

Самый простой по конструкции теплоаккумулятор (ТА) – это вертикально расположенный объемный бак, в который с двух противоположный сторон врезаны четыре патрубка. С одной стороны он подключён к контуру твердотопливного котла (КТТ), а с другой – к разведенному по дому контуру отопления.

После загрузки и розжига котла циркуляционный насос (Nк) этого контура начинает прокачивать теплоноситель (воду) через теплообменник. Из нижней части ТА в котел поступает остывшая вода, а в верхнюю прибывает разогретая в котле. Из-за существенной разницы плотности остывшей и горячей воды ее активного перемешивания в баке не будет – в процессе горения топливной закладки будет происходить постепенное заполнение ТА горячим теплоносителем. В итоге, при правильном расчете параметров, после полного прогорания заложенного горючего, емкость будет заполнена горячей водой, разогретой до расчетного уровня. Вся потенциальная энергия топлива (за вычетом, конечно, неизбежных потерь, отраженных в КПД котла), преобразована в тепловую, которая накоплена в ТА. Качественная термоизоляций позволяет сохранять температуру в баке в течение многих часов, а иногда даже – и дней.

Вторая стадия – котел не работает, но функционирует система отопления. С помощью собственного циркуляционного насоса контура отопления происходит прокачка теплоносителя по трубам и радиаторам. Забор производится сверху, из «горячей» зоны. Интенсивного самостоятельного перемешивания опять же не наблюдается – по уже упомянутой причине, и в трубу подачи поступает горячая вода, снизу возвращается охлажденная, и бак постепенно отдает свой нагрев в направлении снизу вверх.

На практике, в процессе топки котла отбор теплоносителя в систему отопления, как правило, не прекращается, и ТА будет накапливать лишь избыточную энергию, которая в текущий момент остается невостребованной. Но при правильном расчете параметров буферной емкости, ни один киловатт тепловой энергии не должен пропасть даром, и к концу цикла топки котла ТА должен быть в максимальной мере «заряжен».

Понятно, что цикличность работы подобной системы с установленным электрическим котлом будет завязана на льготные ночные тарифы. Таймер блока управления включит и выключит питание в установленный срок вечером и утром, а в течение дня контуры отопления будут питаться только (или преимущественно) из теплоаккумулятора.

Конструктивные особенности и основные схемы подключения различных теплоаккумуляторов

Итак, теплоаккумулятор всегда представляет собой объемный резервуар вертикального цилиндрического исполнения, имеющий высокоэффективную термоизоляцию и снабженный патрубками для подключения контуров генерации тепла и его потребления. А вот внутренняя конструкция может различаться. Рассмотрим основные типы существующих моделей.

Основные типы конструкций теплоаккумуляторов

Теплоаккумулятор с прямым подключением контуров выработки и потребления тепловой энергии

1 – Самый простой тип конструкции ТА. Подразумевается прямое подключение и источников тепла, и контуров потребления. Такие буферные емкости используются в следующих случаях:

Если в котле и во всех контурах отопления применяется одинаковый теплоноситель.
Если максимально допустимое давление теплоносителя в контурах отопления не превышает аналогичный показатель котла и самого ГА.

В том случае, когда требование выполнить невозможно, подключение контуров отопления может производиться через дополнительные внешние теплообменники

Если температуры в трубе подачи на выходе их котла не превышает допустимой температуры в контурах отопления.

Впрочем, это требование также может быть обойдено при установке на контуры, требующие более низкого температурного напора, смесительных узлов с трёхходовыми кранами.

Теплоаккумулятор со встроенным теплообменником

2 – Теплоаккумулятор снабжен внутренним теплообменником, расположенным в нижней части емкости. Теплообменник обычно представляет собой спираль, свитую из стальной нержавеющей трубы, обычной или гофрированной. Таких теплообменников может быть несколько.

Подобный тип ТА применяется в следующих случаях:

Если показатели давления и достигаемой температуры теплоносителя в контуре источника тепла существенно превосходят допустимые значения для контуров потребления и для самой буферной емкости.
Если есть необходимость подключения нескольких источников тепла (по бивалентному принципу). Например, на помощь котлу приходят гелиосистема (солнечный коллектор) или геотермальный тепловой насос. При этом чем меньше температурный напор источника тепла, тем ниже должен в ТА размещаться его теплообменник.
Если в контурах источника тепла и потребления используется различный тип теплоносителя.

В отличие от первый схемы, такому ТА свойственно активное перемешивание теплоносителя в емкости – нагрев происходит в нижней ее части, и менее плотная горячая вода стремится вверх.

На схеме по центру ГА показан магниевый анод. За счет более низкого электропотенциала он «оттягивает» на себя ионы тяжелых солей, не допуская зарастания накипью внутренних стенок бака. Подлежит периодической замене.

Теплоаккумулятор со встроенным проточным теплообменником горячего водоснабжения

3 – Теплоаккумулятор дополнен проточным контуром горячего водоснабжения. Вход холодной воды осуществляется снизу, подача до точки горячего водоразбора, соответственно, снизу. Большая часть теплообменника расположена в верхней части ТА.

Такая схема считается оптимальной для условий, когда потребление горячей воды отличается достаточной стабильностью и равномерностью, без выраженных пиковых нагрузок. Естественно, теплообменник должен быть исполнен из металла, отвечающего нормам пищевого водопотребления.

В остальном же схема схода с первой, с прямым подключением контуров генерации тепла и его потребления.

Теплоаккумулятор со встроенным баком горячего водоснабжения

4 – Внутри теплоаккумулятора размещен бак для создания запаса горячей воды для бытового потребления. По сути, такая схема напоминает встроенный бойлер косвенного нагрева.

Применение подобной конструкции в полной мере оправдано в случаях, когда пик выработки тепловой энергии котлом не совпадает с пиком потребления горячей воды. Иными словами, когда сложившийся в доме бытовой уклад предполагает массовое, но довольно непродолжительное расходование горячей воды.

Все перечисленные схемы могут варьироваться в различных комбинациях – выбор конкретной модели зависит от сложности создаваемой системы отопления, количества и типа источников тела и контуров потребления. Обратите внимание, в большинстве теплоаккумуляторов предусмотрено множество выходных патрубков, разнесенных по вертикали.

Разнесенные по вертикали патрубки подключения контуров позволяют оптимально использовать образующийся в теплоаккумуляторе температурный градиент

Дело в том, что при любой схеме внутри буферной емкости так или иначе образуется температурный градиент (разница в температурном напоре по высоте). Появляется возможность подключения контуров системы отопления, требующих различных температурных режимов. Это существенно облегчает окончательное термостатическое регулирование теплообменных приборов (радиаторов или «теплых полов»), с минимальными ненужными потерями энергии и снижением нагрузки на регулирующие устройства.

Типовые схемы подключения теплоаккумуляторов

Теперь можно рассмотреть основные схемы установки теплоаккумуляторов в систему отопления.

Иллюстрация	Краткое описание схемы
	Температурный режим и давление одинаковы в котле и в контурах отопления. Требования к теплоносителю совпадают. На выходе из котла и в ТА поддерживается постоянная температура. На приборах теплообмена регулировка ограничивается только количественным изменением проходящего через них теплоносителя.
	Подключение в самому теплоаккумулятору, в принципе, повторяет первую схему, но регулировка режимов работы теплообменных приборов осуществляется по качественном принципу – с изменением температуры теплоносителя. Для этого в схему включены термостатические узлы смешения, например, трехходовые клапаны. Такая схема позволяет наиболее рационально использовать накопленный теплоаккумулятором потенциал, то есть его «заряда» хватит на более продолжительное время.
	Такая схема, с циркуляцией теплоносителя в малом контуре котла через встроенный теплообменник, применяется, когда давление в этом контуре превышает допустимое в приборах отопления или в самой буферной емкости. Второй вариант – в котле и в контурах отопления применены разные теплоносители.
	Исходные условия аналогичны схеме №3, но применен внешний теплообменник. Возможные причины такого подхода: — площади теплообмена встроенного «змеевика» недостаточно для поддержания требуемой температуры в телоаккумуляторе. – ранее уже был приобретён ТА без внутреннего теплобменника, а модернизация системы отопления потребовала именно такого подхода.
	Схема с организацией проточного обеспечения горячей водой через встроенный спиралевидный теплообменник. Рассчитана на равномерное потребление горячей воды, без пиковых нагрузок.
	Такая схема, с использованием теплоаккумулятора со встроенным баком, рассчитана на пиковое потребление горячей воды, но не отличающееся высокой положительностью. После расходования созданного запаса и, соответственно, заполнения ёмкости холодной водой, нагрев до требуемой температуры может занять достаточно много времени.
	Бивалентная схема, позволяющая задействовать в системе отопления дополнительный источник тепловой энергии. В данном случае упрощенно показан вариант с подключением солнечного коллектора. Этот контур подключается к теплообменнику в нижней части теплоаккумулятора. Обычно подобная система рассчитывается таким образом, что основным источником является именно солнечный коллектор, а котел включается по мере необходимости, для догрева, при недостаточности энергии от основного. Солнечный коллектор, конечно, не догма – на его месте может быть и второй котел.
	Схема, которую можно назвать мультивалентной. В данном случае показано применение трех источников тепловой энергии. В роли высокотемпературного выступает котел, который, опять же, может играть лишь вспомогательную роль в общей схеме нагрева. Солнечный коллектор – по аналогии с предыдущей схемой. Кроме того, используется еще один низкотемпературный источник, который, вместе с тем отличается стабильностью и независимостью от погоды и времени суток – геотермальный тепловой насос. Чем меньше температурный напор из подключенного источника энергии, тем ниже место его подключения к теплоаккумулятору.

Безусловно, схемы даны в очень упрощенном виде. А на деле подключение теплоаккумулятора в сложные, разветвленные системы, с различными контурами отопления, да еще и получающие нагрев от источников различной мощности и температуры, требуют высокопрофессионального проектирования с инженерными теплотехническими расчетами, с применением множества дополнительных регулировочных устройств.

Один из примеров – показан на рисунке:

Пример системы с несколькими источниками тепла и различными контурами отопления и ГВС

1 – твёрдотопливный котёл.

2 – электрический котел, включающийся лишь по мере необходимости и только в период действия льготного тарифа.

3 – специальный блок подмешивания в контуре высокотемпературного котла.

4 – гелио-станция, солнечный коллектор, который в погожие дни может выполнять роль основного источника тепловой энергии.

5 – теплоаккумулятор, к которому сходятся все контуры генерации тепла и его потребления.

6 – высокотемпературный контур отопления с радиаторами, с регулировкой режимов по количественному принципу – только и использованием запорной арматуры.

7 – низкотемпературный контур отопления – «теплый пол», в котором обязательно предусматривается качественное регулирование температуры нагрева теплоносителя.

8 – проточный контур горячего водоснабжения, снабженный собственным смесительным узлом для качественного регулирования температуры бытовой горячей воды.

Кроме всего перечисленного, в теплоаккумулятор могут быть встроены собственные электрические нагреватели – ТЭНы. Иногда бывает выгодно поддерживать с их помощью заданную температуру, не прибегая, например, лишний раз к неплановой растопке твердотопливного котла.

Дополнительный ТЭН, оснащенный собственной термостатической системой

Специальные дополнительные ТЭНы можно приобрести отдельно – их монтажная резьба обычно адаптирована к гнездам подключения, имеющимся на многих моделях тепловых аккумуляторов. Естественно, подключение электричество подогрева потребует установки дополнительного термостатического блока, который обеспечит включение ТЭНов только при падении температуры в ТА ниже установленного пользователем уровня. Некоторые нагреватели уже оснащены встроенным терморегулятором подобного типа.

Видео: Рекомендации специалиста по созданию системы отопления с твердотопливным котлом и теплоаккумулятором

Что необходимо учитывать при выборе теплоаккумулятора

Безусловно, подбор теплоаккумулятора рекомендуется проводить еще на стадии проектирования системы отопления дома, руководствуясь расчетными данными специалистов. Тем не менее, обстоятельства бывают разными, и знать основные критерии оценки такого прибора – все же нужно.

На первом месте всегда будет стоять вместительность этой буферной емкости. Эта величина рассчитывается в соответствии с параметрами создаваемой системы, мощностью котла, необходимого количества энергии для нужд отопления, горячего водоснабжения. Одним словом, ёмкость должна быть таковой, чтобы обеспечить накопление всего избыточного на данный момент тепла, не допуская его потерь. О некоторых правилах расчета емкости будет рассказано ниже.
От емкости, естественно, напрямую зависят габариты изделия и его масса. Эти параметры также являются определяющими – далеко не всегда и не везде получается разместить в выделенном помещении теплоаккумулятор необходимого объема, так что вопрос должен продумываться заранее. Случается, что баки большого объёма (свыше 500 литров) не проходят в стандартные дверные проемы (800 мм). При оценке массы ТА она должна учитываться вместе во всем объемом воды полностью заполненного прибора.
Следующий параметр – максимально допустимое давление в создаваемой или уже функционирующей системе отопления. Аналогичный показатель ТА должен быть, во всяком случае, не ниже. Это будет зависеть от толщины стенок, типа материала изготовления, и даже формы емкости. Так, в буферных емкостях, рассчитанных на давление свыше 4 атмосфер (бар) обычно верхняя и нижняя крышки имеют сферическую (тороидальную) конфигурацию.

Теплоаккумулятор из нержавеющей стали, с крышками тороидальной формы, заключенный в термоизоляционный кожух.

Материал изготовления емкости. Баки из углеродистой стали, с антикоррозийным покрытием стоят дешевле. Емкости из нержавейки, безусловно, дороже, но и гарантийный срок их эксплуатации тоже значительно выше.
Наличие дополнительных встроенных теплообменников для контуров отопления или горячего водоснабжения. Об их предназначении уже упоминалось выше – выбираются модели в зависимости от общей сложности системы отопления.
Наличие дополнительных опций – возможности встраивания ТЭНов, установки контрольно-измерительных приборов, устройств обеспечения безопасности – предохранительных клапанов, воздухоотводчиков и т.п.
Обязательно оценивается толщина и качество внешней термоизоляции корпуса ТА, чтобы не пришлось заниматься этим вопросом самостоятельно. Чем лучше изолирован бак, тем естественно, дольше будет в нем храниться «тепловой заряд».

Особенности монтажа тепловых аккумуляторов

Установка теплового аккумулятора подразумевает соблюдение определенных правил:

Все подключаемые контуры должны подсоединяться резьбовыми муфтами или фланцами. Сварных соединений не допускается.
Подключаемые трубы не должны оказывать на патрубки ТА никакой статической нагрузки.
Рекомендуется на всех подключаемых к ТА трубах установить запорную арматуру.
На всех используемых входах и выходах устанавливаются приборы визуального контроля температуры (термометры).
В нижней точке ТА или на трубе в непосредственной близости от него должен стоять дренажный вентиль.
На всех трубах входа в теплоаккумулятор устанавливаются фильтры механической очистки воды – «грязевики».
Во многих моделях сверху предусмотрен патрубок для подсоединения автоматического воздухоотводчика. Если такового нет, то воздухоотводчик обязательно устанавливается на самом верхнем выходном патрубке.
В непосредственной близости от теплоаккумулятора предусматривается установка манометра и предохранительного клапана.
Вносить какие бы то ни было самостоятельные изменения в конструкцию теплоаккумулятора, не оговоренные производителем – категорически запрещается.
Установка ТА должна проводиться только в отапливаемом помещении, исключающем вероятность замерзания жидкости.
Заполненный водой резервуар может иметь весьма значительную массу. Площадка род него должна быть способна выдержать столь высокую нагрузку. Нередко для этих целей приходится подливать специальный фундамент.
Как бы ни устанавливался теплоаккумулятор, при этом должен обеспечиваться свободный поход к ревизионному люку.

Проведение простейших расчетов параметров теплоаккумулятора

Как уже упоминалось выше, всесторонний расчет системы отопления с несколькими контурами выработки и потребления тепловой энергии – это задача, посильная только специалистам, так как приходится учитывать очень много разносторонних факторов. Но определённые вычисления можно провести и собственными силами.

Например, в доме установлен твердотопливный котел. Известна его мощность, вырабатываемая при полной топливной загрузке. Экспериментальным путем определено время сгорания полной закладки дров. Планируется приобретение теплоаккумулятора, и необходимо определить, какой объем потребуется, чтобы гарантированно полезно использовать все выработанное котлом тепло.

За основу возьмем известную формулу:

W = m ? с ? ?t

W — количество тепла необходимое, чтобы нагреть массу жидкости (m) с известной теплоемкостью (с) на определенное количество градусов (?t).

Отсюда несложно вычислить массу:

m = W / (с ? ?t)

Не помешает принять в расчет КПД котла (k), так как потери энергии так или иначе неизбежны.

W = k ? m ? с ? ?t, или

m = W / (k ? с ? ?t)

Теперь разбираемся с каждым из значений:

m – искомая масса воды, из которой, зная плотность, несложно будет определить и объем. Не будет большой ошибкой посчитать из расчета 1000 кг = 1 м?.
W – избыточное количество тепла, вырабатываемое в период топки котла.

Его можно определить, как разницу значений энергии, выработанной за время сгорания топливной закладки и затраченной в тот же период на отопление дома.

Максимальная мощность котла обычно известна – это паспортная величина, рассчитанная на оптимальные воды твёрдого топлива. Она показывает количество тепловой энергии вырабатываемой котлом в единицу времени, например, 20 кВт.

Любой хозяин всегда довольно точно знает, в течение какого времени у него прогорает топливная закладка. Допустим, это будет 2,5 часа.

Далее, необходимо знать, какое количество энергии в это время может быть израсходовано на отопление дома. Одним словом, необходимо значение потребности конкретного здания в тепловой энергии для обеспечения комфортных условий проживания.

Такой расчет, если значение необходимой мощности неизвестно, можно произвести самостоятельно – для этого есть удобный алгоритм, приведенный в специальной публикации нашего портала.

Как самостоятельно провести тепловой расчет для собственного дома?
Информация о количестве необходимой тепловой энергии для отопления дома бывает достаточно часто востребована – при выборе оборудования, расстановке радиаторов, при проведении утеплительных работ. С алгоритмом расчета, включающим удобный калькулятор, читатель может познакомится, открыв по ссылке публикацию, посвященную требованиям к установке газовых котлов.

Например, для отопления дома требуется 8,5 кВт энергии в час. Значит, за 2,5 часа сгорания топливной закладки будет получено:

20 ? 2,5 = 50 кВт

За этот же период будет потрачено:

8,5 ? 2,5 = 21,5 кВт

Избыточное тепло, которое необходимо сохранить в теплоаккумуляторе:

W = 50 – 21,5 = 28,5 кВт

k – КПД котельной установки. Обычно указывается в паспорте изделия в процентах (например, 80%) или десятичной дробью (0,8).
с – теплоемкость воды. Это – табличная величина, которая равна 4,19 кДж/кг?°С или 1,164 Вт?ч/кг?°С или 1,16 кВт/м??°С.
?t – разница температур, на которую необходимо подогреть воду. Ее можно определить для своей системы опытным путем, промерив значения на трубе подачи и обратки при работе системы на максимальной мощности.

Допустим, что это значение равно

?t = 85 – 60 = 35 °С

Итак, все значения известны, и осталось лишь подставить их в формулу:

m = 28500 / (0,8 ? 1,164 ? 35) = 874,45 кг.

Таким образом, чтобы полностью сохранить все выработанное котлом тепло при его работе на полной мощности потребуется 875 кг воды, то есть емкость примерно в 0,875 м?.

Такой же подход можно применить и в случае, если рассчитывается объем теплоаккумулятора, подключённого к электрическому котлу. Единственная разница – для расчета принимается не время топки, а временной интервал льготного тарифа, например, с 23.00 до 6.00 = 7 часов. Чтобы «унифицировать» эту величину, ее можно назвать, например, «период активности котла».

Чтобы упростить читателю задачу, ниже размещен специальный калькулятор, который позволит быстро рассчитать рекомендуемый объем теплового аккумулятора для имеющегося (планируемого к установке) котла.

