Szilárd töltetű hőtároló optimális kialakítása

Átírás

1

2 Pannon Egyeem Vegyézmérnöi- é Anyagudományo Doori Iola Szilárd öleű hőároló opimáli ialaíáa PhD ÉRTEKEZÉS Kézíee: Borbély Tibor olevele gépézmérnö Témavezeő: Dr. habil. Timár Imre egyeemi anár Pannon Egyeem Gépan Inézei Tanzé 04

3 SZILÁRD TÖLTETŰ HŐTÁROLÓ OPTIMÁLIS KIALAKÍTÁSA Éreezé doori (PhD) ooza elnyerée érdeében a Pannon Egyeem, Vegyézmérnöi- é Anyagudományo Doori Iolájához arozóan. Témavezeő: Dr. habil. Timár Imre Íra: Borbély Tibor olevele gépézmérnö Elogadára javalom (igen / nem).. (aláírá) A jelöl a doori zigorlaon... % -o ér el, Az éreezé bírálóén elogadára javalom: Bíráló neve: igen /nem Bíráló neve: igen /nem Bíráló neve: igen /nem.. (aláírá).. (aláírá).. (aláírá) A jelöl az éreezé nyilváno viáján...% - o ér el. Vezprém, A doori (PhD) olevél minőíée a Bíráló Bizoág elnöe... Az EDHT elnöe

4 TARTALOMJEGYZÉK KIVONAT... ABSTRACT... 3 AUSZUG... 4 Jelöléjegyzé Bevezeé Szairodalmi özeoglaló Az opimáláról Opimálái módzere Geneiai algorimu..... A napugárzáról A zolár energia elhaználái leheőégei Közvelen hőermelé, villamoenergia-ermelé napugárzából Hőgyűjő zerezee, hőhordozó özege Napugárzá nem oncenráló olleoro Napugárzá oncenráló olleoro Hőárolá A hőárolá elvi leheőégei, anyagai Rövid időávú (ámenei) hőárolá melegvíz-ézíéi é űéi célra Megvalóul zezonáli hőároló melegvíz-ézíéi é űéi célra Regeneráoro, min ámenei hőároló Villamoenergia-ermelé zolár hőerőműben Szolár hőerőműve hőároló nélül vagy rövid időávú (ámenei) hőárolóval Szolár hőerőmű zezonáli hőárolóval... 58

5 .8. Szolár erőműve özhaáoa A hőerjedé dierenciálegyenlee é anna numeriu megoldáa Szilárd öleű, érzéelheőhő-ároló műödéé leíró dierenciálegyenlee Modellaloá é opimálá Egyidejű hő- é villamoenergia-ermelé leheőégei zezonáli hőároló alalmazáával A erveze hőároló műödéi örülményei A hőároló ialaíáána alapelvei Rövid (L/D < 0) hőároló ölée é üríée Rövid hőároló ölée Rövid hőároló üríée Hozú (0 < L/D) é exra hozú (0 << L/D) hőároló ölée é üríée Hozú hőároló ölée Hozú hőároló üríée A rövid é a hozú hőároló özehaonlíáa A azád rendzerű hőároló alapgondolaa Cőcaorná églából elépíe hőároló ialaíáa é műödée A cőcaorná hőároló geomeriája A cőcaorná hőároló maemaiai modellje A cőcaorná hőároló műödéé leíró mérlegegyenlee A cőcaorná hőároló műödéé leíró dierenciálegyenlee A hőerjedé leíró dierenciálegyenlee dizreizáláa A hőáadái ényező zámíáa A cőcaorná hőároló nyomáeééne zámíáa A cőcaorná hőároló ervezéi válozóina iválazáa... 0

6 3.5. A cőcaorná hőároló orláozái eléeleine megadáa Az x ervezéi válozó orláozái eléelei Az x ervezéi válozó orláozái eléelei A cőcaorna d belő ámérőjéne orláozái eléele Egéz zámú orláozái eléel Reje geomeriai orláozái eléel Nyomáeé orláozái eléel Célüggvénye deiniáláa az előzee opimálához Az opimálái elada alapadaai az előzee opimálához Előzee opimálá Az özhaáo célüggvény deiniáláa A Q ap hőmennyiég meghaározáa A Q h id hőmennyiég meghaározáa A Q v hőmennyiég meghaározáa A Q r hőmennyiég meghaározáa Kiegézíő adao az özhaáo zemponjából opimáli ervezéi válozó meghaározáához A cőcaorná hőároló özhaáo zemponjából opimáli méreei A cőcaorná hőároló opimáli méreei levegő hőhordozó özeggel A cőcaorná hőároló opimáli méreei iono olyadé hőhordozó özeggel Golyóölee hőároló ialaíáa é műödée A golyóölee hőároló geomeriája A golyóölee hőároló műödéé leíró mérlegegyenlee A golyóölee hőároló műödéé leíró dierenciálegyenlee... 47

7 3... A hőerjedé leíró dierenciálegyenlee dizreizáláa A hőáadái ényező zámíáa A golyóölee hőároló nyomáeééne zámíáa A golyóölee hőároló ervezéi válozója A golyóölee hőároló orláozái eléeleine megadáa Az x ervezéi válozó orláozái eléelei Reje geomeriai orláozái eléel Nyomáeé orláozái eléel A golyóölee hőároló opimálái eredményei A golyóölee hőároló opimáli méreei levegő hőhordozó özeggel Özeoglalá Tézie Thee Felhaznál irodalom Felhaznál, nem ajá irodalom Az éreezé émaörében megjelen ajá publiáció é onerenciaelőadáo Má émaörben megjelen ajá publiáció é onerenciaelőadáo FÜGGELÉK F Függelé: A hőerjedé álaláno dierenciálegyenlee F Függelé: Vége dierenciá módzere... 8 F3 Függelé: A golyóölee hőárolóban örénő hőerjedé leíró dierenciálegyenlee dizreizáláa F4 Függelé: Az opimáli ialaíáú, levegő hőhordozó özegű cőcaorná hőároló megérüléi idejéne beclée Közönenyilváníá... 95

8 KIVONAT A dizeráció új onruciójú, a hő érzéelheő (zenzibili) hő ormájában ároló, zilárd öleű hőároló opimáli ialaíáával oglalozi. A erveze hőároló azád rendzerű, pirálzerűen elűzö áramlái úvonalú, elvi modell, cőcaorná é golyóölee ivielre idolgozva. A erveze, peciáli ialaíá célja a meglévő érzéelheő hő ároló berendezéeénél nagyobb özhaáo elérée. Ez a cél a nagy áramlái úhozú ialaíáából aadó, erőelje hőmérélei réegződéel, valamin a azád rendzerű, piráli vonalvezeéű, i hővezeége bizoíó öléi é üríéi módzerrel ívána elérni. A zerző a erveze rendzer műödééne maemaiai leíráára a hőerjedé dierenciálegyenleéne vége dierenciá módzerével örénő megoldáára idolgozo módzere egyié adapála. Számíái módzer dolgozo i a ölé é az üríé zimulációjára, a zimuláció eredményeiből örénő özhaáo meghaározáára. Az özhaáo a öléi-üríéi cilu ala, énylegeen vizanyerheő hőmennyiégne (az ideáli eeben iüríheő hőmennyiég é a hővezeég ülönbége) a hőhordozó özeg zállíái eleromo munazüégleéne hőegyenéréével cöene rézé vizonyíja a hőároló maximáli érzéelheőhő-árolái apaciáához. A erveze hőároló legjobb özhaáoo bizoíó geomeriai méreei é műödéi paraméerei geneiai algorimu haználó opimumereő eljáráal haároza meg. Az éreezé öbb alalmazái elada megoldáain erezül muaja be a javaol zimuláció- é opimumereő módzeree. Cőcaorná iviel eeén gáz é olyadé hőhordozó özegeel, golyóölee iviel eeén gáz hőhordozó özeggel öréne vizgálao. Az alalmazái eladao eredményei bizonyíjá, hogy a nagy áramlái úhozú, öbbjáraú, pirálian elűzö, azád rendzerű hőárolóval lényegeen nagyobb özhaáo érheő el, min az ugyanaora hőárolóanyag-mennyiége aralmazó egyjáraúval.

9 A zámíái eredménye rávilágíana arra, hogy a cőcaorná váloza a iebb áramlái ellenállá mia nagyobb árolái özhaáoú a golyóölee válozanál. Cőcaorná ialaíá eeében nagyobb özhaáoo lehe elérni i belő alvaagágo é a cővezeénél megzoo áramlái ebeégnél jóval iebb áramlái ebeég eeén. Folyadé hőhordozó özeggel nagyobb özhaáoú cőcaorná hőárolóa lehene épíeni. Eze azonban ülönöen hőerőművi méreben é zezonáli ivielben üzembizonági zemponból vezélyeebbe, nehezebben arbanarhaó é javíhaó lennéne. Gyaorlai megvalóíára az üzembizonági zemponból edvezőbb, özel légöri nyomáú, levegő hőhordozó özegű, öbbjáraú, cőcaorná váloza ajánlhaó, amelyne elő hőmérélehaára i magaabb lehe a olyadé hőhordozó özeggel üzemelő válozaénál. Az érzéenyégvizgálaoból megállapíhaó, hogy a ervezéi válozó érééne az opimum özelében örénő iméréű válozaáa az özhaáoo nem válozaja meg jelenően. A dizerációban bemuao zimuláció zámíái é az opimumereő módzer alalmazhaó ado ervezéi eladanál az opimáli járazám, geomeriai méree é műödéi paraméere meghaározáára.

10 ABSTRACT Thi dieraion how opimal deign o a enible hea ore o new conrucion, illed wih olid hea orage maerial. The planned hea ore ha cacade yem ormed a piral low-pah layou. Thi i a concepual model, wored ou or cae o pipe-channelled conrucion and or cae o paced bed wih ceramic ball. The aim o he pecial layou i o realize beer overall eiciency han regular enible hea ore have. By he new conrucion higher overall eiciency i expeced by long low-pah, powerul hermal raiicaion and piral low-pah layou which can enure lower hea lo. The auhor how he calculaion mehod o he imulaion o he charge and dicharge and he calculaion mehod o he overall eiciency uing he reul o he imulaion. The geomeric ize and operaing parameer o he hermal energy ore wih he be overall eiciency are calculaed by applicaion o Geneic Algorihm (GA). The reul o he calculaion a how ha a hermal energy ore wih long lowpah, wih cacade yem ormed piral low-pah layou ha much higher overall eiciency han an one-duc, hor low-pah hermal energy ore which ha equal ma o olid hea orage maerial a he long low-pah one, menioned beore. 3

11 AUSZUG Der Auor bechäig ich in einer Dieraion mi einer opimieren Konruion eine Wärmepeicher, welche die enible Wärme in einer Feoühlung peicher. Der neu onruiere Wärmepeicher beeh au piralörmig gechaleen Kaaden. Da prinzipielle Model wurde au mi rohrörmigen Kanälen verehene Körper bzw. au Kugelüllung augearbeie. Der Sinn der peziichen Gealung de Wärmepeicher i ein beeren Wirunggrad zu erreichen, im vergleich zu vorhandenen eniblen Wärmepeicher. Der beere Wirunggrad wird durch die piralörmige Anordnung der Kaaden erreich. Diee Gealung ühr zu längeren Srömungweg, wa zu einer ravollen Temperaurchichung verurach. Diee Gealung i voreilha auch bei Beladung bzw. Enladung de Wärmepeicher. Der Auor präenier eine neue Simulaionmehode zur Berechnung der Beladungbzw. Enladungprozee und au dieer Simulaion ergebende Wirunggradberechnung. Zu der Berechnung der been geomeriche Abmeungen bzw. been Beriebparameer de Wärmepeicher wurde ein Opimierungverahren mi geneichen Algorihmen eingeez. Die Ergebnie der Anwendungbeipielen beäigen, da e mi einer lange Srömungwegen, piralörmig gechaleen Kaaden verügenden Wärmepeicher viel beeren Wirunggrad zu erreichen i, al mi einem elben Somenge beinhalenden einmal durchgelauene Wärmepeicher. 4

12 Jelöléjegyzé Mennyiége: a [m /]: a h [öbbéle]: a p [m - ]: a [m /]: a p [m /]: a w [m - ]: az áramló hőhordozó özeg hődiúziviái ényezője a ervezéi válozó aló haáraiból álló ozlopveor (a veor elemei ülönböző méréegyégűe lehene) a hőároló zilárd öle zemcéine elülee az ágyérogahoz vizonyíva a zilárd hőároló anyag hődiúziviái ényezője a zilárd hőároló anyag eeív hődiúziviái ényezője a zilárd öleű ágy ülő elülee az ágyérogahoz vizonyíva b eq [öbbéle]: a lineári egyenlőéggel megado orláozái eléele veora (ozlopveor), (a veor elemei ülönböző méréegyégűe lehene) b [öbbéle]: a lineári egyenlőlenéggel megado orláozái eléele veora (ozlopveor), (a veor elemei ülönböző méréegyégűe lehene) c [J/gK]: c [J/gK]: d [m]: d z [m]: d [m]: d [m]: (x) [ezőlege]: h [öbbéle]: az áramló hőhordozó özeg ajhője a zilárd hőároló anyag ajhője é hőároló jára özöi hőzigeelé vaagága a gömb alaú ölezemce ámérője a hőároló caorna belő ámérője a hőároló caornához arozó hőároló anyagerezmeze egyenéréű ülő ámérője opimálái célüggvény (a célüggvény érée bármilyen méréegyégű vagy méréegyég nélüli lehe) a ervezéi válozó elő haáraiból álló ozlopveor (a veor elemei ülönböző méréegyégűe lehene) 5

13 g [m/ ]: g (x) [öbbéle]: graviáció gyoruláveor egyenlőlenégi orláozái eléele veora (a veor elemei ülönböző méréegyégűe lehene) h (x) [öbbéle]: i [J/g]: [mm]: alap [F/m 3 ]: ép,zig [F/m 3 ]: ép, [F/g]: hő [F/J]: zig [F/m 3 ]: égla [F/g]: egyenlőégi orláozái eléele veora (a veor elemei ülönböző méréegyégűe lehene) ömegegyégre vonaozao, ajlago enalpia cőérdeég az alapozá érogai ajlago ölége a hőzigeelé érogai ajlago épíéi ölége a égla alaza ömegajlago épíéi ölége a hőenergia ajlago ára öldgáz eeén a hőzigeelé érogai ajlago anyagölége a égla alaza ömegajlago anyagölége m [g/]: az áramló hőhordozó özeg ömegárama m [g]: n [-]: n [-] n c [-]: n j [-]: p [Pa]: Δp [Pa]: Δp H [Pa]:. q [W/m ]: q v [W/m 3 ] r [m]: r [m]: a zilárd hőároló anyag ömege a vizgál, elozo hoz zaazaina záma a normál-egyégveor a hőároló jára oldalhoz meni caornáina záma a hőároló oldalhoz meni járaaina záma nyomá az áramló hőhordozó özeg nyomáeée az áramló hőhordozó özeg nyomáeée L=H hozon hőáraműrűég veor érogai hőáraműrűég a hőároló vizgál caornájána polároordináája a hőároló caorna belő ugara 6

