Wstęp
Pompy ciepła szybko rozwijają się jako skuteczny środek zapobiegania globalnemu ociepleniu i promowania neutralności węglowej jako urządzenia grzewcze, które mogą zastąpić urządzenia do spalania paliw kopalnych. Wydajność pomp ciepła została poprawiona, ale wzrost wydajności spowolnił. Jako środek do dalszej poprawy wydajności pomp ciepła, wykorzystanie wydajnego transferu ciepła i magazynowania ciepła, oprócz poprawy wydajności samego sprzętu, może zapewnić wydajne chłodzenie, ogrzewanie, wraz z dostarczaniem ciepłej wody w razie potrzeby i z pożądaną ilością ciepłej wody.
Zalety magazynowania ciepła
Magazynowanie ciepła to magazynowanie energii cieplnej, a powierzchnie gruntu i wody można nazwać materiałami magazynującymi ciepło o dużej pojemności, ponieważ przechowują energię słoneczną i atmosferyczną. Magazynowanie ciepła ma wiele zalet, jak następuje.
Można zmniejszyć wydajność urządzenia stanowiącego źródło ciepła i zniwelować czasową nierównowagę w zużyciu ciepła dzięki wykorzystaniu dużej ilości ciepła, które jest magazynowane w małej pojemności, w momencie maksymalnego zapotrzebowania.
Zużycie energii elektrycznej można wyrównać w nocy i w dzień dzięki magazynowaniu ciepła poprzez wykorzystanie energii elektrycznej w nocy, gdy zużycie prądu jest niskie, oraz wykorzystanie ciepła w ciągu dnia, aby zmniejszyć zużycie energii elektrycznej.
Efektywna praca może być realizowana dzięki wykorzystaniu różnicy temperatur między dniem i nocą, a także magazynowaniu ciepła. Na przykład latem, w nocy, gdy temperatura jest niższa niż w ciągu dnia, ciepło lodu jest efektywnie magazynowane, a następnie wykorzystywane do chłodzenia w ciągu dnia, aby obniżyć temperaturę kondensacji dla efektywnej pracy.
Komfort można poprawić dzięki zainstalowaniu akumulatora ciepła w jednostce zewnętrznej pompy ciepła. Na przykład ciepło można wykorzystać do zapobiegania spadkowi temperatury w pomieszczeniu podczas ogrzewania z powodu operacji odszraniania i do szybkiego wydmuchania ciepłego powietrza na początku operacji ogrzewania.
Wykorzystanie odnawialnych źródeł energii, np. energii słonecznej, geotermalnej i ciepła odpadowego z fabryk, staje się łatwiejsze dzięki stosowaniu magazynowania ciepła.
Rodzaje magazynowania ciepła
Istnieją różne metody magazynowania ciepła.
Magazynowanie ciepła jawnego to metoda, która magazynuje energię cieplną, wykorzystując zmiany temperatury w cieczach, takich jak woda, i ciałach stałych, takich jak cegły i beton, i jest szeroko stosowana. Na przykład metoda magazynowania ciepła jawnego z wodą jest stosowana w pompach ciepła powietrze-woda (ATW) do podgrzewania wody i ogrzewania pomieszczeń. Biorąc betonowe budynki jako przykład metody magazynowania ciepła jawnego z betonem, ich sufity, podłogi, ściany itp. są wykorzystywane jako materiały magazynujące ciepło. Ponieważ magazynowanie ciepła jawnego ma stosunkowo niską gęstość magazynowania ciepła, ilość magazynowanego ciepła jest zwiększana przez rozszerzenie różnicy temperatur materiału magazynującego ciepło.
Przechowywanie ciepła przemiany fazowej lub przechowywanie ciepła utajonego to metoda przechowywania ciepła z energią cieplną rozpraszaną lub absorbowaną, gdy substancja zmienia się w ciało stałe lub ciecz, i ma wyższą gęstość magazynowania ciepła niż magazynowanie ciepła jawnego. Przykładem zastosowania magazynowania ciepła przemiany fazowej są systemy klimatyzacyjne z magazynowaniem ciepła, które wykorzystują ciepło utajone generowane przez przemianę fazową wody i lodu. Innym przykładem jest sprzęt grzewczy, który wykorzystuje parafinę z dużą ilością ciepła utajonego jako materiał magazynujący ciepło w celu poprawy wydajności. Ponadto funkcjonalne polimery magazynujące ciepło przemiany fazowej, żywice o właściwościach magazynowania ciepła, są stosowane jako materiały izolacyjne do ogrzewania podłogowego w domach.