Калькулятор расчета необходимого объема теплоаккумулятора

Введите запрашиваемые значения и нажмите кнопку «Рассчитать объем теплоаккумулятора»

Паспортная мощность котла, кВт

Период активности котла (время топки — для твердотопливного или действие льготного тарифа — для электрического), часов

Рассчитанная тепловая мощность для отопления дома, кВт

Укажите температурный режим работы системы отопления:

Температура в трубе подачи

Температура в трубе «обратки»

Полученное значение округляется в большую сторону и становится ориентиром при подборе оптимальной модели теплоаккумулятора. Они в специальных магазинах представлены в различном объемном исполнении.

Достоинства и недостатки включения в систему отопления теплоаккумулятора

Итак, подводя итоги публикации, вкратце сформулируем «плюсы» и «минусы» применения теплоаккумуляторов.

К достоинствам можно смело отнести следующее:

Достигается экономия энергоресурсов, особенно в приложении к твёрдому топливу – выработанное тепло используется в максимальной мере. Возрастает КПД котла и всей системы отопления в целом.
Котлы и другие элементы системы отопления получают надежную защиту от перегрева.
Сводится до возможного минимума необходимость вмешательства в работу системы, сокращается количество загрузок твёрдого топлива.
Вся система работает более плавно и легко поддается контролю и точным регулировкам. Обеспечивается стабильный установленный нагрев во всех помещениях дома.
Появляется возможность подключения альтернативных источников энергии. При грамотном подходе это дает нешуточную экономию денежных средств. Например, в дневное время основная нагрузка ложится на гелио-станцию, ночью, пока действует льготный тариф, «эстафету» перехватывает тепловой насос, а возможную недостачу компенсирует компактный газовый котел.
Установкой теплового аккумулятора одновременно можно решить и проблему горячего водоснабжения своего жилья.

Недостатков немного, но о них тоже следует упомянуть:

Установка будет иметь какой-то смысл, если мощность котла или иных источников тепла существенно, как минимум вдвое, превышает расчетные значения потребной тепловой энергии для отопления жилья.
Система с теплоаккумулятором всегда обладает очень высокой инерционностью, то есть от момента пуска д выхода в расчетный режим работы может пройти немало времени. Нет смысла применять ее в с системах отопления, где требуется быстрый нагрев помещений, например, в загородных домах, которые посещаются хозяевами зимой лишь время от времени.
Оборудование, как правило, очень громоздкое, что создает немало проблем при его транспортировке, разгрузке, заносе в помещения и монтаже. Так как обязательным условием является установка ТА в непосредственной близости к котлу, для котельной потребуется весьма немалая площадь.
Тепловые аккумуляторы относятся к категории дорогостоящих покупок – их цена вполне сопоставима, а нередко даже превосходит стоимость котлов. Правда, высока вероятность того, что затраты быстро окупятся экономией на энергоресурсах.

Правда, последний из перечисленных недостатков подвигает народных умельцев к разработке и монтажу собственных моделей теплоаккумуляторов.

Сложно ли изготовить теплоаккумулятор самостоятельно?
Наверное, российскому самодеятельному мастеру – все по плечу! Для примера — технологические рекомендации по самостоятельному изготовлению теплового аккумулятора приведены в специальной публикации нашего портала.

Видео: преимущества системы отопления со встроенным теплоаккумулятором

Как построить термальный магазин своими руками — Информация о жизни, обучение, продукты и услуги с низким уровнем воздействия

Тепловой накопитель используется для решения следующей задачи: у вас есть дровяная печь, но по утрам, когда вы ее разжигаете, и в помещении становится немного теплее, вы выходите из дома. Если вы закроете печь, чтобы она горела всю ночь, это очень плохая идея с точки зрения загрязнения и накопления смолы в дымоходе, что может привести к возгоранию дымохода. Или, может быть, вы бываете в доме и выходите весь день, но не хотите, чтобы огонь продолжался весь день — это пустая трата времени.

Ответ — термоаккумулятор. По сути, это большой резервуар для хранения воды с очень хорошей изоляцией, который вы нагреваете с помощью котла на дровяной печи (или с помощью солнечных панелей для горячего водоснабжения), который может питать радиаторы или полы с подогревом в любое удобное для вас время. Затем вы можете зажечь свой огонь вечером, и он будет поддерживать тепло в вашем тепловом хранилище, чтобы вы могли использовать его, когда захотите. Вы можете купить термальные магазины, но они могут быть довольно дорогими. Наш друг Суне объясняет здесь, как (если у вас вообще есть возможность) вы можете сделать его самостоятельно из переработанных материалов.Его компания продает термальные магазины, но эй, он именно такой парень. Вот Суне… ..

У меня есть товарищ фермер по дороге, который держит небольшой котел, чтобы обогреть свое жилище. Проблема в том, что он должен поддерживать котел в рабочем состоянии, чтобы иметь хоть какое-то тепло, а это также означает, что он большую часть времени спит, горит, что плохо для котла или дымохода и значительно снижает эффективность. Ему нравится удобство термального магазина, но он хочет, чтобы оно было дешевым (ну, в конце концов, он же фермер — Дэйв).Мы вместе набросали эту идею использования старых медных водонагревателей. Вам нужно будет лучше изолировать резервуары, поскольку стандартная изоляция, с которой они поставляются, на самом деле не на высоте, но это не ракетостроение. Просто убедитесь, что вы используете что-то, что может выдерживать тепло, например, стекловату. Также хорошо изолируйте все трубопроводы — вы удивитесь, сколько тепла вы можете потерять из-за плохо изолированной трубы или клапана.

Так что купите себе два или три старых медных водонагревателя — на ум приходит центр переработки или eBay.Теперь вам нужно соединить их последовательно, как показано на схеме. Таким образом, тепло будет распространяться сначала по первому резервуару, а затем по следующему. Если вы подключите их параллельно, вам понадобится много времени, чтобы получить приличное количество полезного тепла.

Показанный здесь источник тепла — дровяная печь. Как вы можете видеть, горячий поток из печи идет в верхнюю часть первого резервуара, а холодный возврат возвращается из основания последнего резервуара.

Вода для вашего отопления также поступает из верхней части первого резервуара и возвращается к основанию последнего резервуара, но важно, чтобы поток (или возврат) для нагревательной стороны вещей поступал из другого крана на резервуаре. .Скорее всего, в верхней части первого резервуара будет постукивание погружением, которое вы можете использовать для этого. он будет довольно большим, но можно использовать дешевые стальные втулки, чтобы уменьшить его размер, чтобы вы могли установить трубу стандартного размера.

Теплый пол здесь будет еще лучше

Единица нагрузки (обозначенная L) на плите котла улучшит работу всех нагрузок и гарантирует, что вода, поступающая в резервуары, всегда будет иметь температуру 60ºC или выше. Это означает, что вы быстро получите полезное тепло.В противном случае печь должна нагревать воду во всех баках с шагом около 15 ° C, что займет много времени.

Эта система предназначена только для обогрева, при такой установке вам понадобится еще один резервуар для воды для стирки и купания. Другой вариант — это что-то вроде источника косвенного баллона в качестве первого резервуара, где горячая вода для стирки и купания поступает в змеевик в резервуаре в качестве холодной горячей воды под давлением и выходит из змеевика горячей.

При подборе котельной печи помните, что она должна иметь возможность обогревать ваше здание И нагревать воду в резервуарах, поэтому вам потребуется немного более высокая мощность, чем если бы у вас не было резервуаров.

Я не включил сюда какие-либо функции безопасности, которые вам нужны, ни спецификации труб и т. Д. Это определенно не схема для создания системы отопления, она предназначена для обсуждения и обмена информацией.

У этого есть свои недостатки, это не так хорошо, как одно целевое тепловое хранилище, но это дешево и относительно просто. Есть также много других возможностей и перестановок.

Sune Nightingale of Stoves Online

Серия веб-семинаров по хранению тепловой энергии — Новые материалы в области аккумулирования тепловой энергии для зданий

См. Слайды презентации.

Расшифровка стенограммы

Slide 2

Этот звонок Webex записывается и может быть размещен на веб-сайте DOE или использоваться для внутренних целей. Если вы не хотите, чтобы ваш голос записывался, пожалуйста, не говорите во время разговора или отключитесь сейчас. Если вы не хотите, чтобы ваше изображение записывалось, пожалуйста, выключите камеру или участвуйте только по телефону. Если вы говорите во время разговора или используете видеосвязь, предполагается, что вы даете согласие на запись и использование своего голоса или изображения.

Для вопросов и ответов используйте функцию вопросов и ответов, чтобы задать свои вопросы. Мы пригласим каждого из участников дискуссии рассказать о своей работе, а затем в конце проведем открытую сессию вопросов и ответов. Эти слайды будут размещены на нашем сайте в будущем.

Slide 3

Управление строительных технологий инвестирует в энергоэффективность и связанные с ней технологии, чтобы повысить доступность, комфорт и производительность жилых и коммерческих зданий страны. Мы выполняем широкий спектр мероприятий, включая исследования и разработки технологий следующего поколения на ранней стадии, интеграцию и проверку технологий в коммерческом и жилом секторах, а также работу кодексов и стандартов.

Я рекомендую вам потратить некоторое время на посещение нашего веб-сайта, чтобы узнать больше о захватывающей работе вне офиса и различных возможностях взаимодействия с нами и поддержки нашей миссии.

Slide 4

Важной инициативой в нашем офисе является поддержка эффективных зданий с интерактивной сеткой (или GEB). В качестве основных потребителей электроэнергии здания могут использоваться в качестве центральных компонентов в современной энергосистеме.

Есть четыре основных характеристики GEB.Они эффективны, связаны, гибки и умны. Хотя энергоэффективность по-прежнему будет иметь решающее значение, здания будущего должны выходить за рамки традиционной энергоэффективности, чтобы лучше поддерживать усилия по модернизации нашей энергосистемы. За счет использования расширенных коммуникаций, гибких технологий, включая переменные нагрузки, распределенное генерирование и хранение данных, а также аналитику для совместной оптимизации эффективности, гибкости и предпочтений жителей, здания могут играть ведущую роль в поддержке модернизации энергосистемы.

Более подробную информацию об инициативе GEB можно найти по ссылке на экране, и я рекомендую вам ознакомиться с увлекательной работой в этой области.

Slide 5

Гибкости можно достичь с помощью множества стратегий. Одной из тех, которые привлекают все большее внимание, является накопление энергии. Многие прогнозы показывают, что в ближайшие десятилетия количество развертываний накопителей энергии быстро возрастет.

Министерство энергетики США запустило грандиозную программу по хранению энергии, чтобы сосредоточить ресурсы всего департамента на создании комплексной программы по ускорению разработки, коммерциализации и использования технологий хранения энергии следующего поколения.Видение грандиозной задачи по хранению энергии заключается в создании и поддержании глобального лидерства Америки в области использования и экспорта аккумуляторов энергии с надежной цепочкой поставок отечественного производства, не зависящей от зарубежных источников критически важных материалов. Хотя исследования и разработки являются основой для развития технологий хранения энергии, Департамент признает, что цель лидерства требует решения связанных проблем увеличения масштабов, включая производство, развитие персонала, оценку и передачу технологий.

В проекте дорожной карты излагается общекорпоративная стратегия ускорения инноваций в различных технологиях хранения, основанная на трех концепциях: инновации здесь, создание здесь, развертывание повсюду.

DOE запрашивает обратную связь для информирования о наборе мероприятий, предложенных в проекте дорожной карты, посредством запроса информации. Более подробную информацию можно найти по ссылке. Ответы на RFI будут представлены к 31 августа.

Это отличный способ принять участие в формировании будущего технологий хранения энергии.BTO в первую очередь будет заниматься решением грандиозных задач по хранению энергии, работая над гибкими нагрузками и технологиями хранения тепловой энергии.

Slide 6

Иногда может показаться, что в разговоре о накоплении энергии преобладают электрохимические подходы. Технологии хранения энергии на основе тепла могут обеспечить ряд преимуществ для приложений в искусственной среде. Значительная часть нагрузок на здание уже основана на тепловом воздействии, и тепловые нагрузки являются основными факторами пиков нагрузки системы.Таким образом, вполне естественно, что варианты хранения на основе тепла будут строго рассмотрены для применения в строительстве. В зависимости от выбранного решения накопитель тепловой энергии может предложить множество преимуществ по сравнению с конкурирующими технологиями. Некоторые из показанных примеров включают более низкую стоимость, более длительный срок службы и повышенную эффективность, в зависимости от условий, при которых хранилище заряжается и разряжается.

Slide 7

Несмотря на то, что продолжаются активные исследования материалов для аккумулирования тепловой энергии, многие все еще сталкиваются с проблемами при их широком распространении.Некоторые проблемы включают стоимость, плотность хранения, теплопроводность, разложение и фазовую сегрегацию.

На совместном семинаре, проведенном в прошлом году национальной лабораторией Лоуренса Беркли и национальной лабораторией возобновляемых источников энергии, была изучена потребность в динамических и интерактивных решениях для хранения в зданиях. В отчете, который можно найти по указанной ссылке, исследуется, как инновации в материалах могут сыграть ключевую роль в снижении затрат, повышении эффективности, использования и срока службы материалов для аккумулирования тепловой энергии.

Если вы еще не сделали этого, я рекомендую вам потратить некоторое время, чтобы ознакомиться с этим отчетом и многочисленными рекомендациями, которые он предлагает для будущих исследований.

Slide 8

Управление строительных технологий продолжает поддерживать разработку следующего поколения технологий хранения тепловой энергии, чтобы сделать жилые и коммерческие здания более гибкими и устойчивыми.

Некоторые цели, которые мы установили для будущих технологий, показаны в таблице.К ним относятся цели для температур перехода (как для PCM, так и для TCM), стоимости материалов, плотности энергии, теплопроводности (учитывая, что динамическая настройка может быть желательной для будущих приложений), надежность, превышающая 20 лет, и устранение ограничений по переохлаждению.

Достижение этих целей позволит и дальше делать технологии хранения тепловой энергии конкурентоспособными по сравнению с альтернативными формами хранения.

Slide 9

Остальная часть этого веб-семинара будет посвящена новым материалам и подходам к технологии аккумулирования тепловой энергии.Слайды из двух предыдущих веб-семинаров по хранению льда и горячей воды можно найти по указанным ссылкам. И, как я уже сказал, эти слайды с этого вебинара также будут опубликованы в будущем.

Slide 10

У нас сегодня отличная панель ораторов. Кайл и Навин из Национальной лаборатории Ок-Ридж, Эллисон и Джейсон из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, Патрик из Университета Вирджинии, Суман из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли и Патрик из Техасского университета A&M.У каждого будет возможность поговорить с нами о своей работе и о том, как они подходят к будущему технологий хранения тепловой энергии. Опять же, используйте функцию вопросов и ответов, чтобы задавать вопросы по ходу дела, и в конце у нас будет открытая сессия вопросов и ответов.

Slide 11

Теперь я передам его Кайлу и Навину. Кайл Глузенкамп здесь, я исследователь в Национальной лаборатории Окриджа, и сегодня со мной доктор Навин Кумар, который представит некоторые из наших слайдов. Сегодня я расскажу о солевых гидратах в рамках этого вебинара.Мне действительно приятно быть здесь сегодня. Я хочу поблагодарить BTO и Nelson за приглашение и за составление предыдущих, которые были действительно информативными. Итак, моя цель сегодня действительно состоит в том, чтобы создать для всех в аудитории общую основу понимания того, что представляет собой ландшафт солевых гидратов сегодня, а затем определить проблемы и возможности НИОКР, связанные с ними.

Slide 12

Я также покажу вам часть работы, которую мы делаем в Ок-Ридже, штат Теннесси.Я хочу начать с признательности нашим партнерам из Университета Теннесси — Ноксвилл, Технологический институт Джорджии и NEOGRAF. Я также хочу отметить наш источник финансирования от BTO, а также вычислительные ресурсы, которыми мы воспользовались во время проекта.

Slide 13

И особенно в DOE я хотел бы поблагодарить Свена Мамме и Тони Боуза. Я также хотел бы поблагодарить некоторых других членов исследовательской группы, которые предоставили материалы на сегодня, Южана Ли и Монджая Госвами из ORNL и Джейсона Хирши из Технологического института Джорджии.

Slide 14

Итак, я снова сделаю обзор материалов гидрата соли, каковы основные проблемы, и покажу вам часть работы, которую мы делаем в ORNL.

Slide 15

Итак, мы все знаем, что хранение тепловой энергии действительно важно. Здесь есть множество приложений. Я думаю, что солевые гидраты могут быть действительно важны во всех этих сферах. От управления температурным режимом аккумуляторных батарей до холодильных складов зданий и систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха Общие материалы PCM они в основном делятся на две категории: неорганические и органические.Сегодня я остановлюсь на неорганическом варианте.

Slide 16

Итак, это показывает ландшафт материалов с фазовым переходом с температурами плавления от 0 до 65 C. По оси ординат у нас есть стоимость материалов для хранения энергии, выраженная в долларах за киловатт-час или теплоаккумулятор. Обратите внимание, что это логарифмическая шкала, поэтому мы рассматриваем несколько порядков с точки зрения затрат. По оси абсцисс отложена плотность накопленной энергии, выраженная в кВтч / м3. Существуют самые разные материалы.Зеленые круги — это солевые гидраты, у нас вода / лед в качестве «х», и у нас есть органические материалы, которые представляют собой желтые ромбы, которые в основном представляют собой парафины. У нас также есть жирные кислоты, которые относятся к другому типу органических веществ. У нас есть неорганические смеси, которые в основном представляют собой гидраты солей, которые по существу являются бинарными, или тройными смесями нескольких солей. Для справки, поле в правом нижнем углу — это цели, используемые в BENFIT FOA 2019. Таким образом, очевидно, что идеальный материал должен иметь очень высокую плотность хранения энергии и низкую стоимость.Глядя на эту диаграмму с точки зрения ландшафта материалов, солевые гидраты являются очень многообещающими с точки зрения существующих известных материалов. У них низкая стоимость в долларах за единицу энергии, у них высокая объемная емкость хранения энергии, а также у них есть некоторые другие приятные свойства, в том числе то, что они негорючие и большинство из них нетоксичны.

Slide 17

Таким образом, способ, которым гидраты соли фактически накапливают энергию, показан на схеме в верхнем левом углу.По сути, это реакция гидратации и обезвоживания. С левой стороны у вас есть соль, которая тесно связана с молекулами гидратированной воды, и с добавлением тепла вы можете их диссоциировать, и вы получите воду, отделяющуюся от соли. Энтальпия воды в левой части в основном равна энтальпии твердой ледяной воды. Энтальпия воды в правой части очень похожа на энтальпию жидкой воды. Таким образом, энергия фазового перехода, энергия, связанная с этой реакцией, порядка скрытой теплоты льда, плавления воды.Из-за этого у нас возникает несколько свойств, у нас очень стабильная кристаллическая структура, которая приводит к резкой температуре перехода, такой как хранение льда. И просто глядя на отдельные катионы и анионы, которые доступны для однокомпонентного гидрата соли, существует более 2000 возможных комбинаций гидрата соли. Как только вы начнете смешивать несколько из них для создания двоичного файла, у вас будут доступны перестановки этого числа. Очень распространенный пример — CaCl2. И кое-что важное, что нужно знать о солевых гидратах, мы снова имеем дело с неорганической химией, каждый отдельный выбор аниона и катиона приводит к разной фазовой диаграмме.Это один из примеров фазовой диаграммы для CaCl2. К сожалению, сегодня у нас нет времени, чтобы вдаваться в подробности об этом, но важно знать, что каждый отдельный материал гидрата соли, а также каждая бинарная или тройная смесь будет иметь свою собственную уникальную фазовую диаграмму.