14 r [m]: r [-]: [m]: h [m]: [ o C]: [ o C]: [ o C]: u h [J/m 3 ]: u [J/m 3 ]: w [m/]: w max [m/]: w min [m/]: x [m]: x [öbbéle]: A [öbbéle]: a hőároló caornához arozó hőároló anyagerezmeze egyenéréű, ülő ugara a numeriu özelíé ponoágána rendje é caorna ozáávolága = egy caornához arozó, hazög alapú haáb alaú hőároló anyagréz lapávolága, é caorna özöi legiebb anyagvaagág az áramló hőhordozó özeg hőmérélee a zilárd hőároló anyag hőmérélee örnyezei hőméréle érogaegyégre vonaozao, ajlago enalpia érogaegyégre vonaozao, ajlago mozgái energia az áramló hőhordozó özeg álagebeége az áramlái caornában cővezeében áramló özeg megengede maximáli álagebeége cővezeében áramló özeg megengede minimáli álagebeége a hőároló vizgál járaaina hozoordináája a ervezéi válozóból álló ozlopveor (a veor elemei ülönböző méréegyégűe lehene) a lineári egyenlőlenéggel megado orláozái eléele márixa (a márix elemei ülönböző méréegyégűe lehene) A eq [öbbéle]: a lineári egyenlőéggel megado orláozái eléele márixa (a márix elemei ülönböző méréegyégűe lehene) A cj [m ]: egy jára caornáina vagy póruaina öze áramlái erezmezee 7

15 A c [m ]: A [m ]: A hc [m ]: A j [m ]: A ph [m ]: A ph [m ]: A [m ]: A j [m ]: A z [m ]: A c [m ]: A [m ]: B [-]: B p [-]: B [-]: B p [-]: C [-]: D j [m]: D Sj [m]: Fo [-]: H [m]: egy caorna áramlái erezmezee a hőároló eneéne elülee az egy caornához arozó, hazög alaú erezmeze elje erülee a golyóölee jára üre erezmezee a hőároló H magaágú palájána elülee a hőároló H magaágú ordulóamráina paláelülee a zilárd hőároló anyag áramláirányra merőlege, öze erezmezee a zilárd hőároló anyag áramláirányra merőlege, egy járara eő erezmezee a gömb alaú ölezemce elzíne a zilárd hőároló anyag áramláirányra merőlege, egy caornára eő erezmezee a hőároló eejéne elülee hőáadái peremeléel együhaó az áramló özegben (cőcaorná hőárolónál) hőáadái peremeléel együhaó az áramló özegben (golyóölee hőárolónál) hőáadái peremeléel együhaó a zilárd hőároló anyagban (cőcaorná hőárolónál) hőáadái peremeléel együhaó a zilárd hőároló anyagban (golyóölee hőárolónál) Couran-zám a golyóölee hőároló jára belő ámérője a hőzigeel, golyóölee hőároló jára ülő ámérője Fourier-zám a hőároló egy járaában lévő öle magaága 8

16 H [m]: K alap [F]: K ber [F]: K ép,zig [F]: K ép, [F]: K zig [F]: K égla [F]: K [m]: L [m]: a ordulóamra magaága az alapozá ölége beruházái ölég a hőzigeelé épíéi ölége a égla alaza épíéi ölége a hőzigeelé anyagölége a égla anyagölége a hőároló eneéne erülee a hőároló vizgál járaaina öze hoza L,, L6 [m]: a cőcaorná hőároló jára geomeriai méreei (lád 50. ábra) L7,, L [m]: a cőcaorná é a golyóölee hőároló geomeriai méreei (lád 55. é 73. ábra) L ö [m]: L z [m]: N c [-]: N j [-]: N jh [-]: N jhü [-]: Nu [-]: P [W]: P E [J/nap]: P F [J/nap]: P HMV [J/nap]: P S [J/nap]: a hőároló járaaina öze hoza a zilárd hőároló anyag meleg é hideg réze özöi, válozó hőméréleű, ámenei zóna hoza egy hőároló jára caornáina záma a hőároló járaaina záma a hőároló öléeor egyidejűleg haználaban lévő járapáro álago záma a hőároló üríéeor egyidejűleg haználaban lévő járapáro álago záma Nuel-zám eljeímény villamoenergia-ermelé napi hőigénye űé napi hőigénye melegvíz-ézíé napi hőigénye napugárzából begyűjheő napi hőenergia 9

17 Pr [-]: Pr w [-]: Q [J]: Q be id [J]: Q be id [J]: Q be id [J]: Q h id [J]: Q ap [J]: Q ap [J]: Q m id [J]: Q r [J]: Prandl-zám (az áramló özeg őömegében mér hőméréleen) Prandl-zám (a alhőméréleen) hőmennyiég a hőárolóba a elöléi idő ala, gyaorlailag beölheő hőmennyiég (ideáli eeben, vagyi a hővezeég igyelembevéele nélül) az elő járara juó elöléi idő ala, a járaba gyaorlailag beölheő hőmennyiég (ideáli eeben, vagyi a hővezeég igyelembevéele nélül) az elő járara juó elöléi idő ala, a máodi járaban megöö hőmennyiég (ideáli eeben, vagyi a hővezeég igyelembevéele nélül) egy öléi-üríéi cilu ala a hőárolóból hővezeég nélüli eeben vizanyerheő hőmennyiég (a hőároló elölé uáni é üríé uáni hőaralmána ülönbége ideáli eeben, vagyi a hővezeég igyelembevéele nélül) a hőároló elvi, maximáli érzéelheőhő-árolái apaciáa a hőhordozó özeg üríéori belépő é öléori belépő hőmérélee özöi arományban a hőároló egy járaána elvi, maximáli érzéelheőhő-árolái apaciáa a hőhordozó özeg üríéori belépő é öléori belépő hőmérélee özöi arományban a hőárolóban az üríéi idő végén bennmaradó hőmennyiégne az a réze, amely a hőhordozó özeggel hozabb idő ala iüríheő lenne (ideáli eeben, vagyi a hővezeég igyelembevéele nélül) a hőhordozó özeg zállíái eleromo munazüégleéne hőegyenérée egy öléi-üríéi cilu ala (az a hőmennyiég, amelyből az eleromo munazüégle egy hőerőműben előállíhaó lenne) 0

18 Q v [J]: Q v [J]: Q vp [J]: Q vph [J]: Q vph [J]: Q v [J]: Q [W]: egy öléi-üríéi cilu ala, a hőároló haároló elüleén á a örnyezebe juó hővezeég egy öléi-üríéi cilu ala, a hőároló eején á a örnyezebe juó hővezeég egy öléi-üríéi cilu ala, a hőároló paláelüleén á a örnyezebe juó hővezeég egy öléi-üríéi cilu ala, a hőároló H magaágú paláelüleén á a örnyezebe juó hővezeég egy öléi-üríéi cilu ala, a hőároló H magaágú ordulóamráina paláelüleén á a örnyezebe juó hővezeég egy öléi-üríéi cilu ala, a hőároló eneén é a alajon á a örnyezebe juó hővezeég hőáram Q [W]: öléi vagy üríéi hőáram Re [-]: S [m]: S j [m]: S [m]: V alap [m 3 ]: V ágy [m 3 ]: Reynold-zám zabályo, n-oldalú haábba írhaó henger ámérője (ha n páro, aor megegyezi a haáb párhuzamo oldallapjaina lapávolágával) a hőzigeel, cőcaorná hőároló jára lapávolága a zabályo hazög alapú haáb alaú hőároló lapávolága a beonalap érogaa a hőároló öze ágyérogaa (a zilárd öle é az áramlái caorná együe érogaa) V [m 3 /]: az áramló hőhordozó özeg érogaárama V [m 3 ]: a hőhordozó özeg álal a hőárolóban eloglal caornaéroga, póruéroga

19 V [m 3 ]: a zilárd hőároló anyag öze anyagérogaa (a caornaéroga, póruéroga nélül) V z [m 3 ]: V zig [m 3 ]: a gömb alaú ölezemce érogaa a hőzigeelé érogaa, Görög beű: b [W/m K]: bp [W/m K]: b [W/m K]: [W/m K]: [W/m K]: ba [m]: pe [m]: z [m]: [-]: [W/m K]: p [W/m K]: [W/m K]: w [W/m K]: ba [W/mK]: ex [W/mK]: er [W/mK]: belő hőáadái ényező a ené ele belő hőáadái ényező üggőlege al melle belő hőáadái ényező a eő ala az áramló hőhordozó özeg hőáadái ényezője ülő hőáadái ényező a beonalap vaagága a hőároló padlózaána egyenéréű vaagága a hőároló ülő hőzigeelééne vaagága a zilárd öleű ágy poroziáa hőázármazaái ényező a hőároló belő ere é a örnyeze özö, a hőároló eneén erezül hőázármazaái ényező a hőároló belő ere é a örnyeze özö, a hőároló paláelüleén erezül hőázármazaái ényező hőároló belő ere é a örnyeze özö, a hőároló eején erezül hőázármazaái ényező a hőhordozó özeg é a örnyeze özö a beonalap hővezeéi ényezője eeív hővezeéi ényező egyáziú modellre hozirányban eeív hővezeéi ényező egyáziú modellre ugárirányban

20 [W/mK]: r [-]. ex [W/mK]: er [W/mK]: [W/mK]: ex [W/mK]: er [W/mK]: z [W/mK]: [W/mK]: [-]: [-]: ö [-]: öh [-]: [m /]: [g/m 3 ]: [g/m 3 ]: []: max []: m []: []: ü []: [W/mK]: az áramló hőhordozó özeg hővezeéi ényezője cőúrlódái ényező az áramló hőhordozó özeg eeív hővezeéi ényezője hozirányban az áramló hőhordozó özeg eeív hővezeéi ényezője ugárirányban a zilárd hőároló anyag hővezeéi ényezője a zilárd hőároló anyag eeív hővezeéi ényezője hozirányban a zilárd hőároló anyag eeív hővezeéi ényezője ugárirányban a hőároló ülő hőzigeelééne hővezeéi ényezője a alaj hővezeéi ényezője az elő járara vonaozó elöléi haáo az elő járara vonaozó elöléi vezeégényező a hőároló özhaáoa az villamoenergia-ermelé özhaáoa hőerőműben az áramló hőhordozó özeg inemaiai vizoziáa az áramló hőhordozó özeg űrűége a zilárd hőároló anyag űrűége idő a vizgála időarama megérüléi idő a hőároló öléi időarama a hőároló üríéi időarama a hőároló ené vonalmeni hőázármazaái ényezője 3

21 Felő index: : az időlépé orzáma Kiegézíő aló indexe: i, n: a hozirányú (x-irányú) ozópon orzáma j, m: a ugárirányú (r-irányú) ozópon orzáma öz: : v: ü: üv: zámani özepe éré a ölé ezdei állapoa a ölé végállapoa az üríé ezdei állapoa az üríé végállapoa Angol rövidíée: ATES: BTES: CHP: CSPP: DTES: LHTES: PCM: PTES: PVPP: STES: Aquier Thermal Energy Sorage (öldalai ermézee vízőze hőároló) Borehole Thermal Energy Sorage (alajzondá hőároló) Combined Hea and Power (apcol hő- é villamoenergiaermelé) Concenraing Solar Power Plan (óuzál napenergiá hőerőmű) Duc Thermal Energy Sorage (becöveze vagy alajzondá = borehole hőároló) Laen Hea Thermal Energy Sorage (rejehő-ároló) Phae Change Maerial (áziváló anyag) Pi Thermal Energy Sorage (gödör, medence hőároló) Phoovolaic Power Plan (napeleme erőmű) Seaonal Thermal Energy Sorage (zezonáli hőároló) 4

22 STTS: TTES: UTES: WTES: WGTES: Shor Term Thermal Sorage (ámenei hőároló) Tan Thermal Energy Sorage (arály hőároló) Underground Thermal Energy Sorage (öldalai hőároló) Waer Thermal Energy Sorage (víz hőároló) Waer-Gravel Thermal Energy Sorage (víz-avic hőároló) 5

23 . Bevezeé Az emberiég örénelmével egyidő örevé a erméze erőine munára ogáa, haznoíáa ajá céljaina érdeében. Ha eze az erőorráo nem állna olyamaoan, elégége mennyiégben rendelezére, aor meg ell oldani a minél iebb vezeéggel örénő ároláua. Ilyen örevé a napüé energiájána begyűjée é ároláa a elje évi hő- é villamoenergia-züégle bizoíáára. A hőárolá leheége. A hőároló megépíée azonban nyilvánvalóan nagyon ölége beruházá. A begyűjö hő elje egézében nem árolhaó be a hőárolóba, a beárol hő nem üríheő i elje mérében a hőárolóból, hőárolá orán pedig hővezeég lép el, eze mind vezeége (ölége). A hőároló ölééne é üríééne (üzemeleééne) energiaigénye (ölége) van. Miuán jelenleg a gazdaág legőbb mozgaó ereje a proi, a napugárzából begyűjheő hő ároláára alalma, zezonáli hőároló megvalóíáába ca aor eene be, ha az olcóbb energiaorráo már imerüle vagy imerüléhez özeli állapoba erüle. A őé ajno egyálalán nem érdeli a Föld állapoa, izárólag aor áldoz uaáora, ha műödéi bázia imerülni lázi, vagy exraproio remél. Az új leheőége elmélei é íérlei uaáána célja, hogy még az olcóbb energiaorráo imerülée elő ézen legyene az új echnológiá. Mindeze mia az ipari méreű hőárolá gyaorlai megvalóíáána legőbb eléele: a ölége zemponjából leggazdaágoabb, vagyi opimáli onrució ialaíáa. A ülő, belő geomeriai méreene é a zerezei anyagona olyan ombinációjá ell iválazani, amelyi a beruházái é az üzemeleéi ölége zemponjából opimáli megoldá adja. Egy özee rendzer vagy berendezé zine mindenre ierjedő vizgálaa nehezen ezelheő, hozadalma zámíáoa igénylő maemaiai modell megaloáá igényli, ezér egyzerűíéere van züég. Ki ell válazani a vizgálai cél zemponjából lényege mennyiégee. A vége időn belül elvégezheő zámíáo érdeében gyaran álago éréeel vagyun ényelene zámolni, aor i, ha azo jelenően válozna. További egyzerűíéi leheőég a probléma rézere bonáa é azo ülön-ülön örénő vizgálaa. 6

24 Jelen dolgoza előzményeén a zilárd öleű, érzéelheő hő ároló berendezé beoglaló geomeriai méreeine, hőzigeelééne ölégzemponú, opimáli ialaíáával Árpád Iván oglalozo. Ebben a émában elézül PhD dolgozaána címe: Energeiai berendezée hőzigeelééne opimáláa. A hőárolá érdéei a napenergia-haznoíában. Kuaái eredményeine özeoglalója a.6. ejezeben olvahaó. A hőároló opimáli ialaíáána elengedheelen eléele, hogy a hőároló belő geomeriája é az üzemeleéi paraméere bizoíá a beárolni íván hő minél nagyobb rézéne beölheőégé az ado hőároló anyagömege aralmazó hőárolóba, leheőleg i üzemeleéi munazüégleel. Ez a cél erőelje hőmérélei réegeződéel érheő el. Az erőelje hőmérélei réegződé leginább a zilárd hőároló anyag i hővezeéi úhoza é a hőhordozó özeg nagy áramlái ebeége egíi elő, ez uóbbi vizon növeli az üzemeleé munazüégleé. A geomeriai méree é az üzemeleéi paraméere opimáli ombinációja nyilván ompromizumo megoldá lez. A echniai ejleég jelenlegi zinjén ca egézen új erüleeen érheő el jelenő ejlezéi lépé egyzerű, de zeniáli megoldáoal. A már rézleeen uao erüleeen ca egyre bonyolulabb megoldáoal lehe elérni némi eljeíményvagy haáo-növeedé. A ejlezőne leheőég zerin öreedniü ell az egyzerűbb, bizonágoabb megoldáora i. Rövid időávú (ámeni) hőároló léezne már alacony árolái hőmérélere, caládi ház melegvíz- é űéráegíéi hőigényeihez igazío méreben, maga árolái hőmérélere pedig hőerőművi méreben. Szezonáli hőárolóa i épíee már alacony hőmérélere, iebb alu melegvíz- é űéi hőigényei ielégíő méreben. Maga hőméréleű, nagyméreű, zezonáli hőárolóa, amelye melegvíz-, űéi hőigény é erőművi hőigény ielégíéére i haználhaó, még nem épíee. Az éreezé émája ezen az eddig ca rézlegeen uao erüleen új rendzerű, azon belül opimáli megoldá zámíái módzeréne megalapozáa é alalmazái eladaon erezül örénő bemuaáa a ajá ejlezé, valamin a hőárolá erüleén már meglévő é má, elérő erüleeen ellelheő megoldáo övözéével. 7

