Introduksjon
Varmepumper er i rask vekst som et effektivt middel for å forhindre global oppvarming og fremme karbonnøytralitet som oppvarmingsutstyr som kan erstatte utstyr for forbrenning av fossilt brensel. Effektiviteten til varmepumper har blitt forbedret, men økningen i effektivitet har avtatt. Som et tiltak for å forbedre effektiviteten til varmepumper ytterligere, kan bruk av effektiv varmeoverføring og varmelagring, i tillegg til å forbedre effektiviteten til selve utstyret, gi effektiv kjøling, oppvarming, samt varmtvannsforsyning ved behov og med ønsket mengde varmtvann.
Fordeler med varmelagring
Varmelagring er lagring av termisk energi, og jord- og vannoverflater kan sies å være varmelagringsmaterialer med stor kapasitet fordi de lagrer sol- og atmosfærisk energi. Varmelagring har mange fordeler, som følger.
Kapasiteten til varmekildeutstyret kan reduseres, og det er mulig å utligne den tidsmessige ubalansen i varmeforbruket, takket være bruk av en stor mengde varme, som lagres med liten kapasitet, når etterspørselen er maksimal.
Strømforbruket kan utjevnes mellom natt og dagtid, takket være lagring av varme ved å bruke strøm om natten når strømforbruket er lavt, og bruk av varmen på dagtid for å redusere strømforbruket.
Effektiv drift kan oppnås takket være utnyttelse av temperaturforskjellen mellom dag og natt samt varmelagring. For eksempel, om sommeren, om natten når temperaturen er lavere enn på dagtid, lagres isvarme effektivt, og brukes deretter til kjøling på dagtid for å senke kondenseringstemperaturen for effektiv drift.
Komforten kan forbedres takket være installasjon av en varmeakkumulator i varmepumpens utedel. Varmen kan for eksempel brukes til å forhindre at romtemperaturen synker under oppvarming på grunn av avriming, og til å blåse ut varm luft raskt ved oppvarmingsstart.
Bruken av fornybar energi som solenergi, geotermisk energi og spillvarme fra fabrikker blir enklere, takket være bruken av varmelagring.
Varmelagringstyper
Det finnes ulike metoder for varmelagring.
Sensibil varmelagring er en metode som lagrer termisk energi ved å bruke temperaturendringer i væsker som vann og faste stoffer som murstein og betong, og er mye brukt. For eksempel brukes den sensible varmelagringsmetoden med vann til luft-til-vann (ATW) varmepumper for varmtvannsbereder og romoppvarming. Hvis vi tar betongbygninger som et eksempel på den sensible varmelagringsmetoden med betong, brukes deres tak, gulv, vegger osv. som varmelagringsmaterialer. Siden sensibel varmelagring har en relativt lav varmelagringstetthet, økes varmelagringsmengden ved å utvide temperaturforskjellen til varmelagringsmaterialet.
Faseendringsvarmelagring eller latent varmelagring er en metode for å lagre varme der den termiske energien som avgis eller absorberes når et stoff omdannes til et fast stoff eller en væske, og har en høyere varmelagringstetthet enn sensibel varmelagring. Et eksempel på bruk av faseendringsvarmelagring er termiske lagringsanlegg for klimaanlegg som bruker den latente varmen som genereres av faseendring av vann og is. Et annet eksempel er varmeutstyr som bruker parafin med en stor mengde latent varme som varmelagringsmateriale for å forbedre ytelsen. I tillegg brukes faseendringsvarmelagringsfunksjonelle polymerer, harpikser med varmelagringsegenskaper, som isolasjonsmaterialer for gulvvarme i hus.
Kjemisk varmelagring er en metode for å lagre og avlede varme generert av en kjemisk reaksjon som utløses når reaksjonsmediet og varmelagringsmaterialet kommer i kontakt med hverandre. Hvis reaksjonsmediet og varmelagringsmaterialet er atskilt, kan varmelagringstilstanden opprettholdes over lengre tid. Men siden reaksjonstemperaturen for varmegenerering er høyere enn 200 ℃, pågår forskning og utvikling (FoU), som utnyttelse av fabrikkspillvarme med høye temperaturer.
Systemer som bruker varmelagring
Systemer som bruker varmelagring finnes i ulike former og metoder, som ATW-varmepumper for varmtvannsbereder og romoppvarming, isvarmelagringssystemer og varmelagringssystemer for klimaanlegg i bygningskonstruksjoner. Utviklingen av varmelagringssystemer kombinert med bruk av solenergi, geotermisk energi, eksosgassenergi fra fabrikker osv. pågår også aktivt, og mange nye varmelagringssystemer har blitt rapportert.
Problemer med varmelagring
Varmelagring har mange fordeler, men det byr også på utfordringer. Den første er varmetap. Den andre er forskjellen i varmevekslingstemperaturen mellom lagringsperiodene og varmefjerningen, noe som er nødvendig, men fører til redusert effektivitet. Den tredje er behovet for utstyr, rom osv. for varmelagring, som lagringstanker og bassenger. Det er viktig å ta tak i disse utfordringene for å gjøre varmelagring enklere å bruke og mer effektiv.
For eksempel, for å redusere varmetapet som er nevnt som det første problemet, er det viktig å isolere varmelagringsbeholderen. Derfor har det blitt utviklet forskjellige varmeisolasjonsmaterialer som steinull, glassull, polyetylenskum, uretanskum og vakuumisolasjon. Disse varmeisolasjonsmaterialene må ha varmebestandighet, fuktbestandighet, holdbarhet osv., i tillegg til varmeisolerende ytelse. Blant disse sies vakuumisolasjonsmaterialet å være et ideelt isolasjonsmateriale, og det brukes til varmtvannstanker, varmelagringsbeholdere og hus ettersom det blir tynnere og kostnadene synker. Termisk isolasjon av hus og bygninger er også et viktig problem som er knyttet til varmebelastningen til klimaanlegg.
Konklusjon
Det moderne samfunnet forbruker store mengder energi, og den medfølgende store mengden spillvarme forårsaker global oppvarming. Som et mottiltak er det viktig å utvikle et system som utnytter spillvarmeenergien som genereres, samt forbedrer energieffektiviteten og reduserer energiforbruket. Varmepumper og varmelagring er teknologier som realiserer disse målene, og ytterligere forskning og utvikling er forventet.
Viktige utviklingstemaer er rask varmeoverføring under varmelagring i en beholder og avledning fra beholderen med mindre tap, og høyere varmetetthet ved varmelagring. Hvis et kompakt, storkapasitets og rimelig varmelagringssystem kan realiseres, vil bruksområdene utvides betraktelig. Hvis varmepumper som bruker slike forbedrede varmelagringssystemer realiseres, kan nye systemer bli laget, akkurat som elektriske kjøretøy og droner har blitt laget ved hjelp av høydensitetsbatterier.
Publisert: 28. juni 2023