Slide 18

Итак, основные проблемы солевых гидратов попадают в эти категории. Я считаю, что перечислил их по степени важности. Самый первый — это неконгруэнтное плавление. У этого много разных имен.Иногда они называют это разделением фаз, иногда — разделением фаз. Это означает, что когда гидрат соли плавится, он имеет тенденцию образовывать эту безводную соль, которая коагулирует и осаждается на дно контейнера. И как только он это делает, он не хочет участвовать в последующих реакциях. Итак, очевидно, что это выпадение материала из активной реакции и снижение способности аккумулировать тепло. Вторая проблема — переохлаждение. Соль гидраты, и помните, когда мы говорим о солевых гидратах, это очень неоднородное пространство, но есть кое-что, что мы можем обобщить о них.В общем, неконгруэнтное плавление является значительной проблемой для многих гидратов солей, и, как правило, для гидратов солей существует большое количество переохлаждения. Двигаясь вниз по списку, у нас есть ограниченное количество вариантов температур фазового перехода. Это происходит потому, что у нас есть отдельные варианты, поскольку мы имеем дело с неорганической химией. В периодической таблице очень много вариантов. И, наконец, можно рассмотреть вопросы коррозии, химической стабильности и теплопроводности. И в некотором роде все эти вещи охватывают проблемы с характеристиками, которые могут быть предметом другого веб-семинара, поэтому сегодня мы не будем подробно их касаться.

Вот классное видео, как видите, у нас переохлажденное вещество. Кристалл только что упал, что дает начало участку кристаллизации, участку зародышеобразования. И это видео в реальном времени, оно не ускорялось. Вы можете увидеть, как распространяется кристаллизация, когда начинается зародышеобразование. Переохлаждение давно решается с помощью добавок, в том числе буры, которые доступны сегодня.

Slide 19

Итак, теперь я передам слово Навину, чтобы рассказать о некоторых из текущих достижений.Привет, это Навин. Я расскажу больше о текущем состоянии улучшения теплофизических свойств материалов с фазовым переходом. Таким образом, одна из самых больших проблем — это фазовая сегрегация в солевых гидратах. Таким образом, одним из наиболее часто используемых методов является загуститель, который в основном представляет собой высоковязкий полимер или гели, которые увеличивают вязкость гидрата соли и уменьшают длину диффузии. Но исследования и предыдущая литература показывают, что это работает только в течение нескольких циклов и стабилизируется, если дано достаточное количество циклов.В ORNL мы также выполнили моделирование методом МД, чтобы увидеть, как это увеличение вязкости влияет на фазовую сегрегацию, и мы увидели, что в конечном итоге вязкость на самом деле не способствует снижению сегрегации. Идея состоит в том, что загущения недостаточно для улучшения фазовой сегрегации в гидратах солей.

Slide 20

Другой уровень техники, который чаще всего используется для улучшения характеристик гидрата соли, — это снижение фазовой сегрегации. Итак, есть два распространенных метода, над которыми работают люди.Это называется методом основной оболочки и методом стабилизации формы. В методе «ядро-оболочка» ядро в основном представляет собой гидрат соли, который инкапсулирован полимером, который не очень пористый. Это предотвращает утечку соли. Другой метод известен как инкапсуляция, стабилизирующая форму, при которой используются такие вещества, как графит или металлическая пена, для непосредственной интеграции гидрата соли в эти полимеры. И разница между этими двумя методами заключается в пористости используемого материала оболочки. Итак, что перспективно в инкапсуляции.Результаты показали, что это уменьшенная фазовая сегрегация и предотвращает реакционную способность гидратов с внешней средой.

Slide 21

Это текущие результаты инкапсуляции. В таблице приведены оба метода. Это краткое изложение некоторых инкапсуляций с использованием сульфата натрия и гексагидрата хлорида кальция. Один из выводов, который мы извлекаем из этого, — это уменьшение скрытой теплоты с помощью техники инкапсуляции. Мы теряем до 13% скрытого тепла при инкапсуляции PCM.Таким образом, эти процессы могут стать очень дорогими, а также привести к низкой инкапсуляции. Также в литературе сообщается, что методы капсулирования также имеют тенденцию легко ломаться после нескольких циклов из-за увеличения объема. Далее следует увеличение переохлаждения без нуклеаторов. Итак, какая область исследований необходима в этой области, так это новые недорогие материалы для оболочек. Таким образом, мы хотим снизить стоимость инкапсуляции за счет разработки новых материалов оболочки, а также методов, которые являются дешевыми и высокотехнологичными.

Slide 22

Итак, какова еще проблема с солевыми гидратами. Это температура фазового перехода. В строительстве мы очень ориентируемся на диапазон температур 15-25C. Эти две цифры подчеркивают важность. По оси ординат отложена стоимость материала для накопления энергии ($ / кВтч), а по оси абсцисс — объемная плотность накопления энергии. Если мы посмотрим на верхний левый рисунок, мы увидим, что в этом температурном диапазоне недостаточно гидрата соли, чтобы мы могли решить все задачи в здании.Та же проблема наблюдается и при температуре плавления 25-35 ° C. У нас есть обычные гидраты, это CaCl2, NaSO4 и LiNO3. У нас нет других солевых гидратов, которые попадают в этот температурный диапазон. В этой области исследований есть огромный потенциал для поиска новых гидратов, которые попадают в этот температурный диапазон.

Slide 23

Итак, теперь я хочу сосредоточиться на подходе ORNL к улучшению содержания гидратов соли. Смотрим на эту диаграмму Венна. Мы считаем, что гидрату соли необходим зародышеобразователь для уменьшения переохлаждения, какой-то метод улучшения теплопроводности, и мы считаем, что физического загустения, которое в основном является вязкостным загущением, недостаточно для обеспечения долговременной стабильности.Поэтому мы считаем, что нам нужна химическая стабильность. Итак, в идеальном случае мы хотим найти добавку или материал, который может решить все эти четыре проблемы в солевых гидратах. Скорее всего, нам понадобится более одного материала, чтобы выполнить все задачи. Вот как мы смотрим на нашу проблему, и на следующем слайде я покажу некоторые из наших результатов и способы их решения.

Slide 24

Итак, первый подход — аддитивный. Мы испробовали различные полимеры для улучшения долговременной стабильности декагидрата NaSo4.Когда мы смотрим на черный, как и чистый SSD (декагидрат сульфата натрия), мы видим, что после второго цикла SSD уже уменьшился. Мы видим, что с помощью различных полимеров мы можем улучшить стабильность SSD. Мы пробовали разные полимеры, чтобы увидеть, как химическая и физическая стабильность улучшает общие характеристики гидрата соли. Мы узнали, что полиэлектролиты со специфическими ионами обладают хорошим стабилизирующим действием. И мы смогли получить очень стабильный PCM с энергией 150 Дж за 150 циклов, что стоило 5 долларов.8 за кВтч. И уменьшил переохлаждение до уровня менее 3 C. Это один из наших идеальных композитов на данный момент, и мы все еще работаем над его дальнейшим развитием.

Slide 25

Мы изучаем, как изменить саму фазовую диаграмму. Когда мы смешиваем различные гидраты солей, мы получим разные фазовые диаграммы. Что мы пытаемся сделать, так это взять неконгруэнтный гидрат соли и смешать его с конгруэнтным гидратом соли и сформировать новую бинарную систему эвтектических гидратов. Этим мы считаем, что можем предотвратить фазовую сегрегацию в гидрате соли за счет правильного цикла плавления.Так в чем же преимущества этой техники? Во-первых, существует возможность внедрения новых гидратов солей на основе этой эвтектической модели. Мы также разрабатываем попутную модель для внедрения новых гидратов соли в будущем. Новая эвтектическая воля объединяется с любым материалом с высокой теплопроводностью, который удаляет любые добавки полимеров для улучшения общих характеристик фазовой сегрегации в гидратах солей. И одна из наших историй успеха — нам удалось разработать новую эвтектику соляного гидрата с емкостью хранения 215 Дж за 50 циклов.Мы также снизили температуру фазового перехода с 32 C до 29 C. Этим мы подчеркиваем, над чем мы работаем в ORNL, и это наша история успеха.

Slide 26

Теперь я хочу рассказать о том, как мы делаем характеристику. Я знаю, что есть очень распространенные методы определения характеристик, методы DSC FTIR. В ORNL мы смотрим на проблему несколько иначе. Мы очень заинтересованы в изучении микромасштаба уровня гидрата соли NaSO4, декагидрата и полимера, чтобы увидеть, как мы меняем структуры.Так какая в этом польза. Благодаря этому мы можем разрабатывать новые гидраты солей, понимая фундаментальную науку о том, как эти соли ведут себя, когда они плавятся и вступают в реакцию. Итак, это один из наших методов характеризации, мы используем метод источника нейтронов. В этом источнике нейтронов мы проводим термоциклирование на месте. А потом мы тоже используем другую технику.

Slide 27

Мы используем передовой источник фотонов в Аргоннской национальной лаборатории, чтобы использовать рентгеновские лучи, чтобы увидеть, как образцы ведут себя во время их работы, а также разработать новые материалы на основе гидратов солей.И если вы посмотрите на верхний правый угол, это образец, который мы синтезировали и отправили в ANL для тестирования. Теперь я передам все Кайлу, чтобы он закончил презентацию.

Slide 28

Спасибо, Навин. Итак, в заключение, в этой дискуссии мы говорили о том, что солевые гидраты являются одними из самых многообещающих PCM. Они чрезвычайно дешевы по сравнению с другими с высокой плотностью энергии. Ключевые проблемы, фазовая сегрегация, которая имеет решающее значение для достижения стабильности езды на велосипеде. Ограничение переохлаждения важно, и разработка новых температурных диапазонов может оказаться важной, когда мы начнем говорить о будущем применении.ORNL продвинул современный уровень техники, используя комбинацию физических и химических характеристик, идентифицируя новые эвтектики и получая понимание фундаментальных материалов, используя методы определения характеристик, которые у нас есть, такие как источник нейтронов отщепления. Большое спасибо.

Slide 29

Спасибо, Кайл и Навин. Далее у нас будет Патрик Хопкинс. Большое спасибо за введение и спасибо за организацию. Меня зовут Патрик Хопкинс. Я профессор Университета Вирджинии.Сегодня я буду говорить о биоматериалах для хранения тепловой энергии. В частности, я сосредоточусь на новом классе этих биоматериалов, полученных из белка кольцевых зубов кальмаров. В ходе предыдущего сотрудничества мы обнаружили, что эти белки кольцевых зубов кальмаров обладают исключительными тепловыми свойствами и способностью регулировать тепловые свойства, теплопроводность, а также новый способ создания улучшенного накопления энергии. Так что в качестве некоторой предыстории я специализируюсь на измерениях теплопроводности и накопления энергии.Несколько лет назад мы начали сотрудничать с профессором штата Пенсильвания, который специализируется на создании и производстве, а также на генной инженерии этого белка кольцевых зубов кальмара. После некоторой работы несколько лет назад мы обнаружили свойства аккумулирования энергии, и в рамках текущей работы, финансируемой Свеном Мумме и программой BENEFIT, я представлю некоторые из наших работ, выполненных в сотрудничестве между белками с тандемными повторами UVA и Технологическим институтом Джорджии. Исследование белков кольцевых зубов кальмаров на предмет нового накопления энергии.

Slide 30

Просто чтобы подготовить почву для того, куда мы смотрим, я показываю здесь график справа, взятый из прошлогоднего звонка BENEFIT, который был взят из мастерской в Берлине около десяти лет назад. Это просто график зависимости емкости накопителя энергии кВтч / м3 от тепловой мощности в зависимости от температуры. Как вы слышали из предыдущего выступления, солевые гидраты и глядя мы видим здесь с различными PCM. Каковы типичные плотности накопления энергии, если вы хотите взглянуть на неизведанное пространство BTO, где мы можем искать увеличенную емкость накопления энергии, она находится в режиме, близком к комнатной температуре, и увеличенная емкость накопления энергии в этом целевом зеленом прямоугольнике.Я не хочу говорить с вами сегодня о том, что благодаря сочетанию емкости хранения энергии, как скрытой, так и явной теплопроводности, эти биологические материалы для кольцевых зубов кальмаров имеют новый подход к достижению этой цели. И отчасти это связано не только с емкостью аккумуляторов энергии, но и с их замечательной теплопроводностью. Я показываю здесь производные показатели качества типичных PCM. Одна примечательная работа Патрика Шамбергера, который расскажет об этом позже в журнале работ по теплопередаче в 2015 году, — это идея о том, что добротность PCM связана не только с его способностью сохранять тепло, но и с его способность переносить тепло.Показатель достоинств ПКМ должен быть связан не только с его способностью накапливать тепло, но и с его способностью перемещать тепло, так что на самом деле достоинства показателя, связанные с температуропроводностью, в основном это способ, которым вы можете определить, насколько быстро система может поглощать определенное количество теплового потока, а затем пересекать эту фазовую границу, мы гораздо больше услышим об этом позже от профессора Шамбергера.

Slide 31

Итак, другая вещь проявляется не слишком хорошо, но в качестве фона, который мы обычно думаем о емкости накопителя энергии или PCM, мы обычно думаем об этой идее некоторого скрытого тепла или некоторой энергии.Некоторая энергия, необходимая для накопления некоторого количества тепла, связана с расплавом и в очень узком температурном диапазоне. Вы можете хранить много энергии в своем устройстве. Вот горшок слева, просто показывая им типичный бордюр, который у вас есть; это взято с веб-сайта передовых технологий охлаждения, и для широкого спектра материалов обычно говорится о том, что плавление при плавлении должно быть где-то около комнатной температуры, как мы видели в нашем предыдущем выступлении. При слишком высоких температурах вы можете начать определять некоторую добротность и некоторую эффективность на основе некоторой комбинации теплопроводности и либо скрытой теплоты, либо явной теплоты, либо того и другого.Итак, это всего лишь обзор из предыдущей статьи о различных показателях эффективности накопления энергии на основе скрытого тепла. На самом деле, это обычная метрика, которую люди считали PCM.

Slide 32

Я думаю, что там, где у нас есть много фазового пространства для рассмотрения новых материалов, также является способность материала изменять теплопроводность, и это приводит к идее переключателя теплопроводности. Таким образом, вы можете подумать, когда у вас есть PCM, который для качества при зарядке или разрядке вам понадобится высокая теплопроводность, чтобы вы могли принимать этот тепловой поток как можно быстрее, чтобы максимизировать энергию, которая входит или выходит.Но когда вы накапливаете, вы не обязательно хотите, чтобы эта энергия уходила; вам нужен материал с более низкой теплопроводностью. Таким образом, переключение теплопроводности — это концепция, которая привлекла внимание в последнее время, и очень часто рассматривают изменения теплопроводности, когда вы переходите через переход плавления. Это карта режима, созданная на основе одного из результатов… работы несколько лет назад, в которой подчеркивается множество переключателей теплопроводности при различных переходах между твердым телом и жидкостью, вы часто видите это в неорганических веществах.

Итак, на самом деле я готовлю здесь почву для рассмотрения эффективности нового, нового ПКМ на основе биологических кольцевых зубов кальмара; мы хотим рассмотреть их способность сохранять тепло. Кроме того, их способность динамически изменять теплопроводность и иметь относительно высокую теплопроводность, возвращаясь к диаграмме Нельсона в начале, рассматривая теплопроводность, которая может быть больше 1 Вт / м-К и, следовательно, повысить добротность.

Slide 33

Прежде чем говорить о тепловых свойствах этих белков кольцевых зубов кальмаров, я хотел подготовить почву для своего рода открытия этих белков через моего коллегу из Пенсильванского университета.Малик Демраль и Полностью Демерол и тандем повторяют, что компания производит эти белки. Кольцевые зубы кальмаров — неправильное название, поскольку на самом деле белок не происходит из зубов кальмаров. Вы должны думать о них больше как о безымянных зубах кальмаров, но человек, который их обнаружил, назвал их зубами, потому что они выглядят как зубы. Вы видите их фотографии слева, это всасывание под щупальцами кальмара, которые он использует, чтобы хватать и хватать добычу. Они обладают замечательными механическими регенеративными свойствами, которые я покажу на следующих паре слайдов, но что я хочу здесь выделить, так это способность производить их действительно любой формы и размеров и масштабировать с расчетом на то, что мы сможем достичь метрической цели. метрики 4 доллара за киловатт-час, исходя из их масштабного производства базовыми белками.

Slide 34

Одним из основных моментов при производстве протеина кольцевых зубов кальмаров является экологически чистый и углеродно-нейтральный процесс, в котором они производятся. Итак, белки кольцевых зубов кальмаров производятся путем ферментации, а затем обработки и очистки и сушки материала, причем не только из биоразлагаемых, но и пригодных для вторичной переработки, так что у вас действительно есть круговая углеродная экономика в процессе создания этих нетоксичных биоразлагаемых вторично перерабатываемых ПКМ на биологической основе.

Slide 35

Если мы увеличим масштаб в наномасштабе того, как выглядит один из этих белков кольцевых зубов кальмаров, вы увидите комбинацию кристаллической и аморфной области; это то, что изображено на мультфильме в центре.Они таковы, как вы видите микроструктуру, на самом деле наноструктуры кольцевых зубов кальмаров по отношению к белку, если они состоят из двух разных областей, одна является высококристаллической, а область, называемая бета-слоем, слишком много белка, а другая — желтыми областями. что вы действительно аморфные цепочки для галстуков. Таким образом, благодаря комбинации бета-листа и аморфной связующей цепи вы можете получить некоторые очень, очень интересные и подходящие свойства этих белков зубов, например, они обладают высокой прочностью и очень долговечны из-за полукристаллической природы из-за этих белков. бета-лист и долговечность в модуле могут быть настроены на основе плотности тандемного повтора между бета-листом в аморфной связующей цепи.

Slide 36

И я думаю, что на раннем этапе, когда я впервые начал работать с Маликом Демеролом несколько лет назад, что-то, что меня очень взволновало с точки зрения теплопроводности, было то, что эти биологические PCM, эти белки кольцевых зубов кальмаров самовосстанавливающиеся. Итак, вот пример белка собачьей кости, созданного в Пенсильвании. Видео на YouTube об этом, действительно, действительно интересном материале здесь. Вы можете разрезать его, а затем он окунулся в воду, добавил немного тепла, и затем он полностью вернулся к своей первоначальной прочности.За этим стоит то, что когда мы увидели эту способность, способность белков кольцевых зубов кальмаров к самовосстановлению и слиянию, мы начали думать о ее способности изменять тепловые свойства при увлажнении, и оказалось, что этот тип белковой воды может действовать на пластифицирующий агент резко меняет механические свойства, позволяя это. Также меняются тепловые свойства, поэтому, когда вы начинаете думать о переключателе теплопроводности, у вас не будет большей разницы в переключателе теплопроводности, чем когда вы можете сделать что-то подобное, например, вынуть что-то из контакта, а затем вернуть его в контакт.Поэтому мы хотели понять, что происходит на наноскопическом уровне, и понять его тепловые свойства.

Slide 37

Итак, то, что я резюмирую на этом слайде, было предыдущим сотрудничеством, которое мы имели с Penn State по обнаружению теплопроводности белков кольцевых зубов кальмаров, опубликовано моим учеником Джоном Томко. Итак, как я упоминал ранее, эти белки SRT состоят как из кристаллических, так и из аморфных областей, и при гидратации они обладают весьма замечательными свойствами.Когда они гидратированы, вода действует как пластификатор и изменяет амплитуду колебаний аморфных связующих цепей, поэтому при сушке теплопроводность, модуль упругости и теплопроводность действуют очень похоже на то, что вы думаете о любом беспорядочном полимере, который вы видите справа с нашими измерениями теплопроводности это красные точки.

Теперь, когда вы гидратируете, вода взаимодействует с аморфным изменением связи, что увеличивает амплитуду колебаний теплоносителей, поскольку мы подтверждаем, что рассеяние нейтронов и теплопроводность белка SRT гаснет, вот что такое синие точки, так что не только вы имеют возможность изменять теплопроводность при гидратации, но в зависимости от последовательности тандемных повторов и количества повторов вы можете увеличивать значения теплопроводности, превышающие 1 Вт / мК.Для сравнения: теплопроводность воды 0,6 Вт / м-К.

Таким образом, простое добавление воды к белку неэффективно, это факт, что вода взаимодействует и изменяет колебательную природу белка.

Slide 38

Купите, пожалуйста, так что это означает, что с помощью этой рабочей жидкости с пластификатором мы можем создать переключатель теплопроводности, и это показано здесь в работе, очень похожей на мою кандидатскую диссертацию студент Джон Томко, использующий нашу различную систему измерения коэффициента теплового отражения, имеющуюся в нашей лаборатории, как тепловое отражение во временной области, так и тепловое отражение в частотной области.Устойчивое термоотражение, когда то, что он делает, — это то, что он создает переключатель, добавляя и удаляя пластиковую проклеивающую добавку из белка, вы можете увидеть очень быстрое изменение, а также большое изменение теплопроводности, которое можно циклически повторять, по крайней мере, с показанным здесь из нашего предыдущая статья 20 циклов включения-выключения от значений полимера до более 1 Вт / мК.