25 . Szairodalmi özeoglaló.. Az opimáláról Az embere napi evéenyégü orán aarva-aaralanul i erei az elvégzendő elada opimáli megoldáá. Az opimáli megoldá egy valamilyen zemponból onona aro mennyiég zélőéréhelyénél van. A legöbb gyaorlai eladana öbb jó megoldáa i van. Az opimálá célja az ado örülménye özö elérheő, leheő legjobb megoldá iválazáa. A ervezéi válozó azo a mennyiége, amelye éréeine válozáá az opimumereé orán bizonyo megöée melle megengedjü. Az x, x x n ervezéi válozóból álló veor x=[x, x,, x n ] T. () A legjobb megoldá iválazáána zemponjai özegző célüggvény a ervező haározza meg. A iválazái zemponoa gyaran gazdaágoági elvene vei alá (legeveebb anyagelhaználá, legiebb ömeg, legiebb ölég, legnagyobb haáo). Ugyan előordul az i, hogy ogyazói áradalom züle minimáli ölégre való örevé néha a ermézei örnyeze megóváá eredményező megoldához veze, de ez ajno nem zoo alapveő cél lenni. A célüggvény lehe a ervezéi válozó érééből egyzerűen izámíhaó mennyiég (üggvény), de lehe a ervezéi válozó éréeiből iinduló, numeriu zimuláció eredményeiből zámíhaó mennyiég i. Léezne olyan opimálái eladao i, amelye leíráa ca öbb, ülönböző célüggvény egyidejű alalmazáával oldhaó meg. A öbbcélüggvénye opimálá az egye célüggvénye úlyozó ényezőel örénő özegzéével egycélüggvénye opimálára zoá vizavezeni. Az egycélüggvénye opimálái elada a öveezőéppen ogalmazhaó meg: ereü a ervezéi válozó veorána az az éréé, amelyre a célüggvény (x) minimáli (vagy maximáli), () miözben 8

26 g j (x) 0, ahol j=,,, p, (3) é h j (x)=0, ahol j=p+,, p+q. (4) A (3) é (4) özeüggéee orláozái eléelene nevezzü. A célüggvény, valamin a orláozái eléele lehene a ervezéi válozó lineári é nemlineári üggvényei. A nemlineári orláozái eléele lehene explici vagy implici alaúa. Továbbá a orláozái eléele haonlóan a célüggvényehez lehene a ervezéi válozó éréeiből iinduló, numeriu zimuláció eredményeiből zámíhaó mennyiégere vonaozó eléele i. A (3) özeüggéel megado egyenlőlenégi eléel a ervezéi válozó n- dimenzió erében p darab, n-dimenzió elüleel haárolja le a megengede aromány, a (4) özeüggéel megado egyenlőégi eléel q darab, n-dimenzió elüle ponjaira orláozza a ervezéi válozó megengede éréei, amelye halmazán a célüggvény zélőéréé ereü. A gyaorlaban egyenlőégi eléele rián ordulna elő. A orláozái eléele álal meghaározo, megengede arományban az (x) célüggvényne a leheége öbb loáli zélőérée melle egy globáli zélőérée van. Konvex megengede aromány é zigorúan monoon célüggvény eeén a loáli zélőéré egyben globáli zélőéré i.... Opimálái módzere Az opimumereő eljáráo oéle zempon zerin coporoíhaó. Az [] é [] irodalom zerini coporoíái leheőége a öveező. A megoldá maemaiai módzere zerin: - analiiu módzere: dierenciálzámíái é variációzámíái módzeree haználna, - numeriu módzere: a lineári é nemlineári programozá ieráció műveleei haználjá, - vegye analiiu-numeriu módzere. 9

27 A orláozáo zemponjából: - eléel nélüli, - eléele (léezne a orláozái eléelee büneőüggvényeel a célüggvényhez adva orláozá nélüli eladaá alaíó, eléele opimáló módzere i). A válozó záma zemponjából: - egyválozó, - öbbválozó. A válozó ípua zemponjából: - dizré, - olyono. A célüggvénye záma zemponjából: - egycélüggvénye, - öbbcélüggvénye. Az opimálá özeeége zemponjából: - egyzinű, - öbbzinű. A deriválaa nem haználó (nulladrendű), numeriu módzere ca a célüggvény éréei haználjá, o ponban zámolna, nagy zámíáigényűe, álalában loáli zélőérée zolgálana. Néhány eze özül: - Box-éle omplex módzer (Box, 96), - Rugalma olerancia módzere (Himmelbau, 98), - Hillclimb módzer (Roenbroc, 960), - Bacrac módzer (Waler, 960), - Mone-Carlo módzer, - Szimulál lehűé, - Tabu ereé. 0

28 Az előrendű deriválaa haználó módzere haéonyabba a nulladrendű módzerenél, de analiiuan vagy numeriuan elő ell állíani az elő derivála: - Opimaliái riériumo módzere (Kuhn-Tucer, 95) - SUMT módzer (Sequenial Unconrained Minimiaion Technique) (Fiacco, McCormic, 968), - Davidon-Flecher-Powell módzer ( ). A máodrendű deriválaa haználó módzere: - Newon módzer, - Szevenciáli vadraiu programozá (Soer, 985). Időrendben párhuzam vonhaó a zámíáechnia ejlődée é az opimálái módzere ejlődée özö. A zámíógépe haználaána álalánoá váláa elő előorban az analiiu (eveebb zámíá igénylő), gradien alapú módzere ejlőde. A zámíógépe haználaána elerjedéé öveően a nagyzámú, párhuzamo zámíá igénylő, imeríő ereéen é vélelen haználó ereéen alapuló módzere i ejlődéne indulhaa [3]. A imeríő módzere a megengede aromány egyenleeen beozva, zizemaiuan vizgáljá végig, a ereé végén zolgálana a globáli opimumhoz özeli érée. A vélelen haználó módzere a megengede aromány ierjed é irányío vizgálaára céludao é vélelen lépéee i alalmazna. Időben nem gyorabba a imeríő módzerenél, egyálalán nem bizo, hogy megözelíi a globáli opimumo. Minden enebb emlíe nulladrendű é némelyi deriválaa haználó módzer i alalmaz vélelen lépéee.... Geneiai algorimu A ermézeben megigyelheő evolúció mechanizmura épül a vélelenzerű lépéee i aralmazó, öbbpono, párhuzamo ereéen alapuló geneiai algorimu (Holland, 975), amely a orábban megalapozo evolúció raégiá é evolúció programozá nevű módzereből ejlődö i [3]. A megengede aromány n-dimenzió eréne ponjai alojá az opimálái elada leheége megoldáai, amelyee egyedene nevezne. Az egyede iválazo,

29 vége zámú, időben egyzerre léező halmaza az auáli populáció. A populáció egyedeine jóágérée (ine üggvény érée) lehe maga a célüggvény érée vagy egy abból célzerűen zámío mái mennyiég. A populáció egyedei egy romozómazerű adazerezeben ároljá. Az auálian léező populáció egyedeiből geneiu műveleeel (erezezé, muáció) jönne lére az új generáció egyedei. A öveező populáció állha: - ca az új generáció egyedeiből (uódoból), - a régi populáció é az új generáció egyedeiből (zülőből é uódoból). Az ado populáció egyedeine iválazáa geneiu művelee vagy ovábbélé céljára az egyede jóági éréével özeüggő valózínűég zerin öréni, az új generáció egyedeine elejezée úgyzinén. A jó ulajdonágoal rendelező egyede nagyobb valózínűéggel zaporodna, élne ovább, a rozabb ulajdonágú egyede iebb valózínűéggel zaporodna, nagyobb valózínűéggel halna i. Az új generáció lérejöe ciliuan imélődi, az újabb populációban egyre öbb, jó ulajdonággal rendelező (az opimálihoz özeli) egyed lez. A cilu lépéei: - ezdei populáció vélelenzerű vagy irányío lérehozáa, - az egyede jóágána izámíáa, - a zülő iválazáa valózínűégi elve alapján, - új egyede lérehozáa é-é zülő erezezéével, - a régi é új egyede egy rézéne muációja valózínűégi elve alapján, - az új populáció özeállíáa (reprodució) a régi populációból (zülő) é/vagy az új generációból (uódo). A cilu a ilépéi eléel eljeülééig imélődi, amely lehe: - ado zámú generáció leuáa (a ilépé üggelen az auáli populáció egyedeine jóágáól), - az auáli populáció vagy a legjobb egyed onvergenciája.

30 A zülő erezezée a jobb egyede elé, a muáció é valózínűégi elve alalmazáa (a rozabb ulajdonágú egyede incene izárva a zaporodából é a úléléből) a ereéi ér alapoabb bejáráa elé vizi a geneiai algorimu. A ereéi ér még jobb bejáráá bizoíja egy populáció helye öbb, elülönülen élő alpopuláció, amelye néhány generációnén, rézlegeen erezeződne egymáal i. 3

31 .. A napugárzáról A Földön hozzáérheő energiaajá dönő öbbége (az aomenergia, a geoermiu energia é az ár-apály energia ivéelével) özveve vagy özvelenül a Napból zármazi. A nem megújuló energiahordozó vége mennyiége é a ermézei örnyeze megóváa egyarán züégeé ezi a megújuló energiaorráo gyaorlai elhaználái leheőégeine uaáá. A őbb megújuló energiaorráo: a napenergia, a zélenergia, a vízenergia, a biomaza, a geoermiu energia é az ár-apály energia. A megújuló erőorráo egy rézéne végő orráa a Nap, amelyne energiája (az emberiég igényeihez méren) gyaorlailag imeríheelen, é emberi lépéel mérve beláhaalan ideig, válozalan ormában rendelezére og állni. A Nap őbb adaai [4]: ora: ömege: ámérője: érogaa: 4,6 0 9 év,, g ( Föld-ömeg), m (09 Föld-ámérő), Föld-éroga, özepe űrűége: 40 g/m 3, egyenlíői nehézégi gyorulá: 74 m/, maghőmérélee: 4-6 millió K, elzíni hőmérélee: 5785 K, a naporona hőmérélee: - millió K, ugárzái eljeíménye: ömegvezeége: 3, W, 09 g/. Özeéel (émiai elem) elzíni özponi hidrogén: 70% 35%, hélium: 8% 63%, egyéb: % %. 4

32 A Nap iugárzo energiája a hidrogén ermonuleári úziójából zármazi. A Nap ömegéne b. ele alaul á eddig héliummá, a ermonuleári hőermelé ehá még b. 5 milliárd évig bizoío. A Nap ugárzái eljeíményéből a Föld rézeedée 73 0 W [5], az ebből zármazó energiamennyiég egy óra ala öbb min az emberiég elje éve energiaelhaználáa. Az 5785 K elzíni hőméréleű Nap álal ibocáo ugárzá inenziáelozláa a hullámhoz üggvényében a légör ülő haárán, valamin a öldelzínen az. ábrán láhaó. Az elozlágörbe alai erüle a napugárzáal érező hőáraműrűég (inenziá).. ábra A napugárzá peráli elozláa [7] A légör ülő haárára érező napugárzá inenziáa 35 W/m [5]. Enne egy réze vizaverődi a légörről a világűrbe. A légörbe bejuó ugárzá egy réze elnyelődi a légörben, má réze egyene vonalban eléri a öldelzín (dire 5

33 ugárzá), harmadi réze a légörben lévő anyagoon örénő zóródá uán zinén eléri a öldelzín (diúz ugárzá). A öldelzínről i vizaverődi a dire ugárzá egy réze, amely rézben zinén elnyelődi a légörben, rézben iugárzódi a világűrbe. A légör maga i ugároz a világűrbe. A hozzáveőlege mennyiégi vizonyoa a. ábra muaja. A öldelzín elérő dire é zór ugárzá özegé globáli ugárzána nevezzü.. ábra A napugárzá öldi energiamérlege [7] A Föld Nap örüli pályájána alaja é a Föld orgáengelyéne a eringéi íal bezár zöge mia a öldelzín elérő napugárzá inenziáa az év olyamán válozi. A éli időzaban nem ca a napüé időarama rövidebb é a beeé zöge iebb, hanem a napugárzá légörben mege úja i hozabb, ami ovább cöeni a öldelzín elérő ugárzá inenziáá. Az évzao özöi ülönbégee a 3. ábra zemlélei. 6

34 3. ábra A napugárzá beeéi zögéne válozáa Magyarorzágon, az év olyamán [7] A légörne a napugárzá inenziáá cöenő haáa a Föld-Nap helyzeől é a légzennyezeégől ügg, időben laan válozó. A elhőze é a öd ugárzá cöenő haáa ennél jelenőebb é időben gyoran válozó. Magyarorzágon a öldelzín elérő ugárzá inenziáa nyáron, elhőlen égbolnál, a déli órában elérhei az 000 W/m -. Kedvezőlenebb vizonyo özö (má időponban, elhőebb időben) ennél eveebb. A Meeorológiai Világzerveze (World Meeorological Organizaion WMO) zerin aor ü a Nap, ha a dire ugárzá erőége meghaladja a 0 W/m érée. A Föld egy ado ponján a elhőze gyaoriágára, a derül é borul napo zámára é a öldelzínen mérheő napugárzá inenziáára o éve, méréeen alapuló meeorológiai adao állna rendelezére. A magyarorzági napugárzái adaoa az Orzágo Meeorológiai Szolgála (OMSZ) ezde mérni az 950-e éve végén. Jelenleg a vízzine elülere érező globáli- é diúz ugárzá, valamin a ugárzá irányára merőlege elülere érező dire ugárzá méri [9]. Magyarorzágon a napüée órá álago záma évi 00 óra. A vízzine elülere érező napugárzából zármazó hőmennyiég ~4608 MJ/m év, déli ájoláú é 45 o dőlézögű elüleen pedig ~493 MJ/m év (ez megelel 4 m 3 öldgáz űőérééne). 7

