Fázisváltó anyagok az energetikában

Fázisváltó anyagok az energetikában Farkas Rita és Andrássy Zoltán 2014.09.25. Kárpát-medencei Magyar Energetikai Szakemberek XVIII. Szimpóziuma

2014.09.25.

Fázisváltó anyagok az energetikában

Tartalom 

Fázisváltó anyagok bemutatása



Felhasználás kapszulába ágyazva



Folyamatban lévő mérőállomás építés



Tömbös felhasználás lehetőségei



Összefoglalás

2/30

Farkas Rita és Andrássy Zoltán

2014.09.25.


Fázisváltó anyagok (PCM) bemutatása Olyan energiatároló anyagok, melyek a halmazállapot változás közbeni látens hőt is felhasználják, így nagyobb energiasűrűséggel raktározzák el a hőenergiát, melyet szükség esetén képesek felszabadítani. Pozitív

Negatív

Nagy energiasűrűségű tárolás Kis hőingás Sokféle olvadási hőmérséklet Könnyű tárolás Mobilitás Olcsó

3/30

Időben változó hőtani tulajdonságok Alacsony hővezetési tényező Sűrűségváltozás Sok ciklus utáni változás Fázis szegmentáció Folyadék aláhűlés Reagens, korrozív, gyúlékony


2014.09.25.


Fázisváltó anyagok (PCM) bemutatása Olyan energiatároló anyagok, melyek a halmazállapot változás közbeni látens hőt is felhasználják, így nagyobb energiasűrűséggel raktározzák el a hőenergiát, melyet szükség esetén képesek felszabadítani. Szerves (paraffin, zsírsav)

Szervetlen (só, sóhidrát)

Kémiailag stabil Magas olvadáshő Kompatibilis

Fajlagos hőtároló képessége magas Olcsó

Rossz hővezetés Tűzveszélyes

Nagy térfogatváltozás aláhűlés

BioPCM 4/30


2014.09.25.


Fázisváltó anyagok (PCM) bemutatása

5/30


2014.09.25.


Fázisváltó anyagok (PCM) bemutatása

6/30


2014.09.25.


Fázisváltó anyagok (PCM) alkalmazásai 

Egyiptom i.e. 2500 párologtatás



Bagdadi kalifa hóval töltött fal



Téglába impregnálva



Napkollektoros tároló



Csecsemő hálózsák



Síruha



Söröshordó hűtése

7/30


2014.09.25.


Tároló méretezése

Állandó teljesítményen üzemeltetett kazán méretezésének menete 8/30


2014.09.25.


Tároló méretezése

Állandó teljesítményen üzemeltetett kazán méretezésének menete 9/30


2014.09.25.


Rendszerkialakítás

10/30


2014.09.25.


Töltési eset

11/30


2014.09.25.


Kisütési eset

12/30


2014.09.25.


Hőtani modell 

Cél: időben és térben meghatározni a tároló paramétereit



Tároló:



NA250-es jól szigetelt 1,5 m-es cső



78 kg nátrium-acetát-trihidrát töltet



55 mm-es kapszulák

Tvi

13/30


Tvi+1

2014.09.25.


Hőtani modell 




Tároló:



NA250-es jól szigetelt 1,5 m-es cső



78 kg nátrium-acetát-trihidrát töltet



55 mm-es kapszulák

Tvi

14/30


Tvi+1

2014.09.25.