Slide 39

Мы начинаем думать о переключателях теплопроводности вокруг комнатной температуры, поэтому в этом целевом температурном диапазоне, который мы ищем для хранения энергии и высокой добротности, вы теперь обнаружите, что этот белок кольцевых зубов кальмара показал данные, показанные на рисунке. красные звезды получают коэффициенты включения теплопроводности, которые задают новый уровень техники для изменения собственной теплопроводности любого известного материала.Таким образом, эти Био-ПКМ SRT действительно оставляют нейтральный углеродный след при производстве и обеспечивают интересный способ повышения теплопроводности, но также предоставляют нам другие возможности для рассмотрения накопления энергии.

Slide 40

Принцип того, как аккумулирующий и накапливающий энергию материал будет работать с белками зубов кольца кальмара, будет напрямую связан с пластификацией сети. Итак, в отличие от типичной кривой, которую я показал в начале, где у вас есть более узкий температурный диапазон, у вас есть некоторое количество поглощаемого тепла при плавлении.То, о чем мы говорим при хранении энергии с помощью этих новых биологических PCM, — это смещение температуры стеклования PCM.

Итак, рассмотрите SRT в сухом состоянии, когда вы нагреете его до некоторой температуры выше комнатной, тогда вы перейдете через температуру стеклования и увеличите накопление тепла. Однако с пластифицирующим агентом и правильной генной инженерией можно сделать тандемный повтор, тогда вы можете снизить температуру стеклования и, таким образом, теперь у вас есть динамический способ сохранения тепла на основе пластифицирующего агента и аминокислотной последовательности белка. , который основан на производстве белка.

Slide 41

Это действительно то, что помимо потенциала нового способа рассмотрения накопления энергии и замечательных показателей переключения теплопроводности, которые, как мы обнаружили, наша команда создает эти SRT-белки, которые можно настраивать на биологическом уровне, настраиваемый, самовосстанавливающийся. И действительно, при масштабном прогнозировании мы можем достичь меньших, чем прогнозируемая, выгода от BTO в 15 долларов за киловатт, если он будет производиться в таком масштабе. Итак, вы знаете, что истинным мотивом для этого является изучение возможности использования этих некоррозионных, нетоксичных, негорючих перерабатываемых материалов с новыми свойствами аккумулирования энергии.

Это то, что наша новая поддержка со стороны Свена Мумме и его программы льгот BTO дает нам возможность сотрудничать, чтобы действительно раздвинуть границы биологических PCM на основе этого белка кольцевых зубов кальмаров. Так что сотрудничество с моей лабораторией в UVA, Беном Алленом с тандемным повторителем и Шенноном из Технологического института Джорджии, направлено на то, чтобы действительно определить максимальный потенциал белка зубов кальмара на основе генной инженерии тандемного повтора.

Slide 42-43

На этом я остановлюсь на резюме предыдущей работы, которая демонстрирует замечательное переключение теплопроводности, и большое спасибо за ваше время, и еще раз спасибо, Нельсон, за организацию.

Slide 44

Помните, вы можете отправить свой вопрос в раздел вопросов и ответов, и мы ответим на них в конце. Теперь Суман поговорит с нами о термохимических материалах для хранения энергии. Всем привет и спасибо, Нельсон, за организацию, и спасибо, Свен Мамме, за предоставленную мне возможность выступить на этом вебинаре. Я буду говорить о термохимическом аккумуляторе энергии, и я из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли.

Slide 45

Итак, вы знаете, что это всего лишь широкая классификация материалов для аккумулирования тепловой энергии.Мы можем хранить энергию в явном нагревании, скрытом нагреве и термохимическом. Итак, график здесь показывает распределение этих различных категорий материалов, которые мы можем видеть в углу явного тепла, где находятся объемная и гравиметрическая плотность энергии этих материалов. Последние два выступавших говорили о скрытой теплоте в материале с фазовым переходом, который был биологическим и неорганическим, и вы можете увидеть плотности энергии этих материалов. Термохимические накапливающие материалы — это класс материалов, в которых энергия накапливается в реакции.Подобно скрытой теплоте фазового перехода, когда с ней связана температура, так же, как для материала с фазовым переходом, у вас есть температура перехода для материала термохимического источника энергии, у вас есть температура реакции.

И график показывает, что он имеет широкое распространение, например, у вас могут быть светло-синий и темно-синий сайдинг от темно-синего до светло-голубого, вы можете видеть, что это низкотемпературные термохимические материалы, а затем вы можете видеть, что это может быть полностью до 1200 ° C. Единственное, что вы заметите, это то, что энтальпия реакции, то есть энергия, запасенная в этой реакции, значительно выше, и это одно из ключевых преимуществ материала, запасенного термохимической энергией.

Слайд 46

Итак, позвольте мне показать вам этот слайд. Если вы посмотрите на плотность энергии, вы можете ясно увидеть, что они знают, что плотность энергии теоретического материала составляет 200-600 кВтч / м3. Все материалы с фазовым переходом от органических к неорганическим относятся к аналогичному диапазону около 50-150 кВтч / м3. И эти реакции могут происходить между твердым телом и газом, твердым телом с жидкостью, жидкостью и газом. В широком смысле, когда могут быть две широкие классификации этого термохимического материала, реакция может быть абсорбирующим материалом или адсорбционным материалом.В абсорбирующем материале происходит обратимая реакция. Речь идет о разрыве и восстановлении крепких связей. Это происходит на молекулярном уровне и изменяет состав и морфологический состав всего твердого вещества. Из-за этого может происходить расширение материала во время реакции. Поскольку он включает разрыв и восстановление прочных связей, он может сохранять высокую энергию по сравнению с адсорбционными материалами. Адсорбция — это в основном реакция на поверхности. Он включает более слабые ван-дер-ваальсовые и водородные связи по сравнению с сильными связями в абсорбирующих материалах.Примером адсорбционного материала может быть что-то вроде цеолита или силикагеля. Кайл и Навин говорили о PCM гидрата соли, где фазовый переход гидрата соли происходит, когда у вас есть твердое вещество, и оно плавится, и они хотят равномерного плавления. Когда солевые гидраты используются в качестве материала TCM, вам просто нужна реакция твердого тела с газом, вы не хотите плавления, вы не хотите, чтобы произошел фазовый переход. Итак, вы хотите гидратировать и регидратировать гидрат соли в результате химической реакции.

Слайд 47

Хорошо, давайте просто перейдем к этому слайду.Итак, как термохимический материал будет действовать как накопитель энергии для строительства? Если вы посмотрите на панель C, скажите, что у вас есть гидрат соли; Вы можете хранить энергию или заряжать ее, используя солнечную батарею или сетку и отделяя соль от пара. Если у вас открытая система, вы можете выпустить пар и просто хранить безводную соль. Когда вам нужно выпустить его, вы просто обеспечиваете влагу и можете выделять тепло при желаемой температуре в зависимости от конечного использования, например, для обогрева помещения или горячей воды.Это обратимая реакция твердого газа. Может происходить в формате открытой системы, где вы можете выпустить пар в окружающую среду, а затем использовать ее для сброса, или может быть термохимической системой с замкнутым контуром.

Slide 48

Итак, что нам нужно для того, чтобы этот термохимический материал стал пригодным для использования в зданиях? Нам определенно нужна более высокая энтальпия реакции. Чем выше энтальпия реакции, тем больше плотность энергии, и вы знаете, что она очень похожа на все другие материалы для хранения энергии, которые мы обсуждали до сих пор.Нам нужна высокая теплопроводность, нетоксичность, некоррозионность, дешевизна, негорючесть. Здесь нам нужно, чтобы у нас не было никакой побочной реакции. Реакция должна быть полностью обратимой и без каких-либо побочных реакций. Нам нужно регенерировать его при относительно низкой температуре. TCM до сих пор не исследовались для строительства, потому что большинство из них требуют высоких температур. Прилагается много усилий, чтобы найти новый материал TCM, более подходящий для зданий.

Slide 49

Итак, я собираюсь просто осветить в своем выступлении основные проблемы, связанные с материалами или этим термохимическим хранением.Итак, как я уже сказал, если вы говорите об абсорбции во время реакции, изменения происходят на молекулярном уровне. Поэтому очень важно понимать, с какими фазами мы имеем дело и стабильны ли они в наших условиях эксплуатации. Потому что молекулярный уровень определяет теоретическую плотность энергии и зоны стабильности различных фаз. Поэтому переход от молекулярного уровня к следующему размеру частиц становится очень важным. Как я сказал в разделе «Поглощение», когда происходят молекулярные изменения и морфологическая структура изменяется, материал во время этой реакции расширяется.Очень важно, чтобы у вас был правильный размер частиц, чтобы у вас был хороший тепло- и массообмен, в противном случае ваш материал будет распыляться, агломерироваться или плавиться. Все это нежелательно. для газовой реакции не хотите терять материал при плавлении, вы не хотите изменения лица. Я немного расскажу о композитном уровне.

Slide 50

Итак, на структурном уровне, если мы имеем дело с этой реакцией, и я на самом деле сказал, что это зависит от кристаллической структуры, если вы потеряете кристаллическую структуру во время реакции, она превратится в аморфную, мы потеряем нашу плотность энергии.На молекулярной стадии важно понимать, какие фазы являются стабильными на уровне частиц, очень важно соотносить размер частиц с параметрами уровня реактора. Например, если у нас очень высокий тепловой поток, но пары не могут выйти, это приведет к плавлению гидрата соли, так что плавление в этом случае нежелательно, потому что мы хотим, чтобы реакция происходила между твердым телом и газом. И мы не хотим, чтобы материал бездействовал.

Slide 51

Итак, чтобы преодолеть эту проблему, как и в случае с материалом фазового перехода, люди исследуют матрицу хоста.Можем ли мы иметь достаточно матрицы-хозяина, пропитанной солью, чтобы мы могли преодолеть эту проблему агломерации и плавления и улучшить перенос тепла и массы? Итак, это обычно используемые матричные материалы или материалы с фазовым переходом, и теперь исследователи используют такие матрасы для материалов из ПКМ, чтобы мы могли лучше переносить тепло и массу. Но проблема здесь снова заключается в том, что вы должны иметь правильную загрузку гидрата активного материала без слишком большого ущерба для плотности энергии.Например, цеолит и силикагель, которые также являются материалами PCM, и помещают в них абсорбирующие материалы, такие как гидраты солей, таким образом, мы не добавляем слишком много неактивного материала. У всех подходов есть проблемы; на композитном уровне должен быть лучший перенос тепла и массы, чтобы, когда вы делаете систему из этого материала, имеющую хорошую плотность энергии, проблема с материалом ПКМ до сих пор заключается в том, что они имеют очень высокую теоретическую плотность энергии от 200 до 600 кВт · ч / м3, но если взять его на системном уровне, у вас нет даже 10% от этого.Все это потому, что вы много теряете на материальном уровне, вам нужна большая оптимизация на материальном уровне, чтобы вы могли получить доступ к этой высокой теоретической плотности энергии. если вы используете композитный материал с инертной матрицей, вы теряете большую плотность энергии, и, вдобавок ко всему, если вы делаете реактор, если конструкция не оптимизирована, вы теряете еще больше плотности энергии. Этот класс материалов PCM страдает низкой многоциклической эффективностью. Исследования были сосредоточены на использовании этого материала для длительного хранения, поэтому мы показали, что на уровне материала вы можете провести до 10 или 20 циклов, но после этого оно значительно снизится.Это происходит из-за моментов, о которых я упоминал ранее, из-за изменений, переходящих от кристаллического к аморфному или измельчения на уровне частиц или на уровне композита, происходит плохой тепло- и массообмен. Итак, это проблемы, которые ограничили использование материалов TCM в строительных приложениях.

Slide 52

Итак, все эти проблемы она могла бы упомянуть на материальном уровне. Теперь вы можете представить, что у вас есть частица. Его свойства не оптимизированы, и когда эти частицы собираются на уровне реактора, реактора, который представляет собой слой частиц, это еще больше усугубляет эти проблемы.Таким образом, у вас могут быть локализованные горячие точки, которые могут создавать дополнительное механическое напряжение и могут вызывать метастабильные или нестабильные фазы. Поэтому очень важно, чтобы все проблемы, с которых мы начинали, нам нужен был восходящий подход, чтобы проблемы решались на материальном уровне, прежде чем мы начнем решать их на уровне реактора или системы.

Slide 53

Итак, каковы возможные решения? Я думаю, что Кайл и Навин немного упомянули о том, как мы можем создать новые кристаллические структуры и новые материалы, которые будут более стабильными и могут иметь лучший фазовый переход.Так похоже на то, что нам нужно открытие нового материала, или нужно приложить больше усилий в этом направлении, чтобы мы могли придумать новые растворы гидрата соли или смеси солей, которые являются стабильными, и я показываю здесь одно исследование, в котором всего лишь посмотрели 265 реакций гидратации. Они провели с использованием высокопроизводительных вычислений DFT и показали некоторые новые реакции, которые никогда не исследовались для материалов TES. Звезды представляют реакции, которые не были исследованы, и мы можем видеть, что они происходят при разных температурах.Другой подход заключается в том, что для существующих материалов TCM очень важно использовать восходящий подход, и мы не только оптимизируем или просто оптимизируем механические или термические свойства, но и нуждаемся в совместной оптимизации. Химико-механические и термические свойства материала должны быть совместно оптимизированы таким образом, чтобы на уровне реактора или системы мы имели все желаемые свойства, включая удельную энергию, высокоциклический КПД и теплопроводность.

Slide 54

Спасибо за это, Суман.Теперь мы поговорим с Патриком о разработке материалов для хранения тепловой энергии. Большой; Спасибо. Я хочу повторить то, что до сих пор говорили наши другие участники дискуссии; Я думаю, что здесь есть много отличных возможностей для развития накопления тепловой энергии, особенно на базовом материальном уровне, и я думаю, что Министерство энергетики и BTO конкретно отвечают инициативе в этой области. Цель сегодняшнего выступления — действительно рассмотреть, как мы создаем материал или конкретное приложение. Как мы оцениваем его производительность и как мы разрабатываем показатели, которые помогут рассмотреть различные решения с использованием материалов.И, по сути, это действительно сводится к тому, какой материал подходит для работы.

Slide 55

Таким образом, для любого приложения по хранению энергии вам нужно думать как о показателях энергии, так и о мощности. Вы можете сравнить это с аналогом в задаче электрохимического накопления, просто подумав о батарее, и с батареями мы заботимся о том, сколько энергии они хранят, но мы также заботимся о скорости накопления. Какова мощность для зарядки или разрядки этого накопителя энергии, и для многих различных решений накопления тепла мощность может оказаться ограничивающим фактором.

Slide 56

Итак, мы можем взять страницу из учебника по электрохимическому накоплению энергии и рассмотреть это пространство компромиссов, где мы смотрим на плотность энергии по горизонтальной оси и плотность мощности по вертикальной оси. Вопрос в том, как сделать то же самое с хранением тепловой энергии? Как мы понимаем эти компромиссы и какие материалы являются оптимальными для конкретного применения? Как и в случае применения в электрохимии, в некоторых случаях показатель плотности энергии может быть самым важным, но в любом из этих приложений вы бы не стали использовать конденсатор, потому что он неконкурентоспособен в этой области.В противном случае вы можете разработать конкретные функции затрат для сравнения характеристик различных материалов в этом пространстве плотности энергии. Это пример того, что называется электрохимическим сюжетом Рагона, и я думаю, что мы услышим об этом больше в следующем выступлении. Мы не рассматриваем вещи на уровне модели; мы действительно сосредотачиваемся на уровне двух материалов. Если вы хотите рассмотреть материалы, аккумулирующие тепло, скорость в основном зависит от того, насколько быстро вы можете направить тепло в некоторый объем материала, и поэтому, если мы просто подумаем о тепле, пересекающем границу раздела в полубесконечную среду, это просто своего рода одномерный Передача тепла через самолет, мы заботимся о двух вещах.Нам нужно заботиться о возможности подключения, и нам нужно заботиться об эффективной емкости, о том, сколько энергии мы можем хранить на единицу объема. Конечно, в PCM главный термин, на котором мы часто фокусируемся, — это объемная скрытая теплота, так что это, по сути, способ ее анализа, и нам нравится оценивать это на материальном уровне.

Slide 57

Расскажите об этом подробнее. Мы можем смотреть на решения проблем теплопередачи в эту полубесконечную среду, и решения выглядят по-разному в зависимости от природы граничных условий; постоянный тепловой поток или постоянная температура.Снова и снова мы видим, как этот термин появляется и исчезает, который действительно содержит все параметры, относящиеся к конкретным материалам, которые имеют отношение к этой проблеме. Было указано, что этот термин очень тесно связан с термической эффузией, поэтому мы можем назвать это по существу эффективной тепловой эффузией. Он включает квадратный корень произведения теплопроводности на объемную скрытую теплоту.

Slide 58

Таким образом, это позволяет нам принять этот показатель качества, чтобы начать сравнение различных материалов, чтобы вы могли оценить эффективность различных материалов, одновременно поглощающих скорость нагрева.Мы можем рассматривать это как своего рода метрику сравнения материалов, но важно помнить, что если вы вернетесь к аналитическим решениям, этот показатель качества будет пропорционален скорости накопления энергии или повышению температуры, поэтому вы можете перевести, чтобы услышать непосредственно обратно к условиям этого тарифа. Итак, мы начинаем видеть несколько различных классов материалов, это просто низкотемпературные материалы и материалы для хранения энергии, и мы можем сравнить их с вещами, которые очень хорошо проводят тепло, так что медь, алюминий, графит и основа снова в вашем приложении, вы могли бы больше заботиться об энергии плотность, так что сдвигая вправо, или, может быть, плотность мощности, поэтому для электронных приложений во многих случаях охлаждение какого-либо чипа.Мощность — это ограничивающий термин, поэтому в таких случаях лучше всего поставить медный блок на систему.

Slide 59

Как вы знаете, как материаловеды и инженеры, мы, как материаловеды, начинаем говорить, что это хорошо, но как нам двигаться дальше, что нам делать дальше? Мы начинаем с рассмотрения, что есть эти два ключевых термина, некоторые из которых действительно обладают высокой проводимостью, но не накапливают много тепла, тогда как я видел, что другие материалы имеют действительно большие сроки хранения энергии, но они просто медленнее на уровне проводимости. .Проводящие элементы, такие как алюминий-графит, медь, появляются в верхнем левом углу, например, гидраты мыла, парафины накапливают тепло за счет плавления, поэтому их эффективная емкость отображается справа. Итак, мы можем сказать, что происходит, когда мы начинаем смешивать эти два разных класса материалов.

Slide 60

Рассматривая эти вещи как однородные композиты с эффективными свойствами, мы можем начать отвечать на этот вопрос. Итак, то, что вы видите здесь, это изогнутые, которые представляют собой верхнюю и нижнюю границы для композитов, которые сделаны путем объединения различных соединительных элементов вместе с парафином.Таким образом, верхние нижние границы связаны с ориентацией различных материалов в этом композите, поэтому, если ваш проводящий элемент выровнен по направлению теплового потока, вы достигнете верхней границы, если эти слои перпендикулярны, и вы достигнете нижней границы. Есть пара важных выводов, вызывающих опасения, и один из них заключается в том, что мы, как правило, можем превзойти однофазные системы, но, возможно, даже более важно …

Slide 61

Мы можем использовать такое понимание как подход, чтобы исследовать компромиссы. а также дизайн и материальное пространство.Таким образом, эта красная кривая просто выделяет композиты, состоящие из алюминия и парафина, а точка, в которой я сижу, зависит от того, сколько из этих двух граней я включил в композит. Итак, снова для конкретного приложения вы можете настроить, как выглядит этот композит, чтобы разработать оптимальный материал.