35 Egy caládi ház éve melegvíz- é űéi hőigénye (50-00 GJ/év m 3 öldgáz űőérée) - m nagyágú vízzine, vagy 0-0 m nagyágú, 45 -o dőlézögű elülere beugárzódi. Ha a hőgyűjé é a zezonáli hőárolá özhaáoá előzeeen elvezü egy megleheően roz érére (pl. 0%), aor m -e erüleen begyűjheő egy caládi ház éve hőigénye napenergiából. 4. ábra A globáli ugárzá álago évi özege Magyarorzágon, vízzine elüleen [9] Amin a 4. ábrán láhaó, Magyarorzág erüleén a napugárzá zemponjából nincene igazán jelenő elérée. Napmagaágna a Nap vízzine íól mér beeéi zögé nevezzü. Magyarorzágon a Nap legnagyobb deleléi magaága júliu -én (66 o -o beeéi zöggel), legiebb deleléi magaága pedig december -én (9 o -o beeéi zöggel) van (3. ábra). Ezér a haznoíhaó napugárzá mennyiégé beolyáolja a haznoíó berendezé dőlézöge é ájoláa. Magyarorzágon, ixen elepíe (nem napöveő) hőgyűjő berendezé eeében a legöbb napüé, éve álagban a déli ájoláú, 43,5 -o dőlézögű elülere érezi [5]. A vízzine elüleen mér globáli ugárzái adao nem zámíhaó á egyzerűen erde elülere, mivel a öldelzín elérő globáli ugárzá egy réze zór ugárzá (lád. ábra), ami nem annyira irányüggő. Ezér egy vízzine é egy déli ájoláú, 8

36 45 o -o elüleen mérheő globáli ugárzá éli é nyári éréei özö vízzine elüleen mérve nagyobb, 45 o -o elüleen mérve iebb a ülönbég. Az uóbbi ény aláámazja a napugárzá éli haznoíhaóágána léjogoulágá (5. ábra) 5. ábra Téli é nyári, derül nap ugárzái eljeíményadao óra zerini bonában [8] A Naplopó K. (Budape) 004 elejéől méri é regizrálja a napenergiahaznoíá zemponjából legjelenőebb, déli ájoláú, 45 -o dőlézögű elülere beeő globáli napugárzá mennyiégé. A mér adao honlapjuon [8] éve, havi, hei, napi, órai, azon belül pedig b. perce bonában hozzáérheő. A napugárzá napi adaaina ábrázoláából iűni anna zezélyeége (6. ábra). A 30 napo álagéréeel elézíe diagramon jól láhaó, hogy az évi napugárzá éharmada a nyári, egyharmada a éli élévben érezi (7. ábra). 6. ábra A napugárzá (004) éve elozláa napi adaoal [8] 9

37 7. ábra A napugárzá (004) éve elozláa 30 napo álagéréeel [8] A napüé energiaűrűége ici, de ha özehaonlíju az ugyanca megújuló energiaorráén zámonaro energianövénye ermeléével, igen meglepő eredményre juun. A [0]-e irodalom zerin energianövényeből GJ/ha év (= 5-35 MJ/m év) erméhozam érheő el (űőérében mérve). Ennél a özvelen napenergia haznoíá lényegeen edvezőbb (még a napenergiá legrozabb haáoal (5-5%) haznoíó napelem m -e i öbb min 0-zer aora eleromo muná (iza exergia) ermel évene, min amennyi hőenergia nyerheő az ugyaneora erüleen, egy év ala megermel, legjobb űőéréű energianövény elégeéeor). Egy caládi ház éve hőzüégleéne edezééhez züége energianövénye ermelééhez m ermőerülere van züég, ami ereíve zoroa az ugyanerre a célra zolgáló napolleor elüleéne. Energianövény ermelni ráadául ca növényermezére alalma erüleen lehe, napolleoroa vagy napelemee elhelyezni pedig bárhol. Ellenmondáoágánál ogva ide ívánozi még egy mái, megújuló energiána neveze erüle emlíée i, a bioüzemanyagoé. David Murphy é munaárai anulmányuban [] megvizgálá az Ameriai Egyeül Államo ülönböző erüleein ermeze uoricából gyáro bioeanol űőérééne é a ermezé-gyárá energiaigényéne hányadoá (EROEI - Energy Reurn on Energy Inveed). A ermezé helyéől üggően az EROEI 0,36 é,8 özö válozo, álaga,0 vol vagyi a uoricából előállío eilalohol űőérée az Ameriai Egyeül Államoban mindöze %-al öbb, min a 30

38 beeee energia. Ha a ermelé é gyárá energiaigényé a gyáro bioeanolból edezi, aor az lényegében egy nulla eredmény zolgálaó vállalozá, ha ozili üzelőanyago (pl. öldgáz) elégeéével, aor nem megújuló é nem örnyezebará. Megjegyzendő, hogy a öldgáz maga i alalma moorhajóanyagna, haalma ermőerülee é ermeléi apaciá leoglaláa nélül. A őe nem örődi a örnyeze állapoával, gyarapodáa érdeében hajlandó beeeni aár vezeége ermelő vállalozáoba i, ha a mindenori ormányza özpénzeből zármazó ámogaáoal ipóolja az elmarad hazno. A hő- vagy villamoenergia-ermelére, valamin a bioüzemanyago előállíáára zán energianövénye inább nevezheő újraermelheő, min megújuló energiaorrána. Gyaran az újraermelheőég em arhaó enn hozabb ávon (az inenzív ermeléne alávee erülee imerülne, zámo ivágo erdő ermőalaja puzul le rövid időn belül, olyan mérében, hogy oha öbbé nem elepíheő újra). 3

39 .3. A zolár energia elhaználái leheőégei A.. ejezeben elorol őbb megújuló energiaorráo (napenergia, zélenergia, vízenergia, biomaza, geoermiu energia, ár-apály energia) özül az uoló eő ivéelével mindegyine végő orráa a Nap, vagy a Nap vol. Mivel a geoermiu energia ahogy a napenergia i az emberiég igényeihez méren gyaorlailag imeríheelen, é beláhaalan ideig rendelezére og állni, a megújuló energiaorráo özé zoá orolni. A geoermiu energia a napenergiához haonlóan haználhaó el űére é villamoenergia-ermelére, ezér árgyaláa ide ívánozi. A Napból zármazó energia elhaználái módjai é coporba ozhaó [5], [6]: - A napenergia özvelen elhaználáa: o pazív épíézei haznoíá [] (világíá, űé, zellőzeé), o aív épülegépézei haznoíá [8] (űé, melegvíz), o mezőgazdaági haznoíá [3] (élelmezéi célú, energeiai célú é egyéb hazonnövény-ermezé, erményzáríá, azalá, echnológiai melegvíz, üvegház, óliaáor), o napenergiá vízizíá [4], óalaníá [5], [6]; ó ermelé (biológiai izíá, lepárlá, bepárlá), o napohó [7], [8] (óuzál hőermelé, aár 3000 o C előállíáa), o villamoenergia-ermelé, napelem [9] (özvelen villamoenergia-ermelé), nap-hőerőmű [0], [] (óuzál napugárzából zármazó hőből örénő villamoenergia-ermelé), napémény [], [3], [4] (napugárzából zármazó hővel elelé örénő légáramlá, abból villamoenergia-ermelé), eőhuzaú energiaorony [5] (vízpermeel hűö levegővel leelé örénő légáramlá, abból villamoenergia-ermelé), napó [6], [7] (napugárzából zármazó hőből villamoenergia-ermelé), 3

40 engervíz elzíni é mélyégi hőméréleülönbégéne (b. 0 o C) haznoíáa villamoenergia-ermelére [8], o olyéony vagy gáz halmazállapoú üzemanyag előállíáa napenergiából zármazó hő- vagy villamo energiával [9], [30], o hűé napenergiával [3], [3] (abzorpció hűőgép, napelemmel műödee omprezoro hűőgép). - A napenergia özvee elhaználáa: o zélenergia haznoíáa [33] (villamoenergia-ermelé), o légör, vize, elzíni alaj napugárzából aumulálódo hőaralmána haznoíáa hőzivayú rendzereel (űé) [34], [35], o engeráramlái energia haznoíáa [36] (villamoenergia-ermelé), o engerhullámzái energia haznoíáa [37] (villamoenergiaermelé), o olyóvíz helyzei energiájána haznoíáa [38], [39] (villamoenergia-ermelé), o biomaza-haznoíá [40] (űé, hőből villamoenergia-ermelé). A geoermiu energia haznoíáa (űé, hőből villamoenergia-ermelé): - hévíz hőaralmána haznoíáa [4], - orró, záraz őze hőaralmána haznoíáa [4] (vízgőzermelé repezée eljáráal). 33

41 .4. Közvelen hőermelé, villamoenergia-ermelé napugárzából Mivel a napugárzából zármazó energia.3. ejezeben elorol, özvelen elhaználái leheőégei özül a hő- é villamoenergia-ermeléhez apcolódi a dolgoza árgyá épező hőárolá, a ovábbiaban ezeel oglalozó irodalma érdeme áeineni. Az energeiai célú, zolári hőhaznoíó rendzere ő elemei: - a napugárzá elnyelő hőgyűjő zereze, - a begyűjö hő a hőgyűjő zerezeből elzállíó hőhordozó özeg, - a hőgyűjé é hőelhaználá időbeni dizharmóniájá iegyenlíő hőároló, - hőelhaználó. Az energeiai célú hőelhaználó lehe: - haználai melegvíz (HMV) ézíő berendezé, - űő berendezé, - villamoenergia-ermelő berendezé (hőerőmű). A hőelhaználó álal igényel hőozin haározza meg a hőgyűjő zereze é a hőároló ialaíáá, valamin eze é a hőhordozó özeg anyagána megválazáá..5. Hőgyűjő zerezee, hőhordozó özege A hőgyűjő zerezee eladaa a napugárzá elnyelée é az elnyel hő áadáa a hőhordozó özegne minél iebb vezeégeel. A napolleor elnyelő réze az abzorber, amelye - μm vaagágú, eee ölcérzerű járaoból álló, porózu zerezeű (zeleív) bevonaal boríana. A zeleív bevona (eeeróm-, niel- vagy iániumoxid) a rövid hullámhozú napugárzá elnyeli, a hőgyűjő ajá hozú hullámú ugárzáá vizon ca elenyéző mérében (~5%) engedi i a örnyeze elé, így ici a ugárzái vezeége. A hőgyűjő zerezee lehene napugárzá nem oncenráló vagy oncenráló (óuzáló) ípuúa. 34

42 .5.. Napugárzá nem oncenráló olleoro A napugárzá nem oncenráló olleorona a napugárzá relaívan i energiaűrűége mia nagy elnyelő elüleűene ell lenniü, az abzorber üzemi hőmérélee 00 o C alai. Eze a olleoro a dire é a zór napugárzá i haznoíjá, az alacony hőozin mia melegvíz-ézíére, épülee űéére, vagy medencé vizéne melegíéére haználhaó. A hőhordozó özeg lehe maga a melegíendő haználai melegvíz, űőöri melegvíz vagy űéi levegő [43] (egyörö rendzer), agyálló olyadé, ermoolaj (éörö rendzer). Fő ípuo: - hővédelem nélüli, műanyag vagy gumi anyagú, cőjárao olleor (az abzorber ninc leedve é alulról hőzigeelve), - egy vagy öbbréegű üvegedéű olleor, zeleív abzorber bevonaal vagy a nélül, aló hőzigeeléel vagy váuumo ivielben (8. ábra), - váuum cöve, zeleív olleor (9. ábra). 8. ábra Leede íolleor zerezee é energiamérlege [7] 9. ábra Váuumcöve olleor [7] 35

43 A olleoro maximáli ürejárái hőmérélee elérhei a 80 o C-o, ezér (vízalapú) olyadé hőhordozó özeg eeében a primer ör ervezéi nyomáa álalában 6 barg. A olleoro haáoa a olleor é a örnyeze özöi hőméréleülönbég é a napugárzá inenziáána hányadoa üggvényében válozi (0. ábra). A olleor haáoa nagy napugárzá-inenziá é alacony olleor-hőméréle eeén a legjobb, ezér üzem özben a olleorban áramló hőhordozó özeg áramlái ebeégé célzerűen úgy válazjá meg, hogy hőmérélee ca 0-60 o C-al haladja meg a örnyezei hőmérélee. A zabályzó ca aor apcolja be a zolárörben lévő eringeő zivayú, ha a olleorban magaabb a hőméréle, min a ároló aló rézében. 0. ábra A ülönböző ípuú napolleoro haáoa [7].5.. Napugárzá oncenráló olleoro A napugárzá oncenráló olleoro nagy elüleű üör é i elüleű elnyelő ombinációjából állna. A iméreű elnyelő jól hőzigeelheő. Ca a dire napugárzá udjá haznoíani (oncenrálni). Az elérheő magaabb hőozin mia elhaználhaó villamoenergia-ermelő örolyama hőgyűjőjeén. Fő ípuo: - parabolavályú (napugárzá-oncenráló épeége 0-00-zoro, a hőelnyelő hőmérélee o C, egyengelye napöveő mechanizmual van elláva) [44], 36

44 - lineári Frenel üörrendzer (parabolavályú helyeeíéére, a íürö egyengelye napöveő mechanizmual vanna elláva) [45], [46], - paraboloid üör (napugárzá-oncenráló épeége zoro, a hőelnyelő hőmérélee o C, éengelye napöveő mechanizmual van elláva) [47], - orony éengelye napöveő íüörrendzerrel (heliozáoal) (napugárzá-oncenráló épeége zere, a hőelnyelő hőmérélee o C) [48].. ábra Parabolavályú [44]. ábra Lineári Frenel üörrendzer [45] 37

45 3. ábra Paraboloid ányér Sirling moorral [47] 4. ábra Torony, napöveő íüörrendzerrel [48] A napugárzá oncenráló olleoro hőelvevő özege lehe levegő, víz-vízgőz, zineiu ermoolaj (pl. Xcelherm-600), bienil- é dienil-oxid eueiu elegye (Therminol VP-, Dowherm A), olvad ém (nárium), óolvadé (zolár ó: 60% NaNO % KNO 3 [49], HITEC: 7% NaNO % NaNO + 53% KNO 3 [50], HITEC XL: 7% NaNO % KNO % Ca(NO 3 ) ). A paraboloid ányéro olleor óuzponjában lévő elnyelő zereze levegő vagy hélium munaözeggel üzemelő Sirling moor hőcerélője zoo lenni. 38

46 .6. Hőárolá Ahogy a.. ejezeben olvahaó, a napugárzából zármazó energia elozláa időben nem állandó (6. ábra). Jelenő, előre i nem zámíhaó a napi ingadozáa, az év orán örénő (álagol) válozáa vizon elég jól izámíhaó jellege mua. A méréi adao elhaználhaó a napolleoro hőhaznoíó rendzere ervezéénél. 5. ábra Simío napenergia hozamo özö 45 o -o dőlézögű, déli ájoláú elüleen mérve [8] A haználai melegvíz-ogyazá, a űéi hőigény é a villamoenergia-igény zinén nem állandó, eze napözbeni, hei, évi válozáa i jellegzee ormá mua. A ogyazái züéglee mér adaoon alapuló, időbeni elozláána imereére zinén züég van a hőhaznoíó rendzere ervezéénél. 6. ábra Bruó hazai villamoenergia-elhaználá 0-ben [5] 39

47 A MAVIR Zr. adaai alapján Magyarorzág éve villamoenergia-elhaználáá havi bonában megjeleníő 6. ábrán láhaó, hogy a nyári időzaban i megjelen egy loáli cúc, amely a megnöveede hűéi é légondicionálái igényből adódi. A haználai melegvíz hőigény (P HMV ), a űéi hőigény (P F ), a villamoenergiaigény hőigénye (P E ), valamin napugárzából begyűjheő energiamennyiég (P S ) válozáá az év orán a 7. ábra muaja. A melegvíz-igény éve zinen nagyjából állandó. Fűéi hőigény oóber özepéől áprili özepéig jelenezi, a ülő hőméréleől üggően erően válozi. A villamoenergia-igény a éli hónapoban magaabb. 7. ábra Az energiazüégle é a napugárzából begyűjheő energia éve elozláa [5], [8] é [5] alapján ábrázolva 40