Chemiczne magazynowanie ciepła to metoda magazynowania i rozpraszania ciepła wytwarzanego przez reakcję chemiczną, która jest wyzwalana, gdy medium reakcji i materiał magazynujący ciepło wchodzą ze sobą w kontakt. Jeśli medium reakcji i materiał magazynujący ciepło zostaną rozdzielone, stan magazynowania ciepła może być utrzymywany przez długi okres czasu. Jednak ponieważ temperatura reakcji w celu wytworzenia ciepła jest wyższa niż 200℃, trwają prace badawczo-rozwojowe (R&D), takie jak wykorzystanie ciepła odpadowego z fabryki o wysokiej temperaturze.
Systemy wykorzystujące magazynowanie ciepła
Systemy wykorzystujące magazynowanie ciepła występują w różnych formach i metodach, takich jak pompy ciepła ATW do ogrzewania wody i ogrzewania pomieszczeń, systemy magazynowania ciepła w lodzie i systemy klimatyzacji magazynowania ciepła w konstrukcjach budynków. Aktywnie prowadzone są również prace nad rozwojem systemów wykorzystania magazynowania ciepła w połączeniu z wykorzystaniem energii słonecznej, energii geotermalnej, energii z gazów spalinowych z fabryk itp., a wiele nowych systemów magazynowania ciepła zostało zgłoszonych.
Problemy z magazynowaniem ciepła
Magazynowanie ciepła ma wiele zalet, ale wiąże się również z wyzwaniami. Pierwszym z nich jest utrata ciepła. Drugim jest różnica w temperaturze wymiany ciepła między okresami magazynowania i usuwania ciepła, co jest konieczne, ale prowadzi do spadku wydajności. Trzecim jest potrzeba sprzętu, przestrzeni itp. do magazynowania ciepła, takich jak zbiorniki magazynowe i baseny. Ważne jest, aby zająć się tymi wyzwaniami, aby magazynowanie ciepła było łatwiejsze w użyciu i bardziej efektywne.
Na przykład, aby zmniejszyć stratę ciepła wymienioną jako pierwszy problem, ważne jest, aby zaizolować pojemnik do magazynowania ciepła. Dlatego opracowano różne materiały termoizolacyjne, takie jak wełna mineralna, wełna szklana, pianka polietylenowa, pianka poliuretanowa i izolacja próżniowa. Te materiały termoizolacyjne muszą mieć odporność na ciepło, odporność na wilgoć, trwałość itp., oprócz właściwości termoizolacyjnych. Spośród nich materiał izolacyjny próżniowy jest uważany za idealny materiał izolacyjny i jest stosowany w zbiornikach na gorącą wodę, pojemnikach do magazynowania ciepła i domach, ponieważ jest cieńszy, a jego koszt maleje. Izolacja termiczna domów i budynków jest również ważną kwestią związaną z obciążeniem cieplnym klimatyzacji.
Wniosek
Współczesne społeczeństwo zużywa duże ilości energii, a towarzysząca temu duża ilość ciepła odpadowego powoduje globalne ocieplenie. Jako środek zaradczy, niezbędne jest opracowanie systemu, który wykorzystuje energię ciepła odpadowego, a także poprawia efektywność energetyczną i zmniejsza zużycie energii. Pompy ciepła i magazynowanie ciepła to technologie, które realizują te cele, a dalsze prace badawczo-rozwojowe są oczekiwane.
Ważnymi tematami rozwojowymi są szybkie przenoszenie ciepła podczas magazynowania ciepła w pojemniku i rozpraszanie z pojemnika z mniejszą stratą oraz wyższa gęstość ciepła magazynowanego ciepła. Jeśli uda się zrealizować kompaktowy, o dużej pojemności i niedrogi system magazynowania ciepła, jego zastosowania znacznie się rozszerzą. Jeśli zostaną zrealizowane pompy ciepła wykorzystujące takie ulepszone systemy magazynowania ciepła, mogą zostać stworzone nowe systemy, tak jak stworzono pojazdy elektryczne i drony wykorzystujące baterie o wysokiej gęstości.
Czas publikacji: 28-06-2023