Slide 62

Таким образом, возникает два основных вопроса, первый из которых связан с общим подходом к описанию вещей как композитов.Когда мы сможем применить это, насколько хорошо это работает, и мы проделали некоторую работу по проверке этого в ламеллярных системах, и я скоро об этом расскажу. Далее, если я хочу применить это к реальной проблеме, мне часто нужно выйти за рамки простого показателя заслуг и немного глубже погрузиться в его оценку. Итак, поговорим на примере.

Slide 63

Итак, ответ на вопрос, когда мы можем применить этот составной подход, в первую очередь зависит от критических масштабов длины в системе.Вы можете подумать, есть ли у меня этот слоистый материал, где, если вы посмотрите на материал слева, серый цвет представляет слои металлического алюминия, а материал между ними — это материал с фазовым переходом; по мере того, как я уменьшаю расстояние между этими проводниками все меньше и меньше и меньше в какой-то момент, я послал вам, чтобы достичь того, что можно было бы назвать однотемпературной моделью, где температура в основном является только функцией вертикального расстояния от этой нагретой поверхности. Итак, ответ на вопрос, насколько толстым или маленьким должен быть интервал.Это зависит от шкалы времени, зависит от того, насколько глубоко в материале вы внедряете свои тепловые насосы, и мы как бы углубимся в это в этой цитате внизу. Я думаю, что важным выводом здесь является то, что эти весы для звеньев легко изготовить, поэтому люди, которые работают с теплообменниками, все время делают вещи на этих легких весах с помощью традиционной механической обработки или пайки с использованием некоторых дополнительных производственных технологий.

Slide 64

Следующий вопрос, насколько хорошо это работает, это приближение действительно близко соответствует экспериментальному наблюдению, и здесь я просто как бы показываю в основном нисходящий взгляд на некоторые компоненты.Некоторые пластинчатые компоненты, которые были обратно заполнены материалами с фазовым переходом, так что интервал большой, изображение справа видно очень большое изменение температуры по горизонтали, но попросили, чтобы интервал становился все меньше и меньше и меньше, мы очень быстро достигли этой одномерной модели .

Slide 65

Многие из них мы не можем заходить слишком далеко и подробности проверки здесь, но фактические системы хорошо выдерживают наши наблюдения. На самом деле стоит упомянуть о некоторых пористых материалах, о которых уже однажды говорил другой участник дискуссии, вы можете подумать либо о пористом, либо о сжатом расширенном натуральном графите.Это действительно интересные материалы, потому что их масштабы длины, их унаследованные масштабы длины, как правило, небольшие, поэтому они, как правило, хорошо описываются составным приближением. Многие случаи поддаются контролю, поэтому, если вы возьмете расширенный природный графит и сожмете его до разной степени, вы измените объемную долю графита в композитном материале. Таким образом, это позволяет вам перемещаться где-нибудь по этой кривой. Зеленые точки данных извлекаются из чужой работы и как бы строят их на этом композитном анализе.Таким образом, люди работали с такими видами композитов по крайней мере пару десятилетий, но это очень полезные системы, которые имеют много полезности.

Slide 66

Таким образом, подход к рассмотрению вещей как композитов с эффективными свойствами очень хорошо работает для этих систем, но каждый раз, когда я делаю приложение, которое немного сложнее, чем просто нагревать интерфейс строгального станка, я необходимо переоценить, как выглядит оптимальный композит. Поэтому нам нужно выйти за рамки этого простого показателя качества, о котором мы говорили, и действительно задать вопрос о том, какое количество из двух фаз и как я хочу, чтобы они были распределены в объеме, и ответ таков: это зависит от обстоятельств.И это зависит от временного масштаба проблемы, это зависит от величины движущей силы, это зависит от геометрии, и я могу привести здесь краткий пример, который основан на цилиндрической системе отвода тепла, отводящей тепло или пример теплоноситель, текущий по трубке.

Slide 67

Мы можем оценить это на нескольких разных уровнях, мы можем думать только об одной степени свободы в этой композиции. Итак, какова объемная доля металла в проводнике, или PCM, так что phi будет относиться к объемной доле проводящего элемента; и вы можете иметь эту константу, но нет причин сохранять ее постоянной.Оказывается, что во многих случаях вам нужно больше проводника ближе к этой трубе, потому что это помогает отвести тепло дальше от среды. Мы собираемся поговорить только об этой первой, потому что вторая тема требует более сложных подходов для оценки того, что является оптимальным в этих случаях.

Slide 68

То, что я здесь показываю, в основном построено на графике: у нас есть своего рода декартова плоскостная поверхность слева и цилиндрическая поверхность справа. Линия в основном показывает, сколько тепла на единицу площади поглощается кумулятивно до определенного времени, поэтому вы увидите, что это от 2 до 0 секунд, то есть всего 1 секунда.Горизонтальная ось показывает, сколько металла мы вложили в этот композит, поэтому он был рассчитан для комбинации алюминия и парафина, но опять же, мы можем изменить свойства материала, чтобы контролировать оптимальное решение.

Slide 69

Итак, то, что вы видите в очень широком диапазоне объемных долей, у вас как бы есть относительно постоянное количество тепла, было поглощено, однако фронт плавления продвигается все дальше и дальше в объем, потому что, конечно, это чем больше металла вы туда кладете, тем он более проводящий и тем меньше тепла требуется для плавления определенного объема.

Slide 70

Таким образом, эти круги являются оптимальным максимумом тепла на единицу площади или в этот конкретный момент времени, и первое, что мы видим, это то, что если мы запустим моделирование на более продолжительное время в цилиндрическом случае, Оптимальная объемная доля металла изменяется, и это связано с тем, что цилиндр, который вы как бы расширяете наружу, удаляясь от центральной трубы. Так что выгодно отодвигать молочный фронт все дальше и дальше. В то время как в плоской геометрии ваша оптимальная объемная доля довольно постоянна во времени.

Slide 71

Мы также можем спросить, что произойдет, если у меня будет более высокая движущая сила, поэтому все это были изотермические эксперименты, но если мы перейдем к большей дельте T, дельта T — это разница между температурой поверхности на температура плавления, то эта кривая в основном сдвигается все дальше и дальше вправо, потому что вступают в силу вклады ощутимого нагрева.

Slide 72

Все это было показом тепла на площадь, поэтому мы действительно говорим, что такое композит с точки зрения максимизации общего количества тепла, поглощенного в данный момент, но снова ответ меняется, если мы хотим оптимизировать какой-то другой термин, так что, если мы посмотрим на тепло на единицу массы или тепло на единицу объема, так что большая часть работы, которую мы делаем для аэрокосмических компаний, и, конечно, масса и объем являются очень важными терминами, и это неудивительно, что сдвигает ответ влево.Намного меньше металла, потому что мы не хотим слишком сильно нагнетать тепло, нам нужны компактные системы, и если вы оцените это для разных типов проводников и разных типов PCMS, вы увидите различия.

Slide 73

Итак, вы знаете, я думаю, что реальный вывод здесь заключается в том, что я думаю, что всегда важно оценивать, как выглядит композит или конкретное приложение, разные вещи, такие как геометрия, время, величина движущей силы, с которой все это изменяется. оптимальная концепция выглядит так, но, в конце концов, эти подходы действительно основаны на понимании того, что мы можем думать о конкретном объеме как о внутренней композиции с эффективными свойствами.

Slide 74

Я просто хочу отметить: очевидно, что это работа, на которую многие аспиранты тратят много времени, и у меня есть несколько сотрудников в Texas A&M, которые сыграли важную роль в оценке многих этих работ. Таким образом, это было поддержано ONR и CITMAV на этом пути, но где хотелось начать применять эту рациональность для разработки составных систем или создания базовых приложений. Большое спасибо.

Slide 75

Большое спасибо за это, Патрик.Финальной презентацией будет Эллисон о проектировании устройств хранения тепловой энергии с использованием фреймворка Ragone. Большое спасибо, Нельсон. Меня зовут Элисон Махви. Я постдок в Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, и я собираюсь больше говорить о проектировании системного уровня и некоторых тренировках, проведенных с Джейсоном Вудсом.

Slide 76

Во-первых, чтобы связать это с множеством других презентаций, чтобы уйти от того, что описывал доктор Шамбургер, эти материалы обладают некоторыми свойствами, которые вам действительно нужны, так что обычно для фазы Измените материал, вы хотите что-то с высокой мощностью, высокой скрытой теплотой, а также способностью легко переносить тепло внутрь и наружу, что обеспечивает высокую теплопроводность.Он проделал большую работу по разработке показателей качества для этого и, в частности, для материалов с фазовым переходом, которые являются предметом нашего выступления. Это привело к большой работе по разработке материала с фазовым переходом теплопроводности, и, как правило, существует некоторый компромисс между скрытой теплотой и теплопроводностью, поэтому вы должны быть осторожны при рассмотрении свойств материала.

Slide 77

И если мои коллеги из NREL изучали свойства материала, рассматривая органический PCM и гидраты солей, пытаясь превратить материалы с высокой теплопроводностью в стабильные материалы, которые можно использовать в различных приложениях.По-прежнему остается много открытых вопросов о том, как вы можете интегрировать это в ограждающие конструкции зданий, если вы будете эффективно нагревать это тепловым оборудованием.

Slide 78

Мы начали рассматривать NREL специально для интегрированных холодильных камер HVAC, поэтому взяли эти композитные материалы с фазовым переходом, которые обладают высокой теплопроводностью, и интегрировали их в цепь заряда и разряда. Если контур заряда является вашим типичным циклом сжатия пара, вы затем можете хранить этот холод или охлаждение внутри этого устройства для хранения тепла, а затем, когда вам нужно его использовать, вы можете разрядить его в свое рабочее пространство, но это становится более сложной проблемой пытаясь спроектировать эти устройства, через них протекают жидкости, как вы можете сделать это эффективно и какие свойства материалов вам нужны для эффективного использования.

Slide 79

Итак, мы пытаемся найти ответ на этот вопрос, пытаясь найти вдохновение в других областях. Электрохимическое накопление, как упоминалось ранее, имеет много общего с накоплением тепла с фазовым переходом и электрохимическим накоплением. В прошлом предпринимались большие усилия, рассматривая различные химические процессы, а также конструкцию анода и катода, конструкцию этих систем, чтобы сделать их настолько эффективными, насколько возможно или данное приложение.Теперь мы пытаемся использовать некоторые из этих прошлых работ, чтобы применить их к устройствам хранения данных с фазовым переходом, пытаясь максимально оптимизировать их.

Slide 80

Причина, по которой мы можем взглянуть на электрохимическое хранение, связана с сходством между тем, как работают эти две системы. Итак, слева вы можете увидеть выход батареи, которая представляет собой напряжение сверхурочной работы, есть некоторые важные части этой кривой батареи. Таким образом, в идеале ваша система будет иметь напряжение холостого хода или батарею в течение всего времени, пока вы разряжаетесь, а затем, когда ваша батарея полностью разряжена, ваше напряжение упадет до нуля.Обычно в реальной батарее, если вы увеличиваете мощность, у вас будет немного I в реальной батарее, если вы увеличите мощность, у вас будут некоторые потери IR в вашей системе, вы будете все дальше и дальше от этого идеального выхода. это позволяет вам быстрее разряжать аккумулятор, но также поможет вам быстрее отключить напряжение. Таким образом, напряжение отсечки в батарее — это своего рода минимум, при котором может работать любое дизайнерское приложение. Таким образом, в этот момент вам нужно выключить свою систему или устройство, и любая энергия, оставшаяся в вашей батарее, не используется.Если вы посмотрите на выходную мощность накопителя фазового перехода вашей системы, которая будет самой низкой выходной температурой, и устройство, которое я снова показал ранее, у вас будет этот идеальный выходной сигнал, поэтому в идеале жидкость будет выходить из этого устройства при температуре перехода, однако по мере увеличения мощность, которую вы будете иметь в своей системе, в данном случае это потери QR в тепловой системе, и вы снова достигнете этой температуры отсечки. Таким образом, температура отсечки в этом случае для примера холодного хранения — это когда вам больше не нужно продолжать разряжать систему, температура слишком высока, вы не можете эффективно охладить свой чип или свою комнату.

Slide 81

Это пример тех двух графиков, которые я должен пересылать или называть кривыми пропускной способности, они просто показывают выход вашей системы в зависимости от времени или состояния заряда. Итак, это пример того, что у меня есть настоящая литий-ионная батарея. Как вы можете видеть, это работает с разной мощностью, поэтому по мере увеличения мощности вы получаете все дальше и дальше от этого напряжения холостого хода. Мощность батареи часто определяется показателем C, показанным на этих рисунках.Коэффициент C — это комбинация емкости и тока, потребляемого батареей, и количества энергии, которое она от нее забирает. Таким образом, коэффициент C, равный 1, определяется как часовой разряд, когда вы запускаете эту батарею и разряжаете ее. На то, чтобы полностью вывести из него всю энергию, требуется час. Коэффициент C равный 2 — получасовая разрядка. Таким образом, по мере увеличения скорости C вы увеличиваете ток, потребляемый батареей, и количество энергии. Мы можем взять эти кривые пропускной способности и построить графики Рагона.Эти графики сообщают вам, какова конкретная энергия и удельная мощность, или что конкретный химический состав и геометрия добавляют различные значения напряжения отсечки. Как и вы, как правило, увеличивая мощность или показатель C, вы не можете получить столько энергии из своей батареи, потому что вы быстрее достигаете напряжения отключения, и поэтому в батарее остается больше энергии. Так что обычно вы переходите на более высокую мощность, вы теряете часть емкости аккумулятора.

Slide 82

Итак, мы хотели иметь возможность применить эту структуру Ragone для устройств или аккумуляторов тепловой энергии, чтобы попытаться понять, как лучше проектировать эти вещи.То, как мы это сделали, было создание моделей теплообменников, так что это был теплообменник для аккумулирования тепловой энергии с жидкостью, охлаждающей тепловую нагрузку, и материалом с фазовым переходом, аккумулирующим тепло или холод. Таким образом, мы дискретизировали пространство, дав нам много информации о том, что происходит внутри батареи, тепловой батареи. Где расположены фазовые фронты, каковы локальные температуры внутри материала с фазовым переходом.

Slide 83

Мы проверили это моделирование в экспериментах.Вы можете видеть этот тестовый участок, в котором мы пропускаем жидкость через канал Майкла в центре, который зажат между этими двумя композитными плитами с фазовым переходом, и если вы посмотрите на температуры жидкости на выходе для выхода устройства хранения тепловой энергии, мы найдем наш эксперименты и наша модель довольно близко совпадают.

Slide 84

Итак, здесь показан процесс разгрузки. Внутри этих батарей в верхнем левом углу находится фаза PCM. Итак, это касается как жидкой границы раздела между каналом, который находится внизу, так и материала с фазовым переходом, который находится вверху.Так что, когда он выходит, вы можете видеть, что этот слой жидкости накапливается между жидкостью на дне и чем-то, что имеет относительно постоянную температуру, эту температуру перехода. В центре показаны профили температуры в системе и температуры. Итак, вы можете видеть, что фазовый фронт и то, как это тепловое сопротивление создается внутри системы, имеют большое значение для того, как изменяется ваша жидкость при какой температуре. Итак, здесь справа это кривая производительности, так что вы переходите из состояния заряда 100%, то есть, когда холодно, когда все это находится в твердом состоянии, и переходите в состояние нулевого заряда, когда оно полностью заряжено. Температура жидкости на выходе из расплавленной жидкости повысится из-за этого все большего сопротивления.

Slide 85

Таким образом, вы можете использовать эту информацию, эти кривые производительности или эту схему, чтобы создать график Рагона для этих типов систем. Таким образом, вы сначала запускаете свою систему на разных уровнях мощности так же, как и от батареи. Таким образом, здесь вы можете видеть, как увеличивая мощность или увеличивая коэффициент C, вы все дальше и дальше отдаляетесь от этой идеальной температуры базового изменения, и вы также быстрее пересекаете температуру отсечки.Итак, следующий шаг — посмотреть, когда вы пересечете эту граничную температуру, она сообщит вам информацию о том, как долго ваша система проработала с постоянной мощностью, и даст вам представление о том, сколько энергии я смог разрядить. вашей системы, а также был оставлен в ней. Таким образом, вы можете рассчитать удельную мощность вашего устройства, зная скорость теплопередачи, которую вы в него вкладываете / массу или объем и удельную энергию, которая связана с количеством времени, в течение которого система была включена.

Slide 86

Затем вы можете взять эту информацию и нанести ее на бляшку журнала регрессии. Итак, здесь вы можете увидеть удельную энергию по оси x и удельную мощность по оси y. Как правило, при малой мощности вы можете получить всю емкость вашей системы, полностью разрядив ее, когда вы снова увеличите мощность таким же образом, как вы найдете на электрохимическом графике. У вас, как правило, падает производительность. Этот тип информации может дать нам представление о том, какие типы свойств материала нам нужны в нашей системе, а также дает нам некоторую информацию о том, как мы хотим спроектировать, какую геометрию нам нужно.

Slide 87

Одна вещь, которая была достаточно тщательно изучена, — это теплопроводность. Итак, как нам увеличить теплопроводность материала с фазовым переходом, чтобы увеличить вашу мощность? Здесь слева вы можете увидеть зависимость температуры жидкости на выходе из состояния заряда. Итак, это кривая производительности при коэффициенте C, равном 1, так что это разряд в течение одного часа или все это с разными значениями теплопроводности. Таким образом, как правило, по мере увеличения теплопроводности вы все ближе и ближе подходите к этому идеальному выходу, вы медленнее достигаете температуры отсечки и получаете лучшую производительность.Это потому, что вы уменьшаете тепловое сопротивление в вашей системе. Это относится к участку Ragone справа. Итак, как правило, поскольку у вас более высокая теплопроводность, вы переместитесь в верхнюю правую часть этого графика, чтобы у него была более высокая удельная энергия на данную удельную мощность, но это также многое говорит вам о компромиссах. Так что доходность уменьшается. Здесь, если мы посмотрим на коэффициент C, равный 1, здесь вы действительно хотите, чтобы для этой конкретной геометрии превышение теплопроводности около 10 действительно помогло вам.Так что, если вы жертвуете свойствами материала и смотрите на стоимость различных материалов, переход к материалам с очень высокой теплопроводностью не очень поможет вам, если вы уже достигли своего пика. Если вы посмотрите на здание или пример, в котором иногда вы пытаетесь сместить и сформировать нагрузку, вы, возможно, пытаетесь запустить на более низкой мощности что-то вроде четырехчасовой разрядки. Превышение коэффициента теплопроводности около 2 действительно помогает вам снова, поэтому вам нужно действительно понимать свое применение и какие требования к мощности необходимы для изготовления вашего материала.

Slide 88

Тогда второй вопрос, с которым вы можете столкнуться в подобных вопросах проектирования, — какая геометрия вам нужна? Итак, когда образец — это то, сколько материала вы должны положить между каждым, чтобы ваше устройство работало хорошо. Таким образом, вы можете поместить свой PCM или другой материал источника тепловой энергии, вы можете снизить общий вес, объем и стоимость. Обычно это компромисс, на который вы заинтересованы. Итак, здесь вы можете увидеть, как увеличивается количество пробирок.Опять же, вы идете в верхний правый угол этого графика, вы получаете более высокую удельную энергию или заданную мощность. При коэффициенте C, равном 1, вы можете видеть, что вам действительно нужно умеренное количество ламп, чтобы получить относительно хорошую производительность или получить большую часть емкости от батареи, которая вам нужна. Когда вы начнете переходить на более высокие скорости C при более высоких мощностях, возможно, для чего-то вроде охлаждения электроники вам нужно будет собрать вещи намного ближе, и это увеличит ваши затраты.

Итак, это было для материала с высокой теплопроводностью, что-то, что имеет теплопроводность около 1, даже если вы смотрите на здания или что-то еще и имеет относительно низкую мощность, вам понадобится много трубок для того, чтобы чтобы получить от него полную мощность.Так что, безусловно, существует компромисс между такими вещами, как геометрия проводимости вашей системы, которая связана со стоимостью и мощностью. Так что это должно быть что-то, что должно быть тщательно сбалансировано друг с другом на этапе проектирования.

Slide 89

В этой презентации делается попытка использовать исследования аккумуляторов для разработки графиков Ragone для систем накопления тепловой энергии, чтобы дать нам больше информации о конструкции компонентов, целевых материалах для данного приложения, а также об эффективности накопления и работе системы. устройств.