48 A napugárzából begyűjheő energia maximuma nyáron jelenezi. A begyűjé é a ogyazá éve zinű dizharmóniájából öveezi a zezonáli hőárolá züégeége. A napugárzából zármazó, a nap olyamán egyenelenül jelenező hőnyereégne a 4 órá cilura örénő egyenlee elozáára rövid időaramú hőároló zolgálna. Az időjárá álagoól való elérééne haáá özepe időaramú hőárolóval lehe iüzöbölni. A apazalao alapján 0- napo periódu ala a napugárzából zármazó energiaelozlá inegrálja megegyezi a öbb éve méréeen alapuló aiziai álaggal [5]..6.. A hőárolá elvi leheőégei, anyagai Technológiai zemponból a magaabb hőozinű hő éréeebb, mer nagyobb ermiu haáoal alaíhaó munává, iebb hőáadó elüleen adhaó á mái özegne. A maga hőozinű hő ároláa vizon nagyobb vezeéggel vagy nagyobb beruházái öléggel (jobb hőzigeelé) jár. Mivel a magaabb hőozinű hő éréeebb, a hőárolóba beölö é az onnan éőbb iüríe hő hőozinje leheőleg ne érjen el jelenően egymáól. Ez a öveelmény jó hőzigeeléel, nagyoú ermiu réegződéel é minél iebb zámú hőcerével érheő el. A hőárolá módjána megválazáaor ono zempon a nagy árolái energiaűrűég (nagy hőmennyiég ároláa i érogaban). A hő beároláa é éőbbi vizanyerée leheége minden olyan megordíhaó iziai vagy émiai olyama orán, amely egyi irányban hőelvevő, mái irányban hőleadó. A hőárolái módzere coporoíáa [5] alapján: - érzéelheő (zenzibili) hő ormájában, - reje (láen) hő ormájában, o olyadé-gőz áziválozá (orrá / ondenzáció), o zilárd-gőz áziválozá (zublimáció / dezublimáció), o zilárd-olyadé áziválozá (olvadá / agyá), 4

49 o zilárd-zilárd alloróp áalaulá (áriályoodá), - zorpció hő ormájában, - émiai energia ormájában örénő hőárolá. Érzéelheő hő ormájában örénő hőárolá A hőárolá a hőároló anyag elmelegíéével öréni. Az érzéelheőhő-árolá energiaűrűége aor nagy, ha nagy a hőároló anyag ajhője é űrűége i. A ermézeben nagy mennyiégben elérheő anyago özül legnagyobb ajhője a hidrogénne van (~4,3 J/gK, bar-on, 0 o C-on), ez övei a víz (~4, J/gK, 0 o C-on), majd az öze öbbi anyag (~0,03-3 J/gK) [0]. A hidrogénne i űrűége mia ici a érogai hőapaciáa. A vízé rendívül nagy (~4,8 MJ/m 3 K), de légöri nyomáon ca 00 o C-ig alalmazhaó. Folyéony hőároló anyagén haználhaó még a napugárzá oncenráló olleoro hőhordozó özegei i (Xcelherm-600, Therminol VP-, Dowherm A, zolár ó, HITEC, HITEC XL). Eze özül zolár hőerőműveben hőárolára leggyarabban a zolár ó (60% NaNO % KNO 3 ) olvadéa haználao (üzemi hőmérélearománya: o C, ajhője: ~,5 J/gK, érogai hőapaciáa: ~,84 MJ/m 3 K [4]), amely nem gyúléony, nem mérgező é nem i úl drága. Egye zilárd anyago érogai hőapaciáa (magnezi, orund) nagyobb űrűégü révén megözelíi a víz érogai hőapaciáá (~4,8 MJ/m 3 K), oal magaabb alalmazhaóági hőmérélehaáro melle (magnezi: 3,77 MJ/m 3 K, orund: 3,3 MJ/m 3 K, önöva: 4, MJ/m 3 K, [0]). Olcóága mia haználna érzéelheő hő ároló anyagén ozályozo avico, őzúzaléo (,5-,5 MJ/m 3 K), beon (0,8-,8 MJ/m 3 K), 0-00 o C hőmérélearományban pedig nedve ölde i (3,56 MJ/m 3 K) [0]. Jelen dolgoza előzményeén Árpád Iván oglalozo a zilárd öleű hőároló beoglaló geomeriai méreeine é a hőzigeelé vaagágána ölégzemponú opimáli ialaíáával [53]. Az [54], [55] zerini özleményeiben laóépülee egéz éve űéi é melegvíz hőigényéne bizoíhaóágá vizgála óuzál napenergiából, maga hőméréleű hőároláal pároíva (magnezi égla hőároló). 4

50 Köveezeéei alapján hő árolni érzéelheő hő ormájában: - maga hőméréleen, - nagy érogai hőapaciáú anyagban, - nagy méreben (i ajlago elüle = i ajlago hővezeég) érdeme. Megvizgála az [56] zámú özleményében a óuzál napenergiával örénő villamoenergia-ermelé leheőégé i maga hőméréleű hőároláal (magnezi égla hőárolóban). Meghaároza a hőároló (ölégüggvény alapú) opimáli beoglaló méreei é hőzigeelé-vaagágá, valamin az opimáli méreű hőároló eeében a hőelhazálá-hőárolá együe haáoá. Vizgála ülönböző méreű hőárolónál, ülönböző hőzigeelé-vaagágo eeében a hőelhazálá-hőárolá együe haáoá [57]. A Newon-éle lehűléi örvényből iindulva új özeüggé vezee le a ee lehűléi ebeége é ajlago elülee özö. Kuaáaiban nem oglalozo a hőároló belő geomeriai ialaíáával, ölééne é üríééne módjával, enne vizgálaá űzem i dolgozaom egyi ő eladaául. Reje (áziválozái) hő ormájában örénő hőárolá Bár a olyadé-gőz áziválozá hőigénye 5-50-zeree a zilárd-olyadé áziválozá hőigényéne, a zilárd-gőz áziválozá hőigénye pedig özelíőleg a zilárd-olyadé é a olyadé-gőz áziválozáo hőigényéne özege, a gőz nagy érogaa vagy nagy nyomáa mia eze a áziámenee hőárolára nem alalmaa. A zilárd-olyadé áziválozá hőigénye az alacony olvadáponú (0-400 o C) anyagonál álalában J/g, magaabb olvadáponú ( o C) anyagonál J/g [5]. Az álagona mondhaó ~00 J/g olvadáhőjű rejehő-ároló anyag hőároló épeége megolvadáor ugyanaora ömegű víz ~50 o C-al örénő elmelegíééhez züége hővel egyezi meg. Rejehő-árolára alalmaa mindazo az egy- vagy öbbomponenű anyago, amelye (egyomponenű anyag vagy eueium eeén) olvadáponja vagy (öbbomponenű anyag eeén) olvadái hőmérélearománya megelel az ado hőárolái célna. A hőároló anyago műanyag vagy ém áába [58], cövebe, apzulába [59] zoá öleni (jellemző vaagág vagy ámérő 3-50 mm), roz hővezeéi ényezőjű rejehő-ároló anyag eeén miroapzulába (-3 µm), a 43

51 hőhordozó özeg eze özö ááramolva adja le vagy vezi el a hő [60]. Maga hőméréleű hőárolá eeén ülő bordá cöveből álló cőöeg öpenyerében helyezedi el a hőároló anyag, a cöveben áramli a hőhordozó özeg [6]. A rejehő-ároló anyago özül az alacony olvadáponúa előorban épülee omorjána javíáára haználhaó (a ülő hőméréle-ingadozáo iimíáára), a maga olvadáponúa pedig erőművi hőárolái célra. Alacony (00 o C alai) olvadáponú rejehő-árolára alalma anyago: óhidráo (pl. Na SO 4 0H O, CaCl 6H O), óoldao, paraino, zírava [5]. Maga olvadáponú rejehő-árolára alalma anyago é olvadáponjai: NaNO (70 o C), NaNO 3 (308 o C), KNO 3 (334 o C), MgCl (74 o C), NaCl (80 o C), K CO 3 (89 o C) [5]. A rejehő-árolón ááramló hőhordozó özeg a hő válozó hőméréleel adja le vagy vezi el, míg a hőároló anyag a áziválozá orán állandó hőméréleű. A hőároló ilépő oldali végénél lecöenő hőméréleülönbég mia a hőároló belépő oldali végénél nagy ezdei hőméréleülönbégre van züég, emia a hőárolóba beölö hő hőozinjéne jóval magaabbna ell lennie a inyerheő hő hőozinjénél. A rejehő-árolóba beölö é belőle inyerheő hő hőozinje özöi ülönbég cöenheő, ha a hőárolá rézben érzéelheő hő ormájában öréni, vagy pedig ülönböző olvadáponú anyagoa aralmazó rejehő-ároló orba öéével [6]. A rejehő-ároló azád rendzerű orba apcoláa (8. ábra) egy rendívül nagy érogai hőapaciáú érzéelheőhő-árolóhoz haonlóan vieledi. 8. ábra Rejehő-ároló azád rendzerű apcoláa [6] alapján magyaríva 44

52 A rejehő-ároló ugyanolyan hőzigeelé igényelne, min a velü megegyező beárolái véghőméréleű érzéelheőhő-ároló. Adzorpció hőárolá Gázna, gőzne zilárd anyag elüleén örénő megöődéeor a ondenzáció hő nagyágrendjébe eő hőmennyiég zabadul el (ez a hőároló üríééne olyamaa). A hőároló ölée: az adzorben hőözléel örénő regeneráláa (az adzorbeál gáz, gőz lehajáa), amely rézben érzéelheőhő-ároláal i jár. Ha az érzéelheő hő árolááól eleinün (nem alalmazun ülönlegeen jó hőzigeelé), aor az adzorbenne a örnyezeől örénő légömör elzáráával orlálan ideig árolhaó a zorpció hő. Az adzorpció hőárolára alalma anyago nagy ajlago elüleel é póruérogaal rendelezne. Ilyen anyago: a zeolio (érogai hőárolái energiaűrűége ~675 MJ/m 3 ), a ziliagél (~790 MJ/m 3 ) [5]. (Özehaonlíául: a víz érzéelheőhő-árolái érogai energiaűrűége 0-90 o C özöi elmelegíé orán ~90 MJ/m 3.) Kémiai energia ormájában örénő hőárolá Erre a célra alalma minden megordíhaó émiai reació, amely zámoevő hőorgalommal jár. A elölé erméei ülön, hővezeég nélül árolhaó (amennyiben az érzéelheő hő elárolááól eleinün). Tölé: Üríé: C + hő A + B A + B C + hő A érogai hőárolái energiaűrűég álalában MJ/m 3 [5]. Ammóniabonáal é egyeíéel műödő, a hő émiai energia ormájában ároló, rövid időávú (ámenei) hőárolóval műödő zolár hőerőmű energeiai elemzéé muaja be a [64]-e özlemény, 8%-o özhaáoal. Kémiai energia ormájában örénő hőárolá eeében előnyöebb olyadé-olyadé vagy zilárd-olyadé reació alalmazáa (pl. Ca(OH) CaO + H O) [65]. A émiai energia ormájában örénő hőárolá a legnagyobb energiaűrűégű hőárolái orma, a árolá hozú ideig, ceély vezeéggel megoldhaó, de nagy beruházái ölégű, omplex echnológiá igényel. 45

53 .6.. Rövid időávú (ámenei) hőárolá melegvíz-ézíéi é űéi célra A napugárzá nem oncenráló olleoro az alacony hőozin mia melegvízézíére, épülee űéére, medencé vizéne melegíéére haználhaó. Ebben az eeben az ámenei hőároló vízarály, belő cőígyóval vagy ülő hőcerélővel, 00 o C alai árolái hőméréleel. A 9. ábrán í olleoro, éörö rendzer láhaó. 9. ábra Haználai-melegvíz ézíő, iegézíő épüleűő é medenceűő napolleoro rendzer [7] A napolleoro az indire űéű melegvízároló aló cőígyójá űi, az épüleűő rendzerbe ülő hőcerélővel űö puerárolón erezül egíene be, a medencé a vízorgaó örbe épíe hőcerélőn erezül űi. A melegvíz-ézíé a ároló elő hőcerélőjén erezül örénhe a puerárolóból vagy a azánnal. A medence a olleoroon ívül zinén űheő a azánnal i Megvalóul zezonáli hőároló melegvíz-ézíéi é űéi célra A öldelzín ala b. 6 méerrel már elenyéző az éve hőmérélei ingadozá, az oda elepíe hőároló örüli alaj néhány év ala ámelegzi, cöen a hővezeége, ezér a megvalóul zezonáli hőároló rézben vagy eljeen öldelzín alaia zoa lenni. Tipiuan alacony hőméréleű (00 o C alai), érzéelheőhő-árolára iejleze é haznál válozaai a öveező alapípuoba orolhaó be ([66], [68] alapján): - vize hőárolá (ölé/ üríé a víz zivayúzáával), o hőzigeel, merev alú vízarályban, max. 95 o C-on (0. ábra), 46

54 o óliával é hőzigeelő anyaggal bélel gödörben (medencében), önhordó vagy úzó, hőzigeel edéllel, max. 90 o C-on (. ábra), o ermézee, vízzáró réegeel örülve üregeben (avic- vagy őzeággyal), meerége hőzigeelé nélül, o C-on, aár m mélyégben (. ábra), - nedve alajban, őzeben örénő árolá, o víz-óder (víz-homo, víz-avic) öleű, hőzigeel árolóban, o C-on, a ölé/üríé regeneraív hőcerélővel vagy a víz ázivayúzáával öréni (3. ábra), o alajzondá (bélécöve hőcerélő) árolá (alajban, őzeben m mélyégig), ca elő hőzigeeléel, o C-on (4. ábra). Épüleűéi é melegvíz elláái célú, zezonáli hőároló épíée i méreben nagy hővezeéggel jár [69], [70], ezér eze a hőárolái módzere nagy méreben (i ajlago elüleel) gazdaágoa, vagyi nagyobb laóözöége hőigényei elégíhei i. 0. ábra Hőzigeel vízarály (TTES) [67]. ábra Fóliával bélel vízároló gödör (medence), önhordó vagy úzó, hőzigeel edéllel (PTES) [67] 47

55 . ábra Földalai ermézee vízározó (ATES) [68] 3. ábra Víz-óder (homo, öld) öleű, hőzigeel ároló (WGTES) [68] 4. ábra Talajzondá ároló (BTES) [68] 5. ábra Talajzonda (bélécöve hőcerélő) ípuo [68] 48