Hőtani modell 𝑚𝑣 ∙ 𝑐𝑝,𝑣 ∙ 𝑇𝑣 − 𝑚𝑣 ∙ 𝑐𝑝,𝑣 ∙ 𝑇𝑣 +

𝜕𝑇𝑣 ∙ ∆𝑥 𝜕𝑥

= 𝑘𝑣 ∙ 𝐴 ∙ ∆𝑥 ∙ 𝑇𝑣 − 𝑇𝑃𝐶𝑀 + 𝑘𝑆 ∙ 𝜋 ∙ 𝐷 ∙ ∆𝑥 ∙ 𝑇𝑣 − 𝑇∞ + 𝜌𝑣 ∙ 𝐴 ∙ ∆𝑥 ∙ 𝜀 ∙ 𝑐𝑝,𝑣 ∙

𝑻𝐯,𝐢+𝟏 = 𝐓𝐯,𝐢 −

𝐍𝐓𝐔 𝐍

𝐓𝐯,𝐢 − 𝐓𝐏𝐂𝐌,𝐢 ∙ 𝟏 − 𝐞−

𝑘𝑉 ∙ 𝐴 ∙ ∆𝑥 ∙ 𝑇𝑣 − 𝑇𝑃𝐶𝑀 = 𝜌𝑃𝐶𝑀 ∙ 𝐴 ∙ ∆𝑥 ∙ 1 − 𝜀 ∙ 𝑐𝑝,𝑃𝐶𝑀 ∙

𝑯𝒏+𝟏 𝑷𝑪𝑴,𝒊 = 15/30

𝑑𝑇𝑃𝐶𝑀 𝑑𝜏

𝒎𝒗 ∙ 𝒄𝒑,𝒗 ∙ 𝒅𝝉 ∙ 𝑵𝑻𝑼 ∙ 𝑻𝒏𝒗,𝒊 − 𝑻𝒏𝑷𝑪𝑴,𝒊 + 𝑯𝒏𝑷𝑪𝑴,𝒊 𝝆𝑷𝑪𝑴 ∙ 𝟏 − 𝜺 ∙ 𝑨 ∙ 𝑳 Farkas Rita és Andrássy Zoltán

𝜕𝑇𝑣 𝜕𝜏

2014.09.25.


Hőtani modell α

Nu

Re

k0

kv

NTU

𝑯𝒏+𝟏 𝑷𝑪𝑴,𝒊 =

16/30

yn

𝒎𝒗 ∙ 𝒄𝒑,𝒗 ∙ 𝒅𝝉 ∙ 𝑵𝑻𝑼 ∙ 𝑻𝒏𝒗,𝒊 − 𝑻𝒏𝑷𝑪𝑴,𝒊 + 𝑯𝒏𝑷𝑪𝑴,𝒊 𝝆𝑷𝑪𝑴 ∙ 𝟏 − 𝜺 ∙ 𝑨 ∙ 𝑳 Farkas Rita és Andrássy Zoltán

2014.09.25.


Hőtani modell elemzése

Tartályból kilépő hőmérséklete függvényében függvényében Töltési idő a belépő vízvíz hőmérsékletének ésidő tömegáramának Folyékony részarány változása az az az idő függvényében A fázisváltó anyag entalpiája idő függvényében 17/30


2014.09.25.


Hőtani modell 

18/30



2014.09.25.


Csőkígyó optimális kialakítása

19/30


2014.09.25.


Modell a falba építésre

20/30


2014.09.25.


Falba építés vizsgálata

Falba építés esetén a „rétegfogyás” 21/30


2014.09.25.


Falba építés vizsgálata Kívülről: Napléghőmérséklet

𝑇𝑤 = 𝑡𝑘 +

𝑞𝑠 𝛼𝑘

Belülről: Hőfejlődés + Szoláris hőnyereség Csillapítási és késleltetési tényező: 𝑞𝑃𝐶𝑀,𝑘 𝜏 = 𝜅𝑘 ∙ 𝜈 ∙ 𝑇𝑤 𝜏 − 𝜀 − 𝑇𝑚

22/30


2014.09.25.



Hűtési igények PCM-mel és PCM nélkül 23/30

65%-al kisebb csúcs


2014.09.25.



Fűtési igények PCM-mel és nélkül 24/30


2014.09.25.



Hőkomfort vizsgálata PCM-mel és nélkül 25/30


2014.09.25.



26/30


2014.09.25.


Falba építés értékelése 

66% csökkentett hűtési energia



65%-kal kisebb hűtési csúcs



35% csökkentett fűtési energia



50%-kal csökkentett diszkomfort



2500 kg/év-vel kevesebb CO2 kibocsátás

27/30


2014.09.25.


Magyarországi potenciál vizsgálata

Legmagasabb külső hőmérsékletek gyakoriság és eloszlás diagramja 28/30


2014.09.25.


Összefoglalás és további célok 

Tartály megépítése



Hőtani modell validálása mérésekkel



Szabályozási függvények kidolgozása



Sokrétű felhasználhatóság



Viszonylag olcsó, 6-10 év megtérülési idő



Energiafelhasználás csökkenése

29/30


Köszönjük a megtisztelő figyelmet!

Fázisváltó anyagok az energetikában

Recommend Documents