Slide 90

Я хотел бы поблагодарить BTO за то, что они собрали это воедино и дали нам возможность поговорить на работе, это работа, проделанная мной, Джейсоном и командой людей из NREL, и мы будем рады ответить вопросы в предстоящей панельной дискуссии.

Slide 91

Большое спасибо, Эллисон. Итак, мы сейчас находимся в открытой части нашего мероприятия, посвященной вопросам и ответам. Вы слышали от нескольких докладчиков о различных материалах и подходах к оценке новых подходов к хранению тепловой энергии, поэтому не стесняйтесь использовать поле вопросов и ответов, чтобы задать любые вопросы, которые могут у вас возникнуть к докладчикам.

Q: С учетом всех этих технологий, какова целевая цена за киловатт-час, которая делает ее пригодной для производства?

A: Я могу нанести первый удар. Когда мы смотрим на эти технологии хранения тепловой энергии, то это не совсем вакуум. Мы также должны сравнить их рентабельность с другими формами хранения энергии, поэтому в первую очередь на ум приходят батареи. Таким образом, в зависимости от конкурирующих технологий и преобразования энергии, которое требуется для перехода от электрического к тепловому, это, по сути, то, что BTO использует для разработки наших целевых показателей затрат.

Вопрос: Это для Патрика Хопкинса: дает ли возможность переключения кольцевых зубцов кальмаров какую-либо пользу для кальмаров?

A: Я ценю этот вопрос и все заданные вопросы, касающиеся Squid. Насколько я понимаю, способность переключения теплопроводности является следствием механических свойств и свойств самовосстановления кольцевых зубов кальмаров. Так что вроде как из точки молекулярного песка и эонов эволюции кальмаров, они создали способность для этих регенеративных ногтей.Таким образом, это реакция, которая происходит в воде, приводит к замечательным механическим свойствам, и, как следствие, теплопроводность и энергия, вероятно, говорят, что мы измеряем, исходя из атомистических механических свойств. Поэтому я думаю, что вопрос заключается в том, чтобы сказать, помогает ли переключающая теплопроводность кальмара охлаждать его коготь ИЛИ кольцевые зубы кальмара, нет, я не думаю, что теплопроводность является частью эволюции кальмара, но механические свойства и Самовосстанавливающиеся свойства, которые возникли в результате эволюции кольцевых зубов кальмаров, а теплопроводность — всего лишь побочный продукт механической природы.Конечно, вы знаете, что термические свойства и материалы тесно связаны с их механическими свойствами, так что это своего рода совокупность.

В: Следующий вопрос также был связан с белком, но я думаю, что он может быть распространен и на других членов комиссии: не могли бы вы поговорить о масштабируемости и производстве подходов к накоплению тепловой энергии? В случае с Патриком белки для гидратов солей Кайла и Навина, некоторые из термохимических подходов Сумана и некоторые из композитов также работают.

A: У меня есть аналогичный вопрос, на который я пытался ответить в чате ранее, но на самом деле то, что мы пытаемся здесь рассмотреть, это то, что мы прогнозируем, что в масштабе мы сможем производить сборы менее 15 долларов за киловатт-час, мы будем способен производить 250 000 л в объемном масштабе ферментации. В настоящее время часть программы действительно выполняет технико-экономический анализ того, как мы можем масштабироваться до этого.

Это Кайл. Вкратце о солевых гидратах, с точки зрения материалов и процессов, на которых мы сосредотачиваемся, мы очень осведомлены о том, какой может быть цена на гребешок, и мы стараемся избегать методов обработки, которые было бы трудно масштабировать.Так, как Navin показал один из наших композитов, мы планируем от 5 до 6 долларов за киловатт-час. Теперь, это были бы некоторые затраты на переработку в дополнение к тому, что только для необходимого вам сырья, но я думаю, что суть в том, что масштабируемость очень хорошая или методики гидрата соли.

Это Суман. Я думаю, что для материалов TCM мы делаем упор на недорогие материалы. Мы учитываем стоимость как сырья, так и масштабируемости, поэтому он будет аналогичен материалу с фазовым переходом, использующему гидрат соли.Таким образом, стоимость не является проблемой, пока мы можем масштабировать свойства материала до уровня реактора и уровня системы.

Я коротко скажу о композитном дизайне. Я думаю, что отчасти это связано с тем, что стоимость интеграции некоторых вещей, таких как медали и графит, для получения тепла в композитном материале и из него, может составлять значительную часть общей стоимости. Итак, одна из вещей, которую вы хотите знать, — это то, сколько мне действительно нужно для конкретного приложения. Как говорила Эллисон, многое из этого зависит от того, как реализовать это в системе, поэтому, если вы думаете просто о создании большей площади поверхности, вы можете таким образом увеличить скорость потока, но есть компромиссы с разными морфологиями по сравнению с помещая туда такие предметы, как проводящие элементы.Опять же, в рассмотренных случаях мы собираемся поместить это во что-то, отдаленно напоминающее теплообменник, поэтому мы пытаемся сделать стоимость сопоставимой и сопоставимой с этими компонентами.

Это снова Кайл, еще один комментарий по поводу масштабирования. Это действительно важно, если посмотреть в литературе, есть много информации о людях, имеющих дело с миллиграммами, особенно о людях с солевыми гидратами. В этом отношении также важно масштабирование. Если вы протестируете что-то с помощью DSC в калориметре, где вы используете несколько миллиграммов материала, вы можете получить очень, очень разные свойства, чем когда вы увеличиваете его даже на граммовой шкале, как мы измеряли бы любое устройство истории температуры, поэтому масштабируемость также применима. в этом смысле, и мы это хорошо понимаем.Я думаю, что в целом каждый в области хранения тепловой энергии и материала с фазовым переходом должен быть действительно осведомлен и критически взглянуть на то, как что-то было измерено, не только на то, какое число было сообщено, но и в каком масштабе оно было измерено, потому что миллиграмм совершенно другая история, чем грамм или килограмм.

В: Следующий вопрос, скорее комментарий: Накопление тепловой энергии основано на стоимости энергии или в долларах за киловатт-час и не учитывает ценностное предложение по улучшению тепловых свойств, таких как теплопроводность.Было бы полезно добавить еще одну целевую стоимость вокруг удельной мощности, например, долларов за киловатт. Думаю, мне просто интересно, есть ли у какого-нибудь дворца комментарии боксеров, как проектирование этих композитных систем с улучшенной удельной мощностью, если вы понимаете, как это влияет на стоимость этих систем?

A: Я ожидаю, что Патрик даст более подробный ответ на этот вопрос, но я просто хочу кратко упомянуть, что мы работаем над анализом того, сколько материала вам нужно использовать в теплообменнике в зависимости от теплопроводности и вопрос очень уместный и корректно поставленный.И я надеюсь, что когда-нибудь в ближайшем будущем смогу дать еще несколько количественных ответов на этот вопрос.

Конечно, я могу войти быстро, и я хотел бы услышать, что Эллисон говорит о своей стороне. В конечном итоге, когда вы думаете о стоимости за ставку, она во многом зависит от физической реализации, от того, как вы пытаетесь поглощать тепло из воздушного потока или жидкости. И это полностью контролирует то, как вы распределяете материал относительно этого теплоносителя. Поэтому мой ответ, вероятно, не будет удовлетворительным, потому что это зависит, в конечном итоге, когда дело доходит до стоимости, главное, что вы хотите учитывать, — это то, что вы делаете с этим.Если вы пытаетесь отключить мощность от случая пиковой нагрузки. Так что, возможно, одна часть дня переходит в другую. Затем, в конечном итоге, ваша система должна хранить достаточное количество энергии и делать это с адекватной скоростью разряда, поэтому обе эти вещи диктуют, что я должен быть распределен, и, в конечном итоге, ваша экономика основана на экономии затрат за счет смещения этой электрической нагрузки. Поэтому я думаю, что мы бы сказали, что для любого конкретного приложения вам действительно нужно начинать с точки зрения того, что мне нужно делать, как я пытаюсь вытеснить это тепло, а затем оценивать такие вещи, как стоимость.Например, я помещаю это в какой-то теплообменник, и я знаю, что у меня есть определенная скорость разряда, которую мне нужно сделать, тогда мы можем как бы изменить метрику производительности на стоимость на общую энергию, запасаемую системой, тогда как мы диктовали не только по используемому материалу, но и по тому, сколько графита или металла или чего-то еще, что я добавляю в систему, чтобы эффективно вводить или выводить тепло. И снова я знаю, что это не очень приятно, но, возможно, Эллисон сможет добавить.

Да, я согласен со всем, что говорит Патрик.Я думаю, что в целом вам действительно нужно взглянуть на свое приложение и на то, что вам нужно, чтобы иметь возможность извлечь из системы, поэтому то, что мы сейчас ищем, предназначено для создания приложений. Если вы запустите это в здании и посмотрите на разные профили нагрузки здания, а затем также посмотрите на структуру ставок в разных местах, сколько денег или какова ваша экономика при перемещении или переносе груза в два разных времени дня. Это даст вам много информации о том, какие затраты вам нужны для всей системы, которые будут отражаться на стоимости материалов.Таким образом, глядя на профили нагрузки здания, он расскажет вам, какие показатели вам нужно достичь, какие показатели C вам нужны для вашей системы хранения тепла, а затем, сколько вы можете получить от этого с экономической точки зрения для оператора здания. Так что я думаю, что это сложный вопрос, и его нужно рассмотреть очень подробно для конкретного приложения. Насколько это важно для систем отопления, вентиляции и кондиционирования или горячего водоснабжения и строительства, в зависимости от вашего местоположения в стране, а также от разницы в величине между пиковыми и непиковыми нагрузками.

В: Есть ли у Министерства энергетики какие-либо планы по внедрению демонстрационных и пилотных проектов PCMS?

A: Я не могу говорить о каких-либо конкретных планах, но могу еще раз упомянуть RFI для дорожной карты Energy Storage Grand Challenge. Частично эта грандиозная задача направлена на решение проблем увеличения масштабов, и если у вас есть мысли или о том, что может потребоваться для лучшей коммерциализации этих технологий хранения энергии, я определенно рекомендую вам отправить ответ на этот запрос о предоставлении информации, чтобы всегда быть актуальным. планы и дальнейшие действия.

В: Другой вопрос, который у нас есть: можем ли мы иметь систему с комбинацией модуля PCM, характеристик быстрой разрядки сэндвича, таких как обогрев помещения из холодного состояния, и после завершения упаковки, можем ли мы получить модуль с управляемой разрядкой?

A: Я могу немного попрыгать там. Это уже сделано в области электрохимических батарей, имеющих системы высокой мощности и системы высокой энергии, которые, как правило, спроектированы по-разному. Типа соединения этих двух вещей, чтобы вы могли получить быструю разрядку, но вы также можете выполнять более длительную более низкую разрядку.Я думаю, что если это что-то, что очень важно для создания пространств или может быть очень важно, если вы попробуете пару этих двух вещей вместе. Это могут быть две разные системы, которые живут рядом друг с другом или пытаются объединить их в одну, что было бы немного сложнее, но я думаю, что вы можете получить вдохновение для этого типа электрохимических батарей, и я согласен с тем, что Я думаю, что это пространство, которое можно исследовать и дальше.

Q: Другой вопрос, который у нас есть, заключается в том, какова роль PCM для сезонного накопления энергии, особенно для отопления и охлаждения помещений.Будет ли это дешевле по сравнению с хранением энергии в скважине?

A: Я вижу вопрос, связанный с термохимическим хранением энергии в зданиях, поэтому я займусь этим, чтобы другие могли вмешаться. Так что это очень хороший вопрос. Опять же, термохимические материалы вам пришлют здания. В принципе, да, если у вас есть температура зарядки, подходящая для зданий, нам нужно что-то, что может заряжаться при температуре менее 100 градусов C, где мы можем использовать солнечное тепло для зарядки, а затем нам нужна температура разрядки, которая подходит для создания приложений.Можно использовать для отопления помещений, можем ли мы сливать при температуре 35 ° C, можем ли мы сливать его для горячей воды. Поэтому я думаю, что в принципе да, ответ в том, что мы можем использовать для этого термохимические материалы, всегда возникает вопрос, как мы можем найти новые материалы для вашей конюшни, можем ли мы обладать психическими способностями, которые мы можем лучше использовать, потому что если вы посмотрите на Исследования, проводимые в этой области, в основном ограничены или ограничены количеством циклов, потому что мы рассматриваем TCMS для сезонного хранения. Например, они хотят заряжать летом и разряжать зимой.Итак, вам нужно 10-20 циклов. Если вы можете заставить материал и систему работать в течение 20 циклов, этого достаточно. И здесь, если вы посмотрите на цели BTO, мы говорим о 20 годах. Я хочу повторять это каждый день, поэтому я думаю, что это будет проблемой для материалов TCM, а другие — для PCM.

Да, я должен очень быстро прокомментировать. Нельсон, не могли бы вы просто напомнить мне вопрос о сезонном хранении? Да, по сути. Таким образом, экономическая составляющая проблемы сезонного хранения довольно сложна, и опять же, это точно так же, как говорилось в предыдущем пике.Вы хотите подумать о том, какова окупаемость блока хранения, и если вы используете его для зарядки и разрядки каждый день или даже каждый день в течение полугода в жаркую часть лета, тогда эта общая энергия, которую вы храните складывается довольно быстро, и вы, надеюсь, окупитесь через несколько лет или меньше. если вы заряжаете и разряжаете только один раз в год, то в основном стоимость общего накопления энергии должна быть сопоставима со стоимостью одного британского теплового эквивалента для вас этого общего количества энергии, и это очень сложная цифра.Думаю, это будет основным ограничением для сезонного хранения.

Я бы добавил к этому, мы работаем над этой матрицей, что имеет смысл для накопления тепловой энергии. Так что я хотел бы повторить то, что Патрик говорит о том, что использование является важным фактором. Если вы можете использовать только один раз в год, то хранение тепла не имеет смысла. Но если вы можете использовать, если вы увеличите коэффициент использования, стоимость хранилища резко снизится. Очень важно, чтобы мы могли работать в цикле и сделать его более дневным, и мы можем использовать его как можно чаще, чтобы снизить стоимость хранения.

Q: Кто-нибудь исследовал использование biochar в качестве матрицы, учитывая его естественную открытую структуру?

A: Я могу очень быстро ответить на это, я не уверен в этом конкретном случае. Конечное использование во многом будет зависеть от того, как сделать его проводящим. Для чего-то вроде biochar это, вероятно, будет иметь пористый остаточный углерод. Я не знаю ответа на этот вопрос, но если это достаточно пористый углерод, то я не вижу предела, чтобы его можно было использовать. Если это скорее аморфный углерод, и его теплопроводность, вероятно, не так высока, как хотелось бы, но если он достаточно дешев, тогда материал PCI может быть полезен.Свойства теплопередачи этого конкретного вещества.

Я согласен, и я думаю, что одна проблема, когда мы говорим об аморфном углероде или даже об углероде или какой-либо смеси, заключается в том, что у вас теплопроводность составляет два порядка величины в зависимости от структуры, которая представляет собой конкретную проблему, которую необходимо решить. В ORNL мы использовали сжатый расширенный графит, а также углерод, полученный из лигнина, и оба они многообещающие с точки зрения теплопроводности, поскольку доктор Хопкинс отметил, что это действительно зависит от вашей плотности, вы можете набрать, сколько теплопроводности вы хотите, выбрав насколько плотна углеродная матрица и, очевидно, идет плотность, тем меньше у вас остается объема материала для PCM, так что здесь есть компромисс.Одна из проблем со связкой и храповым материалом заключается в том, что они действительно имеют внутреннюю структуру, поэтому вам придется в основном пропитать существующую унаследованную структуру материалом с фазовым переходом, и такая инфильтрация может стать проблемой.

Еще один быстрый комментарий к проблеме с самым низким содержанием углерода, особенно к расширенному графиту, одной из причин, по которой он может работать очень хорошо, поскольку вы можете выровнять эти граффити-листы определенным образом и таким образом вы можете иметь очень анизотропные термические свойства вы можете отодвинуть тепло от поверхности, близкой к теплоносителю, и это не всегда верно для всех пористых углеродных материалов.

В: Еще один вопрос по термохимическому хранению: что является ограничивающим фактором для времени переработки?

A: Ограничивающий фактор, так как упоминает все проблемы со свойствами материала. Вам нужно, чтобы ваш материал был активным; пока материал активен и реакция протекает обратимо, ограничивающего фактора нет. Он может пойти, он может разрушить заряд и заряд. проблема в том, что особенно с абсорбцией, когда реакция со всей структурой изменяется во время реакции гидратации и дегидратации, вам необходимо иметь эту структуру для стабильного объемного расширения.Вам необходимо, чтобы материалы оставались стабильными во время реакций. Вы не хотите, чтобы он поляризовался или распался. Вы же не хотите слышать, как структура идет от кристаллической, которая на самом деле может включать в себя все эти молекулы воды. Если он переходит из этой кристаллической структуры в аморфную, вы теряете свою энергию, не воспринимайте это как активный материал. У вас должна быть очень хорошая синергия между теплом и массопереносом. PCM вы заботитесь о теплопередаче, но вы не знаете паровую фазу от материала. В этом случае у вас высокий перенос тепла, когда у вас есть частица, но у вас более низкий перенос массы, что произойдет, так это вместо реакции твердого газа вы просто расплавите свой материал.Теперь у вас будет фазовый переход, но не будет термохимического материала. все эти проблемы приводят к меньшей цикличности материала. Чтобы максимизировать скорость на уровне системы, вам необходимо оптимизировать ее для 20 циклов, даже на уровне материала она начинает разлагаться. Я вижу еще один вопрос по ТКМ.

Q: Я вижу вопрос, который говорит, что определяет теоретическую плотность термохимического материала?

A: Это зависит от типа материала. если у вас есть гидрат соли, общая энтальпия Delta H определяется водоемкостью.Итак, предположим, что она гидратируется, давайте определим эту воду гидратированной по N, так что ваша общая теоретическая плотность будет в N раз дельта H. Если у вас есть гидроксид, то […]. в значительной степени определяется [….], поэтому зависит от того, на какой класс материала вы смотрите, который определяет теоретическую плотность энергии этого материала.

В: Что касается настраиваемых материалов, таких как зубы кальмара, на которые смотрел Патрик, для изменения их проводимости требуется вода. Как эта вода будет применяться для срабатывания переключателя в реальном приложении?

A: Если вы видели бумагу, вы увидите, что демонстрация переключателя на лабораторных весах выполняется вручную.это было ручное пипетирование или может быть водяной насос в лабораторных масштабах, но приложение, которое мы думаем для этого, будет включать в себя какой-то воздухоочиститель с теплообменником, где у нас будет камера увлажнителя, которая выдувает влажный воздух или насыщая СТО ПКМ в устройстве. Я упомяну, что в рамках этой программы преимуществ у нас есть возможность изучить именно этот дизайн, потому что это во многом будет связано с эффективностью.

Q: Помимо открытия материалов для материалов TCM, существуют ли какие-либо аналогичные исследования по поиску других материалов с новым фазовым переходом, таких как твердое тело

A: Ответ — да, безусловно, да.Я хотел бы отметить усилия BTO по изучению основных и новых материалов. В настоящее время LBNL и NREL работают над новыми твердотельными PCMS, а не только над переходом твердой фазы в твердую, которые имеют высокое изменение энтальпии, но мы также ищем возможность динамической настройки. Это возвращает нас к вопросу, в котором люди говорили о сезонности: от перехода от сезонности мы хотим иметь PCM, который не только твердофазный, но и твердофазный, с высокой плотностью энергии, но и имеет настраиваемую температуру перехода, что летом у нас есть один переход. температура, а зимой у нас есть другой, так что один ПКМ может решать в течение года.Я надеюсь, что отвечу на этот вопрос о твердотельных PCMS.

Могу я перейти и к этому, просто потому, что мы также работаем над этой темой в рамках программы BTO. На самой первой презентации был слайд, показывающий некоторые ограничения. Ограниченные составы гидратов соли, которые были известны в определенных температурных диапазонах, представляющих интерес. Мы активно занимаемся разработкой эвтектических систем, в частности, нитратной и хлоридной эвтектики, нацеленной на некоторые из этих отсутствующих регионов.Теоретические предсказания эвтектических солевых гидратов ограничены, и есть здоровое материальное пространство для исследования.