56 A megépül TTES vagy PTES ípuú, melegvize hőároló m 3 -ee [68]. Számo özülü Magyarorzágnál ézaabbra evő erüleeen (Némeorzágban [73], [74]; Svédorzágban, Dániában [7]) alálhaó. Egy ülönlege példa a védorzági Lyceboban alálhaó melegvize hőároló [7], amely egy 8x30 m erezmezeű, négyzögleeíe óruz alaú, m 3 érogaú, zilába váj, hőzigeelé nélüli barlang, a öldelzín ala 9 m-rel. A benne árol víz 90 o C-ig melegedhee. A rendzer 550 házará űé- é melegvízzüégleéne egy rézé vol hivao elláni 983-ól 00-ig, amior üzemeleéé bezüneé a zivárgáoból zármazó állandó vezeége növeedée mia. A BTES ípuú (alajzondá) hőároló árolóérogaa eléri a m 3 - i [68]. Ca olyan helyen léeíheő, ahol jelenéelen a mélyégi vízáramlá. A alajzondá elül, b. 5 m hozan hőzigeele, egymáól -3 m ávolágban, négyzögozában vanna leúrva. A olleoroól időben egyenlőlenül érező, elárolandó hő előzör ámenei hőárolóba erül (STTS), majd onnan vizonylag egyenleeen öli á a alajzondá, zezonáli hőárolóba [73], [74]. Különlege ialaíáú a 6. ábrán láhaó aerircheni (Némeorzág) hőároló [73], amely 30 házará űé- é melegvíz-züégleéne 50%-á lája el. Az ámenei hőároló 500 m 3 -e, oldalán é alján hőzigeelelen, beonalú melegvízarály, amelye 90 db, 30 m mélyre lenyúló alajzonda vez örül három gyűrűbe rendezve (0 500 m 3 -e alaj hőároló). Az ámenei hőárolóból ávozó vezeéghő egy réze így vizanyerheő. Az ámenei é a zezonáli hőároló öléi é üríéi hőmérélezinjeine ioláára hőzivayú alalmazna. 6. ábra Aerircheni ámenei é zezonáli hőároló [73] 49

57 Kanada dél-nyugai rézén, Oooban 007-óa üzemel az elő olyan özöégi, zezonáli hőároló (Drae Landing Solar Communiy [75], [76]), amely a izolgálandó caládi háza éve űéi hőigényéne öbb min 90%-á bizoíja. A é ele-nyugai ucában elhelyezedő, 5 db, ülönálló caládi ház mindegyie jól hőzigeel. A házahoz arozó garázo déli eőzeén özeen 93 m elüleű, í napolleor-rendzer gyűji a háza űééhez züége hő. A házeőön a melegvíz elláához züége, egyedi napolleoroa helyeze el. A garázeőön lévő napolleoroból (7. ábra) agyálló olyadé hőhordozó özeg zállíja a hő a HX- hőcerélőbe, ahol az áadja az ámenei hőároló (STTS) hideg arályából jövő vízne. Az ámenei hőároló (STTS) é 0 m 3 -e, evő, hengere arályból áll, amelyeben hozani erelőlemez egíi az áramláirányú hőmérélei réegződé ialauláá. A elmelegíe víz az ámenei hőároló meleg arályába erül. Az ámenei hőároló meleg arályából iebb ebeéggel öli á a hő a zezonáli hőárolóba (BTES). A zezonáli hőárolón ááramlo, lehűl víz az ámenei hőároló hideg arályába erül viza. Az ámenei hőároló meleg é hideg arálya iegyenlíő vezeéel van özeöve. A zezonáli hőároló (8. ábra) elülnézeében 37 m lapávolágú, nyolczög alapú haáb beoglaló geomeriában, egymáól 50 mm-re, négyzeozában elhelyeze, 44 db, 50 mm ámérőjű alajzondából (bélécöve hőcerélő) áll, amelye 35 m mélyre nyúlna le a alajba. A eején hőzigeel ároló érogaa m 3. A 4 rézre bono vízáram mindegyi árama 6-6 alajzondán halad á egymá uán, nagyjából ugárirányban, ielé. A hőárolóban ugárirányú hőmérélei réegződé jön lére, a hőároló paláelülee lez a legalaconyabb hőméréleű, ezér iebb a hővezeég, min egy homogén hőméréleű hőárolónál. A zezonáli hőároló üríéeor a vízáram a elöléel ellenée irányú. A zezonáli hőároló maximáli hőmérélee nyár végére a magban ~80 o C, álago árolái özhaáoa ~4%. Az épüleűéhez züége melegvíz az ámenei hőároló meleg arályából zállíja a hő a HX- hőcerélőbe, ahol áadja az épülee űéi örében eringee agyálló olyadéna, majd vizaér az ámenei hőároló hideg arályába. Az épüleűő ör iegézíő űéi leheőéggel rendelezi. 50

58 7. ábra A Drae Landing Solar Communiy [76] 5

59 8. ábra A Drae Landing Solar Communiy zezonáli hőárolójána vázlaa [75] A laóözöége épüleűéi é melegvíz-elláái hőigényei ielégíő, zezonáli hőároló orábbi válozaai a echniailag igényeebb, jól hőzigeel ípuo özül erüle i. A jelenleg épülő hőároló inább nagyobb érogaú, egyzerű, echniailag igényelenebb, rézben hőzigeel ípuúa (BTES, PTES). Eze vezeég hőáraműrűége nagyobb, de iebb a ajlago elüleü é iebb a ajlago beruházái ölégü i. A meerége hőzigelé nélüli ípuo ca a elepíéhez züége ermézee adoágoal rendelező helyeen épíheő Regeneráoro, min ámenei hőároló A regeneráoro régóa alalmazo, nagy hőapaciáú, érzéelheő hő ároló öleel elláo, jellemzően inacioner hőmérélei állapoú hőcerélő, rövid öléi-üríéi ciluidővel (0-700 ), amelyee nagy gázáramonál zoa alalmazni. A hideg é meleg gázáram időben el van válazva, de érben ninc. Belő ialaíáuból adódóan az áramló gázban mérheő i hőáadái ényező mia züége nagy hőáadó elüleel rendelezne. Maga hőméréleen (~300 o C-ig) ohóműveben, acélműveben, üvegiparban orró gázo hőaralmána egy rézé haznoíjá má gázo előmelegíéére. 5

60 Alacony hőméréleű válozaai (~ -70 o C) a levegő- é gázceppolyóíánál haználjá. Hőároló öleü űzálló égla (9. ábra), erámiagolyó, émlemez (acél, alumínium), huzalzöve, őze zoo lenni. A öle üre érogahányada álalában 0,4-0,7 örüli [04]. A hőároló ágy geomeriája álalában L/D<0 arányú (rövid hőároló). A églából elépíe ivielűee a jobb izíhaóág é iebb áramlái ellenállá mia előnyben rézeíi a zemcé vagy golyóölee válozaoal zemben [00]. Alapípuai: - nyugvó öleű, éamrá, válóüzemű regeneráor, ahol a amrá hőároló öleein elválva vezei á a meleg é a hideg özege (pl. Siemen-Marin emencé regeneráorai, Cowper.) - mozgó öleű (pl. Ljungröm), amelyne mozgó hőároló zerezee i ebeéggel orog a é, egymá mellei caornában vezee gázáramban. 9. ábra Néhány űzálló églaípu regeneráorohoz [00] A regeneráoro zámíáával, méreezéével öbbe özö a VDI Hea Ala [00] oglalozi rézleeen. 53

61 .7. Villamoenergia-ermelé zolár hőerőműben.7.. Szolár hőerőműve hőároló nélül vagy rövid időávú (ámenei) hőárolóval Az eddig megépíe nap-hőerőműve 0,5-354 MW eljeíményűe (a özel 70 erőmű együe beépíe eljeíménye ~, GW) [77]). Az előorduló ípuo a öveező zerin coporoíhaó [79]. A zolár olleor lehe: - parabolavályú (levegő, víz-vízgőz, zineiu ermoolaj, óolvadé hőhordozó özeggel), az üzemelő, nagyobb eljeíményű erőműve ez a olleorípu haználjá (USA: Solar Energy Generaing Syem, 354 MW; Spanyolorzág: Solnova, Andaol, Exreol, mindegyi 50 MWo) [77], - lineári Frenel üörrendzer (víz-vízgőz hőhordozó özeggel), a legnagyobb üzemelő erőmű eljeíménye 3,4 MW (Puero Errado, Spanyolorzág) [77], - orony heliozáoal (levegő, víz-vízgőz, óolvadé hőhordozó özeggel), a legnagyobb üzemelő erőmű eljeíménye 0 MW (PS0, Spanyolorzág), de épülőélben van 370 MW-o i (Ivanpah Solar Power Faciliy, USA) [77], - paraboloid ányér Sirling moorral (levegő vagy hélium munaözeggel), a legnagyobb üzemelő erőmű,5 MW eljeíményű (Maricopa Solar, USA) [77]. Alapípuai hőárolá zemponjából: - ámenei hőároló nélüli, iegézíő (ozili) űéel elláo, - ámenei hőároló (-5 óra időaramú; olvad ó, zilárd őze vagy erámia [80] öleű, érzéelheőhő-ároló; Ruh-hőároló), iegézíő (ozili) űéel vagy a nélül. A hőároló nélüli zolár hőerőműveben a napugárzá napi egyenelenége mia a olleor álal maximálian begyűjheő hőáram -,5-zeree zoo lenni a villamoenergia-ermelő örolyama maximáli eljeíményéhez arozó hőáramigényne (enne az ú.n. zolár zorzó -na a [8] irodalom zerini opimáli érée 54

62 ~,6), vagyi maximáli inenziáú napüénél a napüéből zármazó hőáram egy rézé nem haználjá el a hőároló nélüli zolár hőerőműveben. Ámenei hőároló erőműnél a hőárolá leheőége mia a zolár zorzó érée 3-4 [84]. A hőenergia villamo energiává örénő áalaíáána módja: - Ranine-Clauiu örolyama [8] (30. ábra), o vízgőz munaözegű, o zerve munaözegű (ORC) [83], - ombinál örolyama [8] (Brayon-Joule + Ranine-Clauiu) (3. ábra), - Kalina örolyama, - Sirling örolyama. A gyújóponjában Sirling moorral elzerel, paraboloid ányéro olleoroból álló nap-hőerőműparban jellemzően decenralizál a villamoenergia-ermelé, ezér ez eeben beépíe hőároló ninc. 30. ábra Ámenei hőároló zolár erőmű R-C örolyamaal (GF: gőzejlező) [8] alapján ábrázolva 55

63 3. ábra Ámenei hőároló zolár erőmű ombinál örolyamaal (HCS: hőcerélő) [8] alapján ábrázolva A megépíe zolár hőerőműve ámenei hőárolója [84] alapján lehe: - olyadé hőároló anyagú, érzéelheőhő-ároló, o dire ároló (a olleor hőhordozó özege maga a hőároló anyag), egyarályo (úzó dugayúval vagy hőmérélei réegződéel elválazo) [6], [63], éarályo (meleg arály, hideg arály) [85], o indire ároló (a olleor hőhordozó özege é a hőároló anyag özö reuperaív hőcerével adódi á a hő), egyarályo, éarályo [86], - zilárd hőároló anyagú, érzéelheőhő-ároló, o nyugvó ágya (a hőhordozó özeg ááramli a nyugvó hőároló anyagon, regeneraív hőcerével adódi á a hő [6], [63], [87], [88]), o mozgó ágya (az apró zemcé hőároló anyag zabadeé özben vagy luidizál állapoban vezi el vagy adja le a hő, a hideg é a meleg, zemcé hőároló anyago ülön arályoban ároljá [6], [63], [87]). 56

64 Épülőélben van (03. évi adao) 5 nap-hőerőmű -370 MW eljeíménnyel (özeljeíményü ~,5 GW). Tervezéi áziban van ovábbi 45 nap-hőerőmű 0, MW eljeíménnyel (özeljeíményü ~0, GW). Megjegyzendő, hogy a napenergiából zármazó villamo energia nagyobbi rézé jelenleg nem nap-hőerőműveben, hanem napeleme erőműveben állíjá elő. Például az Ameriai Egyeül Államoban (03. ebruári állapo) üzemelő, napenergiából villamo energiá előállíó erőműve álal zolgálao névlege eljeímény 8%-a napeleme, 8%-a nap-hőerőműből zármazi [78], az épülőélben lévő é a jelenleg erveze beruházáoal együ ez az arány a özeljövőben 79%:%-ra og válozni. 57

65 .7.. Szolár hőerőmű zezonáli hőárolóval Szezonáli hőárolóval üzemelő, villamoenergia-ermelő hőerőmű az eddig megépíe zolár hőerőműve özö még ninc. A űéi célú, zezonáli hőároló minájára alaíoam i a 3. ábrán láhaó leheége apcolá. 3. ábra Szolár erőmű R-C örolyamaal, ámenei é zezonáli hőárolóval Az ámenei hőároló eladaa a napugárzá napi ingadozáána iegyenlíée a villamoenergia-ermelő örolyama zámára, ovábbá puer épzée a zezonáli hőároló vizonylag egyenlee elölééne bizoíáára. Az ámenei hőároló i i a.7.. ejezeben leír ípuúa özül erülhe i. A zezonáli hőároló a.6.. ejezeben leíra özül bármelyi ípuú lehe: - maga hőméréleű, érzéelheőhő-ároló, - maga hőméréleű, zilárd-olyadé áziválozáihő-ároló, - zorpcióhő-ároló, - émiai energia alapú ároló. Nagy eljeíményű erőműve zezonáli hőárolóira haalma méree adódna, de az emberiég örénee orán már bizonyíoa, hogy épe haalma épíménye, berendezée megvalóíáára. 58

66 .8. Szolár erőműve özhaáoa A villamoenergia-ermelő, zolár hőerőműve özhaáoa a zolár olleor ípuáól üggően [79]: - parabolavályú: 0-4%, - lineári Frenel üörrendzer: 9-%, - orony heliozáoal: 4-9%, - paraboloid ányér Sirling moorral: ~0-5%. A 33. ábra ülönböző ípuú, villamoenergia-ermelő erőműve özhaáoá zemlélei, özü a megújuló energiaorráora ámazodó ípuoa i. 33. ábra Az erőművi özhaáo az egye erőművi echnológiá eeében [90] A villamoenergia-ermelő, zolár hőerőműve özhaáoa növelheő még néhány zázaléal a hőároló vagy a zolár olleormező elozáával [9]. A Ranine- Clauiu örolyama megcapol gőzzel örénő ápvíz előmelegíée helyeeíheő alacony hőméréleű zolár hővel örénő előmelegíéel [9], [93]. 59

67 .9. A hőerjedé dierenciálegyenlee é anna numeriu megoldáa A dolgoza árgyá épező zilárd öleű hőároló ölééne é üríééne leíráához züég van a hőerjedé maemaiai leíráára. Az érzéelheő hő ároló berendezé zilárd öleében é a hőárolón ááramló hőhordozó özegben örénő hőerjedé leíráára a hőerjedé álaláno dierenciálegyenlee zolgál (lád F Függelé), amelyne zár alaban örénő megoldáa nem imer. A hőerjedé álaláno dierenciálegyenleéből (az F Függelében bemuao módon) vezeheő le a Fourier-Kircho dierenciálegyenle (amely aor érvénye, ha az anyag homogén, izoróp, az anyagjellemző nem üggne a hőméréleől, ninc hőorrá, ninc nyelő, a ülő- é a érerő eljeíménye elhanyagolhaó, a özeg mozgái energiája nem jázi zerepe) w grad() a, (5) ahol hőméréle [ o C], τ idő [], w ebeég [m/], a hődiúziviái ényező [m /]. A eni dierenciálegyenlene ca egye peciáli eeeben imere a megoldáai, álaláno eeben numeriu, özelíő megoldáoal lehe a gyaorla zemponjából ielégíő ponoágú eredmény elérni. A numeriu megoldáo a öveező lehene [95]: - vége dierenciá módzere, - vége éroga módzer, - végeelem módzer, - peráli módzer. Dolgozaomban a Fourier-Kircho dierenciálegyenle numeriu megoldáára a vége dierenciá módzeré alalmazam, amelyne imereée az F Függelében alálhaó. 60