Slide 92

Я хочу поблагодарить всех участников дискуссии за сегодняшнее выступление. Это было очень познавательно, и у нас состоялась очень плодотворная дискуссия. Итак, это последний веб-семинар в нашей последовательности по накоплению тепловой энергии, в наших веб-семинарах по накоплению тепловой энергии. Я хочу поблагодарить вас всех за участие, и я хочу призвать вас оставаться в курсе и продолжать искать будущие возможности для участия в BTO, поскольку мы пытаемся дальше исследовать и расширять границы возможностей хранения тепловой энергии для искусственной среды Спасибо всем за то, что присоединились, и в будущем слайды будут размещены на веб-сайте BTO.

Общие вопросы об электрическом аккумуляторе тепла (ETS) Отопление

В: Я никогда раньше не слышал об электрическом аккумуляторе. Это что-то новенькое?

Ответ: Электрический накопительный нагрев (ETS) используется в США с начала 70-х годов, а в Европе — с 1940-х годов. Эта технология зарекомендовала себя в самых холодных климатических условиях Северной Америки и обеспечивает высокий уровень комфорта. В сочетании с льготным тарифом на отопление в непиковые периоды, например, недавно принятой Madison Electric Works, его более низкие эксплуатационные расходы делают его привлекательным и экономичным вариантом для отопления помещений и нагрева воды.

Q: Как это работает?

Ответ: Блок ETS использует недорогую, измеряемую отдельно внепиковую электроэнергию для нагрева специально изготовленных керамических кирпичей внутри блока. Тепло, хранящееся в агрегате, обеспечивает круглосуточное отопление помещений с помощью термостата для домов и предприятий. Многие коммунальные предприятия, в том числе Madison Electric Works, приняли внепиковые тарифы на электроэнергию, которые обеспечивают значительную экономию по сравнению со стандартным тарифом на электроэнергию «все часы». Доступное сегодня оборудование ETS включает в себя дополнительные блоки отопления помещений, печи с принудительной циркуляцией воздуха для всего дома, тепловой насос. бустеры, водяные печи и водонагреватели.

В: Как можно применить технологию ETS в моем доме или на работе?

Ответ: Есть несколько вариантов ETS для дома и бизнеса. Отдельные комнатные блоки могут использоваться отдельно или в сочетании с другими системами, такими как электрический плинтус и т. Д. Комнатные блоки могут заменить дровяные печи или керосиновые обогреватели, которые в настоящее время дополняют существующие системы, такие как плинтусы с принудительной подачей горячей воды. Большие агрегаты ETS с централизованной системой воздуховодов могут заменить существующие масляные печи для всего дома и могут использоваться в сочетании с тепловым насосом для повышения эффективности и снижения эксплуатационных расходов.Гидравлические системы с питанием от ETS могут обеспечивать теплый пол, подключаться к плинтусу с горячей водой или радиаторам и даже обеспечивать канальное принудительное воздушное отопление. Наконец, водонагреватели для бытового потребления могут быть интегрированы с системами ETS, что позволит вам сэкономить деньги на нагревании воды. Поскольку для обогрева помещений и нагрева воды в доме обычно потребляется больше всего энергии, можно добиться значительной экономии, используя оборудование ETS в сочетании с внепиковыми тарифами на электроэнергию, которые в настоящее время предоставляет Madison Electric Works.

Q: У меня 1000 кв.футов домой. Оборудование какого размера мне нужно?

Ответ: Есть несколько факторов, влияющих на определение правильного размера (ов) оборудования для вашего приложения. Для определения подходящей модели (моделей) необходимо выполнить расчет теплопотерь. Размер территории, детали конструкции (значения изоляции), количество и размер окон и дверей, а также количество часов в непиковое время, доступное для вашего коммунального предприятия, — все это факторы, участвующие в принятии этого решения. Использование комнатного обогревателя Steffes в качестве дополнения к существующей системе упрощает эту задачу.Ваш авторизованный дилер оборудования Steffes ETS может помочь вам выбрать модель, подходящую для вашего дома или бизнеса.

Q: Где я могу приобрести оборудование ETS?

Ответ: Компания Campbell’s Building Supply в Мэдисоне предлагает широкий выбор единиц Steffes ETS на выбор. Campbell’s или Madison Electric Works могут предоставить вам имена электриков, обученных установке систем Steffes.

Q: Сколько стоит эксплуатация оборудования ETS?

Ответ: Madison Electric Works установила непиковую ставку, которая составляет чуть менее 0 долларов.07 / кВтч. Это соответствует цене нефти примерно 2,20 доллара за галлон. И помните, что отопление ETS на 100% эффективнее.

В: Как долго будет действовать 7-процентная ставка?

Ответ: Как минимум до 31 декабря 2013 г., то есть в течение следующих двух с половиной лет. Между тем, Madison Electric Works будет работать над созданием пониженной мощности нагрева, которая выходит за рамки этого.

Q: Как долго оборудование ETS будет удерживать тепло?

Ответ: При правильном размере оборудование может обеспечивать желаемый уровень комфорта 24 часа в сутки. Кирпичный сердечник обогревателя, который используется для хранения тепла, хорошо изолирован, поэтому рассеивание статического тепла сводится к минимуму.Нагревательное оборудование может отводить тепло даже во время зарядки или накопления тепла в непиковые часы.

В: Что произойдет, если устройство заряжено, а тепло мне не нужно? Это тепло потрачено впустую?

Ответ: Комнатные обогреватели ETS хорошо изолированы, поэтому большая часть тепла остается в кирпичной полости до тех пор, пока она не понадобится. Датчик наружной температуры сообщает цифровым средствам управления агрегата, сколько заряда нужно заряжать каждую ночь, поэтому в так называемые «месячные» агрегаты заряжаются меньше, чем в самое холодное время зимы.Работа полностью автоматическая.

В: Как отвести тепло от обогревателя?

Ответ: Как и в любой другой системе отопления, комнатный термостат, управляемый заказчиком, настраивается на желаемый уровень комфорта. Вызов тепла от термостата запускает устройство для отвода тепла в зону либо с помощью вентилятора для циркуляции воздуха, либо с помощью насосов для циркуляции воды, в зависимости от типа используемой системы.

В: Что произойдет, если у меня закончится тепло?

Ответ: Важно правильно подобрать размеры обогревателей ETS, чтобы у вас было достаточно места для хранения, которое отвечало бы требованиям отопления в данной местности, особенно если вы установили систему для всего дома.Однако, если вы используете комнатный обогреватель ETS в качестве дополнительного источника тепла, а существующую систему в качестве резервного, такой ситуации не должно возникнуть.

Q: Каков ожидаемый срок службы нагревателя?

Ответ: Оборудование Steffes ETS рассчитано на долгие годы безотказной работы. Ожидаемый срок службы зависит от правильных размеров, установки и окружающей среды, в которой они работают. Системы обогрева Steffes доказали свою надежность, и на все обогреватели распространяется пятилетняя ограниченная гарантия производителя на детали.Здесь, в штате Мэн, многие обогреватели, установленные компаниями CMP и Bangor Hydro в 1980-х годах, все еще работают нормально и согревают домовладельцев.

В: Могу ли я установить обогреватель самостоятельно?

Ответ: Нет. Нагреватели ETS — это нагревательные приборы с прямым подключением на 240 В, для которых требуется второй счетчик, который предоставит Madison Electric Works. Лицензированные электрики должны выполнить установку, чтобы обеспечить соблюдение всех местных, государственных и федеральных правил электротехники и безопасности.Madison Electric Works может предоставить вам имена местных электриков, прошедших обучение установке и обслуживанию систем отопления Steffes.

Q: Мне нужен обогреватель другого цвета, чем тот, который предлагается. Можно ли покрасить обогреватель?

Ответ: Нагреватели окрашены специально разработанной высококачественной уретановой порошковой краской, которая накапливается для обеспечения высокой стойкости к царапинам и пятнам и легкости очистки поверхности. Выбранные нейтральные цвета сочетаются практически с любым фоновым декором.Хотя обогреватели можно и уже перекрашивали в полевых условиях, покраска заводской краской не обеспечит такой же долговечности и рабочих характеристик.

В: Какой вид обслуживания требуется?

Ответ: Как и большинство систем электрического отопления, системы ETS требуют минимального обслуживания, если оно вообще требуется. Рекомендуется регулярно чистить обогреватель и следить за тем, чтобы мусор не попал за оборудование. В отличие от существующих масляных печей, системы ETS НЕ требуют ежегодного обслуживания или настройки.

В: Можно ли врезать комнатный блок в стену?

Ответ: Да; однако необходимо соблюдать указанные минимальные зазоры, указанные в руководстве по эксплуатации нагревателя. Несоблюдение указанных зазоров может вызвать проблемы в эксплуатации, риск возгорания, травмы или смерти.

В: Хранит ли ETS «ХОЛОД» в летнее время?

Ответ: Нет. Нагреватель ETS — это строго накопитель тепла. Для холодного хранения требуется другой носитель, который в настоящее время не разработан для использования в обычном доме.

В: Могу ли я установить оборудование в гараже или мастерской?

Ответ: Поскольку эта среда склонна к большему количеству пыли и взвешенных в воздухе частиц и может иметь запах лака, краски или другие запахи, рекомендуется соблюдать осторожность. В таких средах чаще возникают проблемы с усилением запаха и образованием сажи. По этой причине Steffes не рекомендует нагрев ETS в таких областях применения.

В: Могу ли я запустить свою систему отопления ETS на генераторе?

Ответ: Да, но размер генератора должен соответствовать количеству подключенной к нему нагрузки.Обычно рекомендуется запитывать цепь нагнетателя / регулятора / насоса только от генератора, поскольку цепи зарядки (элементы) представляют собой большие нагрузки и требуют генератора значительных размеров для удовлетворения своих требований. Тем не менее, запитывая схемы нагнетателя / управления / насоса от генератора, тепло, накопленное в кирпичах, все еще можно использовать для удовлетворения потребностей в обогреве во время отключения электроэнергии.

Q: Могут ли блоки ETS использоваться с возобновляемыми источниками энергии?

Ответ: Да.Поскольку обогреватели Steffes являются накопителями, они могут служить в качестве батареи для использования возобновляемой энергии, вырабатываемой из таких источников, как ветер или солнце. Системы отопления Steffes помогают в полной мере использовать эти переменные генерирующие ресурсы, обеспечивая экологическую выгоду, а также снижая нашу зависимость от импорта нефти из-за рубежа.

Свойства накопления тепловой энергии и теплопроводности композитных ПКМ октадеканол-MWCNT как перспективных органических теплонакопителей

Характеристика химической структуры

FTIR-спектры синтезированных MWCNT-COOH, MWCNT-COCl и OD- g -MWCNT ( 1: 1) представлены на рис.3. В спектре MWCNT-COOH широкий пик между 3250 и 3650 см ^-1 подтверждает присутствие гидроксильных (-ОН) групп, присутствующих в MWCNT ²². Пик поглощения при 1690 см ^-1 представляет собой растяжение связи C = O группы -COOH, поскольку симметричные и асимметричные валентные колебания COOH появляются при 1471 и 1359 см ^-1, соответственно ²⁴. Кроме того, пики, появляющиеся при 958 и 829 см. ^-1 отнесены к колебаниям групп -ОН ²⁵.В спектре MWCNT-COCl пик поглощения при 1776 см ^-1 связан с валентным колебанием C = O хлорангидрида. Пики поглощения при 1328 и 639 см ^-1 подтвердили присутствие C – O и C – Cl растяжения MWCNT, функционализированных хлорангидридом. Пик при 1736 см ^-1 приписывается растяжению C = O, которое происходит от OD- г -MWCNT. С другой стороны, в спектре предварительного композита OD- g -MWCNT, интенсивность пика поглощения -OH между 3250 и 3650 см ^-1 значительно уменьшилась после прививки.Однако небольшой пик, наблюдаемый в этом диапазоне, связан с колебанием –OH групп OD, которые не были привиты с MWCNT-COCl. Более того, пики, обнаруженные при 2924 и 2836 см ^-1, отождествляются с колебанием растяжения групп -CH ₂ и -CH ₃, которые исходят от OD. Все это подтверждает, что OD была успешно привита на MWCNT ²².

Рисунок 3

FTIR-спектры ( a ) MWCNT-COOH, ( b ) MWCNT-COCl и ( c ) OD- g -MWCNT (1: 1).

FTIR-спектры чистого OD, OD / OD- г -MWCNT (1: 1) -5 мас.%, OD / OD- г -MWCNT (2: 1) -5 мас.%, OD / OD- g Композиты -MWCNT (4: 1) -5 мас.% и OD / MWCNT-5 мас.% представлены на рис. 4. Из спектров видно, что в спектре CPCM нет дополнительного пика после смешивания OD с привитые или не привитые MWCNT. Небольшие сдвиги в волновых числах некоторых пиков поглощения наблюдались для CPCM по сравнению с таковым для чистого OD, что может быть связано с физическими взаимодействиями или может быть идентифицировано как капиллярные силы и силы поверхностного натяжения среди них ^11,22,23.

Рис. 4

Спектральные результаты FTIR чистого OD и приготовленных CPCM.

С другой стороны, чтобы исследовать влияние привитых или непривитых MWCNT на кристаллическую структуру OD, был проведен анализ XRD. На Фигуре 5 показаны результаты XRD-анализа, полученные для OD / OD- г -MWCNT (1: 1) -5 мас.%, OD / OD- г -MWCNT (2: 1) -5 мас.%, OD / OD- . g Композиты -MWCNT (4: 1) -5% масс. и OD / MWCNT-5% масс. Все типичные дифракционные пики OD видны около 6 °, 20 °, 21.5 °, 22 ° и 24,5 °, дублет около 24,5 ° может быть связан с MWCNT ¹⁵. Поскольку количество нанотрубок довольно мало, трудно получить отдельный различимый пик из них ^11,17,22.

Рис. 5

Результаты XRD подготовленных CPCM.

Морфология поверхности и стабильность дисперсии

Морфология поверхности и распределение MWCNT в CPCM были исследованы с помощью анализа SEM. Полученные РЭМ-изображения представлены на рис.6 (а). Как видно из изображений композитов OD / OD- g -MWCNT, фазовая интенсивность привитых MWCNT на поверхности OD уменьшалась с уменьшением степени прививки. Нанотрубки были равномерно диспергированы по всей поверхности OD, агломерации не наблюдалось. Однородность MWCNT в привитом или смешанном состоянии создает сеть теплопередачи, которая может обеспечить эффективные пути теплопроводности через CPCM ^21,22.

Рисунок 6

СЭМ-фотографии ( a ) OD / OD-g-MWCNT (1: 1) -5 мас.%, ( b ) OD / OD-g-MWCNT (2: 1) -5 мас.% , ( c ) OD / OD-g-MWCNT (4: 1) -5 мас.% ( d ) OD / MWCNT-5 мас.% ( e ) Фотография изображения OD / OD- г -MWCNT- 5 мас.% И OD / MWCNT-5 мас.% Суспензий после 1 ч выдержки при 65 ° C.

На рисунке 6 (b) показаны изображения стабильности дисперсии композитных образцов OD / OD- г, -MWCNT-5wt% и OD / MWCNT-5wt% при 65 ° C после периода ожидания в течение 1 часа. Как ясно видно, некоторые части MWCNT в образце OD / MWCNT-5 мас.% Начали осаждаться, в то время как образец OD / OD- г -MWCNT-5 мас.% Сохранял свою стабильную суспензию. Эти результаты показывают, что привитые MWCNT создают более стабильную суспензию с расплавленным OD по сравнению с чистыми MWCNT. Вероятно, это результат относительно более сильного коллоидного притяжения между OD- g -MWCNT и OD.Аналогичное наблюдение было зарегистрировано для модифицированной кислотой суспензии композита углеродные нанотрубки / эритритол ²⁶.

TES свойства синтезированных прекомпозитов и CPCM

Результаты ДСК синтезированных образцов прекомпозитов OD- g -MWCNT представлены на рис. 7. Было обнаружено, что температуры фазового перехода OD- г -MWCNT (1: 1), OD- г -MWCNT (2: 1) и OD- г -MWCNT (4: 1) несколько уменьшились на 1,1, 1,0 и 0.9 ° C для изменения фазы плавления и 2,4, 0,6 и 1,3 ° C для изменения фазы замерзания по сравнению с чистым OD. Эти нерегулярные сдвиги могут быть результатом его преобразования в новые химические структуры. Обе теплоемкости, измеренные для плавления и замораживания всех привитых образцов, довольно низки из-за очень небольшого количества OD, присутствующего в привитых образцах. Однако обе теплоемкости увеличивались с увеличением OD в привитых образцах.

Рис. 7

Термограммы ДСК продуктов OD- g -MWCNT, синтезированных как пре-CPCM.

Таблица 1 TES-свойства чистого OD, синтезированных пре-композитов и CPCM.

Термограммы ДСК полученных композитов OD / OD- г -MWCNT представлены на рис. 8, а данные TES, полученные из этих термограмм, приведены в таблице 1. Все CPCM плавятся и затвердевают в диапазоне температур 54,6 ° С 55,3 ° С и 55,4-55,8 ° С соответственно. При сравнении этих результатов с результатами для чистого OD было обнаружено, что изменение температуры плавления OD / OD- г -MWCNT (1: 1) -5 мас.%, OD / OD- г -MWCNT (2 : 1) -5 мас.%, OD / OD- г -MWCNT (4: 1) -5 мас.% И OD / MWCNT-5 мас.% Композитов находились в диапазоне (-0.2) — (-0,9) ° С, а изменение температуры замерзания у них находилось в пределах 0,7–1,1 ° С. Кроме того, теплоемкость CPCM увеличивалась параллельно с теплоемкостью соответствующего предварительного композита, добавленного к OD. Фактически, образец CPCM с OD- г -MWCNT (4: 1) показал самую высокую теплоемкость 267,7 ± 2,7 и 263,03 ± 2,6 Дж / г, соответственно, для периодов плавления и замерзания, которые были очень близки к что чистого OD.

Рисунок 8

Термограммы ДСК OD / OD- г -MWCNT и OD / MWCNT CPCM.

Кроме того, при сравнении с результатами, полученными для композита OD / MWCNT, его энтальпии аккумулирования тепла оказались ниже, чем у трех других образцов CPCM. Как видно из табличных данных в таблице 2, CPCM, содержащие привитые и не привитые MWCNT, полученные в этой работе, показали относительно более высокую теплоемкость, чем у аналогичных PCM, о которых сообщалось ранее, ^{15,16,19,20,22}. Стало ясно, что прививка помогла добиться лучшего распределения MWCNT, а дополнительный OD, присутствующий в привитых MWCNT, также внес свой вклад в общую способность аккумулирования тепла PCM.

Таблица 2 Сравнение свойств ТЭС приготовленных CPCM со свойствами композитов различных типов в литературе.

Влияние термоциклирования на свойства TES подготовленных CPCM

Надежность циклического TES PCM можно рассматривать как срок его службы TES после его длительного использования ^16,24,26. В связи с этим испытание последовательного термического цикла было адаптировано для всех подготовленных композитных ПКМ, а термограммы ДСК, полученные после 500 циклов, показаны на рис.9. При сравнении данных в Таблице 1 и Таблице 3, изменение температуры плавления OD / OD- г -MWCNT (1: 1) -5 мас.%, OD / OD- г -MWCNT (2: 1 ) -5 мас.%, OD / OD- г -MWCNT (4: 1) -5 мас.% И OD / MWCNT-5 мас.% Композитов были определены как -0,7, 0,1, 0,8 и -0,4 ° C и вариации в их замораживании. температура была установлена на уровне −0,2, −0,1, −0,3 и −0,4 ° C соответственно. Кроме того, емкость аккумулирования тепла была уменьшена на 8,6, 8,0, 7,3 и 7,8 Дж / г для плавления CPCM, в то время как емкость аккумулирования тепла была уменьшена на 7.1, 6,7, 8,4 и 6,1 Дж / г для замораживания соответствующего композита. Эти незначительные изменения подтверждают хорошую стабильность полученных композитных ПКМ при циклировании ТЭС.

Рис. 9

Термограммы ДСК OD / OD- г -MWCNT и OD / MWCNT CPCM до и после 500 циклов.

Таблица 3 TES-свойства приготовленных CPCM после 500 термических циклов.

Влияние термоциклирования на химическую структуру приготовленных CPCM

Зависимость химической стабильности ПКМ от длительного использования является одним из важнейших ограничений, который стоит учитывать на этапе выбора.Соответственно, анализ FTIR и XRD четырех типов композитных PCM был повторен после 500 циклов. Результаты для циклических и нециклических композитных ПКМ сравнивались на рис. 10 и 11. Как видно из спектров FTIR, профиль и волновые числа поглощения пиков основных полос почти не изменились после цикла. В XRD наблюдали аналогичный ответ без каких-либо новых пиков. Значения 2 θ ° характеристических пиков были почти такими же после периода циклирования.Оба результата подтверждают, что все композитные ПКМ обладают уникальной химической стабильностью при циклическом воздействии.

Рис. 10

Результаты FTIR OD / OD- г СРСМ с -MWCNT и OD / MWCNT до и после 500 циклов.

Рис. 11

Результаты XRD OD / OD- г СРСМ с -MWCNT и OD / MWCNT до и после 500 циклов.

Температурная деструкция приготовленных композитных ПКМ

Термическая стойкость чистого OD и изготовленных композитных ПКМ была исследована с помощью анализа ТГА.Как видно на рис. 12, чистый OD продемонстрировал одностадийное термическое разложение между 190 ° C и 295 ° C. В аналогичной форме композитный ПКМ OD / MWCNT-5 мас.% Термически разложился только на одной стадии, соответствующей диапазону температур 198-306 ° C, что немного выше, чем у чистого OD. MWCNT с привитым OD, т.е. OD / OD- г -MWCNT (1: 1) -5% масс., OD / OD- г -MWCNT (2: 1) -5% масс., OD / OD- г -MWCNT ( 4: 1) -5 мас.% Композитных образцов ПКМ также показали термическое разложение с одноступенчатой градацией.Разложение началось при 243 ± 1,3 ° C, 235 ± 1,6 ° C и 228 ± 1,4 ° C и завершилось при 353 ± 1,7 ° C, 337 ± 1,5 ° C и 318 ° C ± 1,6 для соответствующих композитных ПКМ. Сдвиг начальной и конечной температуры разложения наблюдался для всех привитых образцов. В OD / OD- г -MWCNT (1: 1) -5% масс., OD / OD- г -MWCNT (2: 1) -5% масс., OD / OD- г -MWCNT (4: 1) -5 мас.% Композитных образцов ПКМ, температура разложения переместилась к более высоким значениям с более низкими отношениями OD в привитых образцах.Это показало, что рабочая температура и температура термического разложения чистого OD были увеличены за счет добавления привитых MWCNT. Аналогичные результаты наблюдались и для различных типов композитных ПКМ ^27,28.

Рис. 12

Кривые ТГА чистого OD, OD / OD- г -MWCNT и OD / MWCNT CPCM.

ТК готовых прекомпозитов и композитных ПКМ

ТК является одним из важных параметров, учитываемых при выборе ПКМ.PCM с более высоким TC сокращают период зарядки / разрядки тепла во время работы системы TES. OD — это органический спирт с низким TC, который следует повысить перед использованием. Одним из распространенных подходов является добавление некоторых наночастиц с более высоким TC, таких как графит, CNT, графен и т. Д., Для увеличения свойства TC ^29,30,31. Для этого исследования OD был привит на MWCNT и использовался в качестве проводящего наполнителя. Чистый OD имеет значение TC 0,16 ± 0,01 Вт / м К. Все другие образцы показали более высокое значение TC, чем у чистого OD.Образцы OD- г -MWCNT (1: 1), OD- г -MWCNT (2: 1) и OD- г -MWCNT (4: 1) показали ОС 0,82 ± 0,04, 0,77 ± 0,05 и 0,69 ± 0,03 Вт / м · К соответственно. Величина TC составила 0,57 ± 0,05, 0,76 ± 0,03, 0,61 ± 0,02 и 0,58 ± 0,04 Вт / м · К соответственно для OD / MWCNT-5wt%, OD / OD- г -MWCNT (1: 1) — 5 мас.%, OD / OD- г, -MWCNT (2: 1) -5 мас.% И OD / OD- г образцов -MWCNT (4: 1) -5 мас.%. Улучшение значения TC в привитых образцах по сравнению с чистым OD обусловлено присутствием MWCNTS, как и ожидалось, значения TC медленно уменьшались с увеличением количества OD.Более низкое значение TC образца OD / MWCNT-5 мас.% В основном связано с негомогенным распределением MWCNTS и агломерацией, что подтверждено на СЭМ-изображении и (фиг. 6). Значения TC OD / OD- г, -MWCNT (1: 1) -5% масс., OD / OD- г, -MWCNT (2: 1) -5% масс. И OD / OD- г — Образцы MWCNT (4: 1) -5 мас.% Были выше, чем образцы OD / MWCNT-5 мас.%, В основном из-за лучшей дисперсии MWCNT в структуре композита. Опять же, аналогичная тенденция к снижению значений TC наблюдалась, в основном, из-за увеличения количества OD в привитой структуре, но это помогло сохранить способность аккумулировать тепло композитов, очень близкую к таковой для чистого OD.

В таблице 4 результаты TC полученного OD / OD- г -MWCNT (4: 1) -5 мас.% Композитного ПКМ сравниваются с результатами CPCM с привитым и непривитым спиртом. Как видно из табличных данных, CPCM, приготовленный в этой работе, имел гораздо лучшие тепловые свойства, чем другие аналогичные зарегистрированные PCM ^13,14,15. Особенно если сравнивать с отчетами Ванга и др. . ¹⁵, где авторы работали с OD и смешивали с оксидом графена для улучшения его термических свойств.По сравнению с чистым OD уменьшение энтальпии плавления с образцом композита с наилучшими характеристиками составило 2,76 Дж / г ¹⁵. Однако в этом исследовании было обнаружено, что снижение энтальпии плавления составило 1,6 Дж / г, что подтверждает значительное улучшение способности аккумулировать тепло. В случае TC улучшение было намного больше. Таким образом, прививка OD на MWCNT оказалась лучшим вариантом для улучшения его распределения в композитной структуре. В то же время это способствовало лучшему сохранению теплоемкости.

Таблица 4 Сравнение значений TC для CPCM с привитым и не привитым жирным спиртом.

Теплоаккумулятор своими руками | Форумы Hearth.com Home

American Solartechnics продаст вам либо весь резервуар, либо лайнер и катушки, если вы хотите сделать самодельный резервуар без давления. Сложность с резервуарами без давления заключается в том, что единственный поддерживающий их вкладыш — это специализированный продукт из ПВХ. EPDM не предназначен для длительной эксплуатации под водой при повышенных температурах.

Расчет зависит от тепловой мощности вашего котла и потребности в тепле.Один очень важный вопрос — что у вас есть на радиаторы ?. Если у вас есть стандартные радиаторы с ребрами, они, скорее всего, были рассчитаны на масляную печь, которая работает от 150 до 180 F. Теплопередача резко падает, если вы становитесь холоднее. Полезная теплоемкость накопительных баков — это разница между тем, насколько горячо вы можете его нагреть (около 180 для без давления и, возможно, 210 очень оптимистично для сжатого) и самой низкой температурой, которую ваши радиаторы будут обогревать дом, которая, вероятно, составляет 140 в очень холодных условиях.С другой стороны, если у вас есть лучистое тепло в полах или стенах, они могут использовать тепло примерно до 85 градусов по Фаренгейту. 180–85 намного лучше, чем 180–140.

Количество сохраненного тепла — это количество галлонов, умноженное на 8 фунтов / галлон, умноженное на разницу температур. Далее Сколько дней вы хотите между розжигами котла? Я думаю, что большинство людей выбирают такой размер аквариума, чтобы стрелять раз в день в самую холодную погоду. Затем вам нужно знать, сколько тепла вам нужно для обогрева дома. Правильный подход — это расчет теплопотерь, но некоторые люди поправляют его, отслеживая использование нефти или газа в течение нескольких дней.Итак, если я предполагаю, что котел рассчитан на мощность 85000 британских тепловых единиц в час, а дому требуется 200000 британских тепловых единиц в течение 24 часов, это означает, что вам нужно разжечь котел на 2,3 часа и сохранить 200000 британских тепловых единиц. Теперь разделите на дельту T на основе вашего излучения, которое может быть 40 градусов для хранения без давления, и вы получите минимальное хранилище 5000 фунтов воды или 625 галлонов. Обратите внимание, что это очень короткий метод, поскольку резервуары расслаиваются так, что самая высокая температура наверху определенно не является температурой внизу, поэтому общая дельта T ниже.Это компенсируется тем, что я использую 24 часа хранения, а на самом деле вам нужно всего около 21, поскольку в течение трех из этих часов вы используете дровяной котел. У меня небольшой плотный дом, наклонный плавник и 550 галлонов хранилища, и я обычно толкаю его в очень холодную погоду, чтобы выдержать 24 часа. Очень немногие люди когда-либо жалуются, что у них слишком много места для хранения, но даже с квадратной конструкцией American Solartechnics, которая занимает намного меньше места, чем баллоны с пропаном, в подвале все еще много места. Обратите внимание, что если вы поместите действительно большое хранилище и прогоните его на пару дней, чтобы перезарядить, вам понадобится либо котел высокой мощности, либо 7 или 8 часов, чтобы его зарядить.

Для горячей воды я жду, пока мой накопитель не нагреется до температуры, а затем использую тепло, оставшееся в бойлере, для нагрева изолированного резервуара для горячей воды «производитель горячей воды» со змеевиком в нем. Я нагреваю его до максимально возможной температуры, близкой к 180 F, а затем использую высококачественный термостатирующий клапан, питаемый с холодной стороны от моей солнечной системы горячего водоснабжения, которая зимой действует как подогреватель. Храня горячую воду и используя для ее подогрева теплую воду от солнечных батарей, я могу прожить 24 часа, прежде чем мне понадобится ее подзарядить, и мне не придется беспокоиться о том, что легионеры попадут в мою горячую питьевую воду.Я бегал так в течение 10 лет и, наконец, подключил резервную электрическую катушку к своему резервуару для горячей воды на солнечной батарее в качестве резерва в межсезонье, когда я не использую дровяной котел так часто, но моя горячая вода на солнечной энергии недостаточно горячая

Между прочим штат Нью-Йорк заплатил, вероятно, первому специалисту в области водяного отопления за организацию курса по нагреву на биомассе. https://www.heatspring.com/courses/hydronics-for-high-efficiency-biomass-boilers-sponsored-by-nyserda. Если поискать, я думаю, что есть также слайд-шоу, сделанное тем же учителем Джоном Зигенталером.Он активный сторонник разработки общей системы вместо того, чтобы гадать, что делают многие люди. Я не проходил этот конкретный курс, но прошел более длинный, более подробный курс по гидронике от того же человека.

Пеллеты, солнечная энергия и генератор двигателя Стирлинга

Самостоятельное производство электроэнергии и тепла из пеллет и солнечной энергии в течение всего года

Сделайте ваше стремление к независимости реальностью

myEnergy365 от ÖkoFEN — это ответ на вопрос о том, как производить электричество и тепло самостоятельно и экологически в вашем собственном доме.

Целостный подход, который разумно сочетает в себе новейшие технологии, открывает уникальную возможность впервые использовать полностью экологическое тепло и электроэнергию, генерируемую самостоятельно из пеллет и солнца в частном доме . Концепция имеет модульную структуру. Нововведение предлагается в виде полной системы , хотя она также может быть реализована шаг за шагом . Существующая фотоэлектрическая система может быть интегрирована, а двигатель Стирлинга для выработки электроэнергии может быть модернизирован позднее.

Это позволяет потребителям постепенно становиться более независимыми в соответствии с их требованиями и бюджетом.

Интеллектуальное регулирование

Работа двигателя Стирлинга зависит от погоды и производства фотоэлектрической системы. Если доступно много солнца, система отопления питается от буферного накопителя, а фотоэлектрическая система заряжает аккумулятор.

Кроме того, фотоэлектрическая система хранит вашу ненужную выработку электроэнергии в накопителе энергии.В безветренные дни двигатель Стирлинга работает и снабжает здание теплом и электричеством.

Пеллематический конденсат_e

Основным компонентом myEnergy365 является Pellematic Condens_e, котел на пеллетах, который также вырабатывает электричество. Кроме того, система обогрева дополняется двигателем Стирлинга . В отличие от бензиновых и дизельных двигателей, в которых сгорание является внутренним, тепло к двигателю Стирлинга подводится извне.

Двигатель, наполненный гелием, расположен над зоной горения гранул.Энергия вырабатывается двумя различными температурными зонами, которые нагревают и охлаждают рабочий газ. Расширение газа создает волну давления, которая перемещает поршень и генерирует электричество.

Двигатель Стирлинга работает за счет тепла котла на пеллетах , при этом потребность в пеллетах возрастает очень незначительно. Это позволяет производить рентабельной электроэнергии . Короткое время отклика делает электрическую мощность доступной очень быстро. Еще одним преимуществом является то, что двигатель не требует обслуживания.

Подробнее о Pellematic Condens_e

Пояснительное видео

Хотите узнать, как работает энергетический пеллетный котел? Как приводится в действие двигатель Стирлинга? Тогда посмотрите наше пояснительное видео.

Подробнее о Pellematic Condens_e

ЭЛЕКТРОГЕНЕРИРУЮЩИЙ ПЕЛЛЕТНЫЙ НАГРЕВ

Наша миссия — реализация системы отопления на древесных гранулах, производящей электроэнергию.
Итак, что же такого особенного в этой концепции? Ответ заключается в том, что OkoFEN развивает серию проектов «ÖkoFEN_e», CO2-нейтральные технологии с использованием древесных гранул в качестве источника энергии, которые могут обеспечивать здание как теплом, так и электричеством!
Наиболее распространенный и устоявшийся тип комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ) известен как когенерация, это система, которая широко изучалась при разработке OkoFEN_e.

Принцип нагрева, генерирующего электричество

Общая цель отопления, генерирующего электроэнергию, состоит в том, чтобы производить более эффективную и экологически чистую электроэнергию, чем при использовании ранее использовавшихся технологий.Производство тепла и электроэнергии производится непосредственно потребителям в их собственном доме.

Сравнение традиционных раздельных систем для обеспечения теплом и электричеством с генерирующим электричество отоплением показывает, что ввод первичной энергии снижается при одновременном производстве тепла и электричества на месте.
Производство электроэнергии на крупных электростанциях и транспортировка электроэнергии по воздушным кабелям больше не нужны.

Большие потери в электростанциях

Электростанция и котельная (на графике слева) нуждаются в большем количестве потребляемой энергии (135 кВтч) для производства того же количества тепла (67,5 кВтч) и мощности (22,5 кВтч), что и электричество, генерирующее тепло. (ТЭЦ) справа.Кроме того, электростанция с почти 63% потерь является огромным потребителем энергии, в котором тепло, которое вырабатывается при производстве электроэнергии (= отбракованное тепло), не требуется и намеренно теряется в системах охлаждения. Только 37% внешней первичной энергии фактически преобразуется в электричество.
Для сравнения, котел (в нашем примере масляный котел) имеет более высокий КПД. Традиционная система электростанции и котельной для производства электроэнергии и тепла имеет общие потери 34%, в то время как система отопления, генерирующая электричество (ТЭЦ), использует все тепло системы, что приводит к очень небольшим потерям, составляющим всего 10 %.

Высокая общая эффективность за счет производства электроэнергии на месте

С другой стороны, отопление, генерирующее электричество (на графике слева), использует все тепло системы, достигая очень низких потерь всего около 10%. Из использованных 100 кВтч 90 кВтч поступает в дом.
Это сокращение потерь достигается за счет использования произведенного тепла для отопления и отказа от транспортировки электроэнергии.

В случае ÖkoFEN электричество получают из древесных гранул.Электрогенерирующий пеллетный котел со встроенным двигателем Стирлинга — под названиями проектов «Pellematic Smart_e» и «Pellematic e-max» — в настоящее время разрабатывается для различных диапазонов мощности и выводится на рынок.

МИКРОГЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Microgen Engine Corporation много лет работает над разработкой двигателя Стирлинга со свободным поршнем, пригодного для массового производства. С 1995 года предприятие инвестировало в разработку этой концепции 200 миллионов евро; усилия, которые окупились как технологическим, так и коммерческим успехом.В результате Microgen Engine Corporation стала единственным в мире успешным массовым производителем двигателей Стирлинга с 2010 года, когда они впервые стали коммерчески жизнеспособными.

Всемирно известные компании, такие как Vaillant и Viessmann, также полагаются на двигатель Microgen Stirling.

Двигатель Стирлинга Microgen вырабатывает переменный ток (50 Гц) и вырабатывает 1 кВт электроэнергии; идеально подходит для использования в домашних условиях.

Устройство накопления тепловой энергии может сделать бытовую солнечную энергию более доступной.

Хотя солнечные панели активны, пока светит солнце, они обычно мало что делают, когда солнце садится.Вот почему некоторые системы включают резервуары для воды. Вода нагревается в течение дня с помощью панелей, затем накопленная тепловая энергия (тепло) используется для обогрева дома ночью. Хотя танки эффективны, они также занимают много места, что затрудняет их размещение в домах людей. Однако недавно разработанное устройство сохраняет столько же тепла в половине пространства — используя парафин вместо воды.

Прототип был разработан исследователями из испанского Universidad del Pais Vasco и Euskal Herriko Uniberstitatea.Он содержит технический парафин, заключенный в тонкие алюминиевые пластины. Вода по-прежнему участвует, хотя она служит для переноса тепла, а не для его хранения.

Вот как работает система …

Вода нагревается солнечными тепловыми панелями на крыше, а затем течет в дом к накопителю тепловой энергии. Достигнув устройства, он циркулирует по каналам между пластинами. При этом тепло воды поглощается алюминием и переходит к парафину, который в то время находится в твердом состоянии.

Однако при достижении температуры около 60º C (140º F) парафин плавится, сохраняя тепловую энергию. Когда позже потребуется тепло, по каналам циркулирует холодная вода, понижая температуру парафина. Как только он упадет ниже 60º C и снова затвердеет, он высвободит накопленное тепло. Использование тонких пластин позволяет относительно быстро высвобождать тепловую энергию из парафина. Обычно таким материалам с фазовым переходом требуется много времени для высвобождения энергии, что ограничивает их полезность в устройствах хранения тепловой энергии.

Наряду с возможностью выполнять работу резервуара для воды в два раза большего объема, блоки хранения также могут быть построены в различных формах — не только в виде цилиндров, как в случае с резервуарами. Это означает, что их можно заправить в углы или даже встроить в подвесные потолки.

Исследователи продолжают развивать технологию и изучают возможность замены парафина другими материалами с фазовым переходом, способными накапливать еще больше энергии, такими как жирные кислоты. Они также создают полномасштабный прототип, который будет протестирован на практике в правительственном учреждении.

Источник: UPV / EHU

[Ed. Примечание: в этой статье изначально предполагалось, что накопленная тепловая энергия также будет использоваться для выработки электроэнергии, но с тех пор в нее были внесены поправки.]

Хотя солнечные панели активны, пока светит солнце, они обычно мало что делают, когда солнце идет вниз. Вот почему некоторые системы включают резервуары для воды. Вода нагревается в течение дня с помощью панелей, затем накопленная тепловая энергия (тепло) используется для обогрева дома ночью.Хотя танки эффективны, они также занимают много места, что затрудняет их размещение в домах людей. Однако недавно разработанное устройство сохраняет столько же тепла в половине пространства — используя парафин вместо воды.

Прототип был разработан исследователями из испанского Universidad del Pais Vasco и Euskal Herriko Uniberstitatea. Он содержит технический парафин, заключенный в тонкие алюминиевые пластины. Вода по-прежнему участвует, хотя она служит для переноса тепла, а не для его хранения.

Вот как работает система …