68 .9.. Szilárd öleű, érzéelheőhő-ároló műödéé leíró dierenciálegyenlee A zilárd öleű hőároló maemaiai modellezée orán egy-egy ülön dierenciálegyenleel írhaó le a zilárd hőároló anyag é az áramló hőhordozó özeg hőméréleéne időbeni é hely zerini válozáa. Mindé egyenlenél ezdei eléelre é a é özegne egymáal, valamin a örnyezeel való apcolaá leíró peremeléelere van züég. Az álalában ör erezmezeű, hengere, zilárd öleű hőárolóban a hőhordozó özeg a zilárd öleen erezül állandó vagy válozó erezmezeű áramlái caornában áramli. A hengerzimmeria mia az áramlá leírhaó hengeroordináarendzerben édimenzióén, a ugárirányú ermiu ellenállá elhanyagoláával pedig egydimenzióá egyzerűíheő. Az áramló hőhordozó özegben örénő hőerjedé leíró dierenciálegyenlebe beépíheő a zilárd öleel é a örnyezeel lérejövő hőáadáo apcolao leíró peremeléele i. A hőároló zilárd öleében örénő hőerjedé leíró dierenciálegyenle zinén megadhaó é- vagy egydimenzióén. A zilárd öleben örénő hőerjedé leíró egydimenzió dierenciálegyenlebe beépíheő az áramló hőhordozó özeggel é a örnyezeel lérejövő hőáadáo apcolao leíró peremeléele. Kédimenzió eeben a peremeléele ülön egyenleeén i megadhaó. A zairodalomban zámo, a zemcé, zilárd öleel elláo hőárolóban é a raja erezüláramló hőhordozó özegben örénő hőerjedé leíró dierenciálegyenlerendzer megadái módzer alálhaó. Kiváló özehaonlíó elemzé özöl Imail, K. A. R. é Suginy Jr., R. [97]. A öveező özeoglaló rézben ebből meríeem. A jelöléee a jelen dolgoza jelölérendzerére dolgozam á. A modelle (az (5) egyenlenél elorolaon ívül) álalában a öveező egyzerűíéeel élne: - a zilárd öleágy hengerzimmeriu, - hőugárzáal nem zámolna, - a zilárd ölezemcében ninc hőméréle-gradien. 6

69 Az (5) egyenleből zármazajá a ülönböző modellee a már elorol egyzerűíéeel. Kéáziú é egyáziú modellee hoza lére, amelyenél az x- oordináa a hengere ágy hozengelyébe ei, rá merőlege az r-oordináa. A. Egyáziú modelle Az egyáziú modelleben a zilárd ázi é az áramló hőhordozó özege azono hőméréleűne eini (innen az elnevezé), végelen nagy hőáadái ényező éelezne el özöü, é a hőerjedé egy dierenciálegyenleel írjá le. - Álaláno, D (édimenzió) modell A hőerjedé leíró dierenciálegyenle igyelembe vezi a hozirányú é a ugárirányú hővezeé, zámol a hozirányú onvecióval, aralmazza a örnyeze elé irányuló hővezeégre vonaozó peremeléel c ( ) c c w x ex er w a w ( ), x r r r (6) ahol a zilárd öleű ágy poroziáa [-], az áramló hőhordozó özeg űrűége [g/m 3 ], c az áramló hőhordozó özeg ajhője [J/gK], a zilárd hőároló anyag űrűége [g/m 3 ], c a zilárd hőároló anyag ajhője [J/gK], az áramló hőhordozó özeg é a zilárd hőároló anyag (egymáal megegyező) hőmérélee [ o C], w az áramló hőhordozó özeg álagebeége az áramlái caornában [m/], ex az eeív hővezeéi ényező egyáziú modellre hozirányban [99] [W/mK], er az eeív hővezeéi ényező egyáziú modellre ugárirányban [99] [W/mK], a örnyezei hőméréle [ o C], a w a zilárd öleű ágy ülő elülee az ágyérogahoz vizonyíva [m - ], w hőázármazaái ényező az áramló hőhordozó özeg é a örnyeze özö [W/m K]. - Álaláno, D (egydimenzió) modell A hőerjedé leíró dierenciálegyenle igyelembe vezi a hozirányú hővezeé, zámol a hozirányú onvecióval, aralmazza a örnyeze elé irányuló hővezeégre vonaozó peremeléel 6

70 e c ( ) x w a w c ( ). c w x (7) B. Kéáziú modelle A éáziú modelle é ülön dierenciálegyenleel írjá le a hőerjedé a zilárd áziban é az áramló hőhordozó özegben, amelye elérő hőméréleűe. - Álaláno, D-D (mindé özegben édimenzió) modell Az áramló hőhordozó özegben örénő hőerjedé leíró dierenciálegyenle igyelembe vezi a hozirányú é a ugárirányú hővezeé, zámol a hozirányú onvecióval, aralmazza az áramló hőhordozó özeg é a zilárd hőároló anyag özöi hőáadái peremeléel, é a örnyeze elé irányuló hővezeégre vonaozó peremeléel c a p ( w ) x w a w ( ex x ), er r r r (8) ahol az áramló hőhordozó özeg hőmérélee [ o C], a zilárd hőároló anyag hőmérélee [ o C], az áramló hőhordozó özeg űrűége [g/m 3 ], c az áramló hőhordozó özeg ajhője [J/gK], w az áramló hőhordozó özeg álagebeége az áramlái caornában [m/], ex az áramló hőhordozó özeg eeív hővezeéi ényezője hozirányban [99] [W/mK], er az áramló hőhordozó özeg eeív hővezeéi ényezője ugárirányban [99] [W/mK], a p a hőároló zilárd öle zemcéine elülee az ágyérogahoz vizonyíva [m - ], az áramló hőhordozó özeg hőáadái ényezője [W/m K]. A zilárd hőároló anyagban örénő hőerjedé leíró dierenciálegyenle igyelembe vezi a hozirányú é a ugárirányú hővezeé, aralmazza az áramló hőhordozó özeg é a zilárd hőároló anyag özöi hőáadái peremeléel ( ) c ex er a p ( ) x r r r, (9) 63

71 ahol a zilárd hőároló anyag űrűége [g/m 3 ], c a zilárd hőároló anyag ajhője [J/gK], ex a zilárd hőároló anyag eeív hővezeéi ényezője hozirányban [99] [W/mK], er a zilárd hőároló anyag eeív hővezeéi ényezője ugárirányban [99] [W/mK]. - Álaláno, D-D (mindé özegben egydimenzió) modell Az áramló hőhordozó özegben örénő hőerjedé leíró dierenciálegyenle igyelembe vezi a hozirányú hővezeé, zámol a hozirányú onvecióval, aralmazza az áramló hőhordozó özeg é a zilárd hőároló anyag özöi hőáadái peremeléel, é a örnyeze elé irányuló hővezeégre vonaozó peremeléel c w ex ap( ) w a w ( ). (0) x x A zilárd hőároló anyagban örénő hőerjedé leíró dierenciálegyenle igyelembe vezi a hozirányú hővezeé, aralmazza az áramló hőhordozó özeg é a zilárd hőároló anyag özöi hőáadái peremeléel ) c ex ap( ). () x ( - Schumann D-D (mindé özegben egydimenzió) modell Az áramló hőhordozó özegben örénő hőerjedé leíró dierenciálegyenle a hozirányú hővezeé nem vezi igyelembe, zámol a hozirányú onvecióval, aralmazza az áramló hőhordozó özeg é a zilárd hőároló anyag özöi hőáadái peremeléel, é a örnyeze elé irányuló hővezeégre vonaozó peremeléel c w ap( ) w a w ( ). () x A zilárd hőároló anyagban örénő hőerjedé leíró dierenciálegyenle a hozirányú hővezeé nem vezi igyelembe, aralmazza az áramló hőhordozó özeg é a zilárd hőároló anyag özöi hőáadái peremeléel ) c ap( ). (3) ( 64

72 Imail, K. A. R. é Suginy Jr., R. [97] özehaonlíó elemzééne végöveezeéei: - mindegyi módzerrel megoldhaó a zámíáo, - az egyzerűbb modelle (pl. a zéle örben haznál Schumann modell) rövidebb uáidővel zolgálana haználhaóan jó ponoágú eredmény, - a ponoabb modellene jóval nagyobb uáidőigényü van. A öveező ábláza a ülönböző modelle vége dierenciáon alapuló özelíéel örénő zámíáána az egyáziú, D modell uáidejéhez vizonyío relaív gépidőigényé haonlíja öze egy példazámíá eredményei alapján.. ábláza Fuáidőigénye özehaonlíó áblázaa [97] alapján Modell Relaív uáidőigény [-] Egyáziú, D modell Kéáziú, Schumann D-D modell 4, Kéáziú, álaláno D-D modell 7, Egyáziú, D modell 9,9 Kéáziú, álaláno D-D modell 80 Az opimálái eladao a zámíáo ozori elvégzéé igényli, ezér ono a minél rövidebb zámíái idő. Zhen Yang é S. V. Garimella [98] özleményüben varcővel ölö zilárd zemcé öleű, hengere hőároló elölééne é üríééne zimuláció zámíáá végeze óolvadé hőhordozó özeggel (HITEC: 7% NaNO % NaNO + 53% KNO 3 ). A hőerjedé leíró dierenciálegyenleee vége dierenciá módzerével oldoá meg. Meghaározá a árolái özhaáoo a Reynold-zám é a zemcemérehez vizonyío ároló magaág üggvényében. Számíáai eredményei méréeel i aláámazoá. A árolái özhaáo nem aralmaza a műödeéi munazüéglee. 65

73 3. Modellaloá é opimálá 3.. Egyidejű hő- é villamoenergia-ermelé leheőégei zezonáli hőároló alalmazáával Egy ogyazái egyég (egy caládi ház, egy elepülé, vagy aár egy orzág) P HMV haználai melegvíz hőigényéne, P F űéi hőigényéne é P E villamoenergiaigényből zármazó hőigényéne pillananyi özege ninc zinronban a P S napugárzából begyűjheő hőenergia-mennyiéggel (lád 7. ábra). Megvizgálam, hogy a leheőég é a ogyazái igény elvileg leheége caolái válozaainál hogyan alaul a zezonáli hőároló öléi-üríéi perióduaina záma. A begyűjheő hőenergia é a ogyazái igény leheége vizonya egy ogyazái egyégben hároméle lehe. Ha a begyűjheő hőmennyiég mindig nagyobb az igénynél, aor a hőgyűjő elelegeen úlméreeze, zine oha ninc eljeen ihaználva (34. ábra). A elelege beépíe apaciá elelege beruházái öléggel jár. Ebben az eeben zezonáli hőárolóra ninc züég. 34. ábra Felelegeen nagy apaciáú, ihaználalan hőgyűjő 66

74 Ha a begyűjheő hőmennyiég mindig iebb az igénynél (35. ábra), aor a hőgyűjő mindig eljeen i van haználva, de az igénye ielégíéére bármior elhaználhaó (pl. ozili) energiaorrára i züég van ( Kiegézíő űé a ábráon). Ebben az eeben inc züég zezonáli hőárolóra. 35. ábra Elégelen apaciáú, eljeen ihaznál hőgyűjő Ha a begyűjheő hőmennyiég élen iebb, nyáron nagyobb az igénynél, aor a hőgyűjő (zezonáli hőároló haználaa nélül) élen eljeen, nyáron ca rézben van ihaználva (36. ábra), az igénye ielégíéére bármior elhaználhaó (pl. ozili) energiaorrára i züég van (30-3. ábra iegézíő űée). Szezonáli hőároló haználaával vizon elérheő, hogy a hőgyűjő mindig eljeen i legyen haználva, má energiaorrára ne legyen züég. 36. ábra Köze apaciáú hőgyűjő ihaználága 67

75 Ahogy 36. ábrából iűni, a zezonáli hőárolóban elárolandó hőmennyiég nagy, a árolái idő hozú. A árolandó hőmennyiéggel a léeíéi ölége i (nem egyene arányban) növeedne, a árolái idővel pedig növeedne a árolái vezeége é/vagy a hőzigeelé ölégei. Kézenevő megoldá a árolandó hőmennyiég vagy a árolái idő cöenée. A árolandó hőmennyiég cöenée a ogyazái igényne a napugárzából begyűjheő hőmennyiég válozáához örénő jobb illezéével valóíhaó meg, amely ca nagyobb ogyazái egyég (pl. egy orzág) zinjén ivielezheő, vegye energiaermeléi örnyezeben. 37. ábra Villamo energiá ca nyári időzaban zolgálaó zolár erőmű 68

76 A 37. ábrán egy olyan növel hőgyűjő apaciáú, hő- é villamo energiá i ermelő, zezonáli hőároló, zolár hőerőmű eljeímény-idő diagramjai láhaó, amely ca a nyári időzaban zolgála (aor állandó eljeíménnyel) villamo energiá. Így a zezonáli hőároló apaciáa (méree) cöenheő. Továbbra i évi egy öléi é egy üríéi zaaz van. Egy villamo energiá ca nyári időzaban ermelő zolár erőmű beapcoláa az orzág zinű ogyazái egyégbe maga uán vonja a ozili üzelőanyagú é az aomerőműve eljeíményéne cöenéé ebben az időzaban (amior egyébén i iebb a ogyazá). A névlege eljeíménynél iebb eljeíménnyel üzemelő erőműve özhaáoa ermézeeen iebb lez, az elmarad proiról nem i bezélve. A é azonban az élheő örnyeze ennaráa. A hőgyűjő-apaciá ovábbi növeléével é a villamoenergia-ermeléi időza izéleíéével a öléi-üríéi ciluo záma háromra növelheő, a zezonáli hőároló árolái időarama pedig harmadára cöenheő (38. ábra), ezzel együ cöen a zezonáli hőároló züége apaciáa i. Ebben az eeben minden muaó az eddigi legjobb. A hőároló mindhárom öléi-üríéi zaazban má-má örülménye öz üzemel, nagy ihívá a legjobb zerezei ialaíá megervezée erre az eere. 38. ábra Villamo energiá é évzaban zolgálaó zolár erőmű A hőgyűjő apaciána a mindenori haználai melegvíz hőigényéne é a űé hőigényéne özege ölé örénő növeléével, ovábbá a villamoenergia-ermeléi 69

77 időza ovábbi (már nem végig állandó eljeíményű) izéleíéével é öléiüríéi cilu alaíhaó i (39. ábra). Újabb lépcő beiaáával ovább növelheő a öléi-üríéi ciluo záma, ezzel cöen a árolái idő é a hőároló züége apaciáa i. Haáreeben elvileg el lehene juni a hőároló nélüli megoldához (egéz évben válozó eljeímény melle), de a napugárzából begyűjheő energia egy napon belüli válozáa mia rövid időaramú árolóra eor i züég lenne. 39. ábra Villamo energiá három évzaban zolgálaó zolár erőmű Az egyidejű hő- é villamoenergia-ermelé aármelyi ípuá i ívánju megvalóíani zolár hőerőműben, zezonáli hőároló alalmazáával vagy a nélül, a nagyobb özhaáo érdeében célzerű apcol rendzer ialaíáa. Vagyi aor, amior villamoenergia-ermelé i olyi a űéi vagy melegvíz hőigény a ondenzáció hőből érdeme edezni. A zolár hőerőműve zezonáli hőároló nélüli alalmazáa vagy időzao villamoenergia-ermeléi célú, hozú időaramú hőárolóval örénő alalmazáa ronja a ozili energiahordozóal üzemelő hőerőműve ihaználágá. 70

78 3.. A erveze hőároló műödéi örülményei A dolgozaban leír, erveze é opimál, zilárd öleű, zezonáli hőároló a hő érzéelheő hő ormájában raározza. A zezonáli hőároló elé a napugárzából begyűjö hőmennyiég napza zerini é eeleg öbb napon áhúzódó egyenelenége mia ámenei ároló ell beépíeni, amelyből egyenleeen ölheő á a hő a zezonáli hőárolóba (3. ábra). Az ámenei ároló zámíáa nem árgya a dolgozana. Az ámenei árolóból gáz vagy olyadé halmazállapoú hőhordozó özeg zállíja a öléi zaazban a árolandó hő a zezonáli hőárolóba é adja le a zilárd ölene (zinén érzéelheő hő ormájában). Ugyanez a hőhordozó özeg vezi el a hő az üríéi zaazban a hőároló zilárd öleéől é zállíja a hőelhaználóhoz. A olyamao üzem egymá öveő öléi-üríéi ciluai ala időben válozó nagyágú hőáram vezeég ávozi a hőároló ülő hőzigeeléén á a örnyezebe. Műödéé einve a modelleze hőároló a 3.. ejezeben bemuao, a villamo energiá é évzaban zolgálaó zolár hőerőmű (38. ábra) zezonáli hőárolója lez. Ez a hőároló évi három elöléi-üríéi cilual üzemel, az egye ciluo ala má-má örnyezei hőméréle melle, mindegyi ciluban, időben máéppen válozó beölendő, majd üríendő hőárammal. A dolgoza célja a elöléi-üríéi olyama leíráán úl a ülönlege onrució árolái özhaáo zemponjából opimáli belő geomeriai méreeine é műödéi paraméereine meghaározáára zolgáló módzer idolgozáa, valamin a módzer zámíái eladaon erezül örénő bemuaáa. Az opimálá célüggvényéne érée időben hozan aró olyama numeriu zimulációjána zámíái eredményeiből haározhaó meg. A zimuláció eredményeen alapuló opimálá vége időn belül örénő elvégezheőége érdeében öbb, a zámíáo gyoríáá célzó egyzerűíéel elle élnem. Ezee az egyzerűíéee a 3.0. ejeze végén özegezem. 7

79 3.3. A hőároló ialaíáána alapelvei Az érzéelheő hő ároláára alalma, zilárd öleű hőároló ialaíáa elő meg ell ogalmazni azoa az igényee, amelyene egy jó hőárolóna meg ell elelnie. Eze a öveező: a. legyen nagy a hőárolái energiaűrűége (nagy érogai hőapaciáú, zilárd hőároló anyag megválazáa), b. a leheő legöbb hő legyen beölheő (megöheő a hőhordozó özeg álal odazállío hőből) a elöléi idő ala, c. az üríéi idő végén a leheő legeveebb haznoíhaó hő maradjon benn a hőárolóban, d. minél erőeljeebb hőmérélei réegeződé legyen elérheő a elölé é az üríé orán (a zilárd hőároló anyag elmelegede é még hideg réze özöi, válozó hőméréleű, ámenei zóna minél rövidebb legyen, enne előnyei a 3.5. ejezeben ogom bemuani), e. legyen ici az üzemeleé energiazüéglee,. legyen ici a hővezeég (jó hőzigeelé, i ajlago elüle), g. a hőhordozó özeg olcó é vezélyelen anyag legyen, h. legyen egyzerű a arbanará, i. legyen bizonágo az üzemeleé (i úlnyomá). Egy iválazo zilárd hőároló anyag, hőhordozó özeg, hőzigeelő anyag é vaagág, valamin iválazo műödéi elv eeén a b-c-d-e- ponoban elorol öveelménye alapján állíhaó öze az özehaonlíára alalma mennyiég (a célüggvény), amelyne a zélőéré-helyénél adódna az opimáli geomeriai méree é üzemeléi paraméere. Nevezzü ez a mennyiége özhaáona Qh id Qv Qr ö, (4) Q ap ahol Q h id egy öléi-üríéi cilu ala a hőárolóból hővezeég nélüli eeben vizanyerheő hőmennyiég (a hőároló elölé uáni é üríé uáni hőaralmána ülönbége ideáli eeben, vagyi a hővezeég igyelembevéele nélül) [J], Q v 7

80 egy öléi-üríéi cilu ala a hőároló haároló elüleén á a örnyezebe juó hővezeég [J], Q r a hőhordozó özeg zállíái eleromo munazüégleéne hőegyenérée egy öléi-üríéi cilu ala (az a hőmennyiég, amelyből az eleromo munazüégle egy hőerőműben előállíhaó lenne) [J], Q ap a hőároló maximáli érzéelheőhő-árolái apaciáa a hőhordozó özeg üríéori belépő é öléori belépő hőmérélee özöi arományban [J]. A jó özhaáoú, zilárd öleű hőároló ialaíáa elő érdeme megvizgálni a ölé é az üríé olyamaá ülönböző L/D arányoal rendelező hőároló eeén. 73

81 3.4. Rövid (L/D < 0) hőároló ölée é üríée A ejezee magyarázó ábrái a 3.8. ejezeben imeree cőcaorná hőároló egyjáraú é 68-járaú válozaána öléi é üríéi hőméréle-hely üggvényei özül zármazna. A engelyeen dimenziólan mennyiégee űneem el. Bármilyen églaípual vagy zemcé öleel rendelező érzéelheőhőárolóna jellegé einve az i bemuaoahoz haonló öléi é üríéi hőméréle-hely üggvényei vanna Rövid hőároló ölée Ha egy zilárd öleel elláo, 0 időpillanaban minden ponjában, hőméréleű hőárolón hozirányban, belépő hőméréleű, meleg hőhordozó özege áramolaun erezül, a hőhordozó özeg hőaralmána egy rézé hőáadáal áadja a zilárd hőároló anyagna. A zilárd anyag é a hőhordozó özeg hőmérélee érben é időben válozi, a olyama inacioner. A hőhordozó özeg é a zilárd anyag időben válozó hőméréle-hely üggvényei (rövid hőároló eeén) a ábráon láhaó, amelyeen nyíl jelzi a hőméréle-hely üggvénye időbeni () orrendjé. 40. ábra A hőhordozó özeg hőméréle-hely üggvényei a elölé orán rövid hőárolónál 74

82 4. ábra A zilárd hőároló anyag hőméréle-hely üggvényei a elölé orán rövid hőárolónál Az ábrából iűni, hogy a hőméréleválozái ron a zilárd anyagban é a hőhordozó özegben i egy-egy zigmoid görbezaazhoz haonló (az idő múláával lapoodó) ormában erjed a hőhordozó özeg áramlái irányába. A hőhordozó özeg é a zilárd anyag ilépő oldali hőméréleei egy ideig özel megegyező a, hőméréleel, majd mindeő növeedni ezd. Az idő előrehaladával a zilárd anyag ömegéne egyre nagyobb réze özelí a hőhordozó özeg, belépő hőméréleéhez. A hőméréle-hely üggvénye az idő előrehaladával örénő lapoabbá váláána oai a zámíáohoz haznál (a 3.. é 3.. ejezeben imeree) maemaiai modelle eeében: a hőhordozó özeg é a zilárd anyag cöenő hőméréleülönbége (hőáadái hajóereje) a hőméréleválozái ron legmeredeebb ponjáól balra é jobbra, valamin a zilárd hőároló anyagna a hőhordozó özeg áramláirányával párhuzamo irányú hővezeée. Valóágo eeben ezehez árulna még: a hőhordozó özeg áramláirányú hővezeée, a hőhordozó özegne az áramlái erezmeze menén válozó ebeégű áramlái proilja é a hőhordozó özeg hozirányú everedée i. 75

83 A hőhordozó özeg,v ilépő hőmérélee mindig a zilárd anyag ilépő oldali hőmérélee ölö van. A hőhordozó özegne a hőgyűjő berendezé elé vizaérő hőmérélee egyre magaabb lez, amelyne é hárányo öveezménye van: - a hőhordozó özeg a leadhaó hőaralmána egy rézé nem adja le a hőárolóban, - a magaabb vizaérő hőméréleű hőhordozó özeggel vagy ca megnövel ömegárammal lehe elvenni a hőgyűjő erüleen rendelezére álló hő, vagy nem haznoíju a hőgyűjő erüleen rendelezére álló hő egézé Rövid hőároló üríée Az üríéi zaazban (a öléi zaaz végő hőméréle-elozláából iindulva),ü =, belépő hőméréleű, hideg hőhordozó özege áramolaun erezül a hőárolón, a elöléi áramlái iránnyal ellenée irányban. A zilárd hőároló anyag é a hőhordozó özeg hőmérélee érben é időben válozi (4-43. ábra). 4. ábra A hőhordozó özeg hőméréle-hely üggvényei az üríé orán rövid hőárolónál 76

84 43. ábra A zilárd hőároló anyag hőméréle-hely üggvényei az üríé orán rövid hőárolónál Az ábráon láhaó, hogy a hőméréleválozái ron az üríé zaazában i zigmoid görbezaazhoz haonló ormában erjed a hőhordozó özeg áramlái irányába mindé özegben. A görbé ezdei lapoágána, ez öveő gyor meredeebbé váláána, majd újbóli lapoodáána oa a öléi zaaz végő hőméréle-elozláában ereendő. A hőhordozó özeg é a zilárd anyag ilépő oldali hőméréleei egy ideig özel megegyező a, hőméréleel, majd mindeő cöenni ezd. Az idő előrehaladával a zilárd anyag ömegéne egyre nagyobb réze özelí a hőhordozó özeg,ü belépő hőméréleéhez. A hőhordozó özeg,üv ilépő hőmérélee mindig a zilárd hőároló anyag ilépő oldali hőmérélee ala van. A hőhordozó özegne a hőhaznoíó elé előremenő hőmérélee egyre alaconyabb lez, amelyne é hárányo öveezménye van: - az egyre alaconyabb hőozinű inyerheő hő rozabbul haznoíhaó, - a cöenő ilépő hőméréleű hőhordozó özeggel az üríéi időn belül vagy ca megnövel ömegárammal lehe a hőároló maradé, haznoíhaó hőaralmá iüríeni, vagy nem haznoíju a hőároló maradé, haznoíhaó hőaralmána egézé (a haznoíhaó hő egy réze benne marad). 77

85 3.5. Hozú (0 < L/D) é exra hozú (0 << L/D) hőároló ölée é üríée Hozú hőároló ölée Abban az eeben, ha a hőároló hoza oal nagyobb, min az ámérője (ermézeeen válozalan ömegű zilárd hőároló anyago eléelezve), a hőméréleválozái ron a zilárd anyagban é a hőhordozó özegben i egy-egy az idő múláával lapoodó, de a rövid hőárolóénál oal meredeebb zigmoid görbéhez haonló ormában erjed a hőhordozó özeg áramlái irányába ( ábra). Kialaul egy erőeljeebb hőmérélei réegződé (rövid, válozó hőméréleű, ámenei zóna a zilárd hőároló anyag elmelegede é még hideg réze özö). A hőhordozó özeg é a zilárd anyag ilépő oldali hőméréleei oáig özel megegyező a, hőméréleel, é ca a öléi periódu végén ezdene növeedni. A ölé végén a zilárd anyag ömegéne jelenő réze a hőhordozó özeg, belépő hőméréleéhez özeli hőméréleen van. A hőméréle-hely üggvényene az idő múláával örénő lapoabbá váláa előnyelen, mer növeli a hőároló válozó hőméréleű zónájána L z hozá, ezálal ronja az ö özhaáoo (3.7. ejeze). 44. ábra A hőhordozó özeg hőméréle-hely üggvényei a elölé orán hozú hőárolónál 78

86 45. ábra A zilárd hőároló anyag hőméréle-hely üggvényei a elölé orán hozú hőárolónál A hőhordozó özegne a hőgyűjő berendezé elé vizaérő hőmérélee oáig alacony éréen arhaó, ezér: - a hőhordozó özeg a leadhaó hőaralmána ca i rézé nem adja le a hőárolóban, - a hőgyűjő berendezéhez vizaérő hőhordozó özeg hőmérélee ca rövid ideig (a öléi idő végén) lez maga Hozú hőároló üríée Az üríéi zaazban i megigyelheő, hogy a hőméréleválozái ron a hőhordozó özegben é a zilárd anyagban az idő múláával lapoodó, de a rövid hőárolóénál oal meredeebb zigmoid görbéhez haonló ormában erjed a hőhordozó özeg áramlái irányába ( ábra), eor i ialaul egy erőeljeebb hőmérélei réegződé. A hőhordozó özeg é a zilárd anyag ilépő oldali hőméréleei oáig özel megegyező a, hőméréleel, é ca az üríéi periódu végén ezdene cöenni. Az üríé végén a zilárd anyag ömegéne jelenő réze a hőhordozó özeg,ü belépő hőméréleéhez özeli hőméréleen van. A hőhordozó özegne a hőhaznoíóhoz előremenő hőmérélee oáig maga marad. 79

87 46. ábra A hőhordozó özeg hőméréle-hely üggvényei az üríé orán hozú hőárolónál 47. ábra A zilárd hőároló anyag hőméréle-hely üggvényei az üríé orán hozú hőárolónál 80

88 3.6. A rövid é a hozú hőároló özehaonlíáa A hozú hőároló előnyei a rövid hőárolóval zemben: - öléor a hőgyűjő berendezéhez vizaérő hőhordozó özeg hőmérélee oáig alacony, - üríéor a hőhaznoíóhoz előremenő hőhordozó özeg hőmérélee oáig maga, - az egy öléi-üríéi cilu ala a hőárolóból vizanyerheő (a ábra vonalázo erüleeivel arányo) hőmennyiég nagyobb. Az egy öléi-üríéi cilu ala a hőárolóból vizanyerheő hőmennyiége özöi ülönbég még nagyobb a hozú hőároló javára, ha: - elöléor a hőhordozó özegne végig alacony ilépő hőméréleűne, - üríéor pedig végig maga ilépő hőméréleűne ell lennie. 48. ábra A rövid hőárolóból egy öléi-üríéi cilu ala vizanyerheő hőmennyiéggel arányo erüle 8

89 49. ábra A hozú hőárolóból egy öléi-üríéi cilu ala vizanyerheő hőmennyiéggel arányo erüle A hozú hőároló előnyei a rövid hőárolóval zemben az erőeljeebb hőmérélei réegződéből aadna. A hőhordozó özegben é a zilárd hőároló anyagban a hőhordozó özeg áramlái irányába zigmoid görbéhez haonló ormában erjedő hőméréleválozái ron az adzorpció hullámhoz haonló, de az idő előrehaladával lapoodó görbe. A zemcé öleű adzorpció ozlopban előrehaladó adzorpció ronhoz haonló hőmérélei réegződé megvalóíhaóága ee leheővé a jó haáoú hőároló ialaíáá. 8

90 3.7. A azád rendzerű hőároló alapgondolaa Ahogy az előző ejezeből iűni, a hozú hőároló a benne ialaíhaó erőeljeebb hőmérélei réegződé mia az egy öléi-üríéi cilu ala iüríheő hőmennyiég nagyága alapján előnyöebb a rövid hőárolóval zemben (mindé ialaíánál ugyanaora ömegű zilárd hőároló anyag beépíéé eléelezve). A hozú hőároló ovábbi előnye az, hogy a hőhordozó özegne a iebb áramlái erezmeze menén örénő egyenleeebb elozáa önnyebben bizoíhaó, min a nagy erezmezeű, rövid hőároló eeében, ahol az egyenlee elozá bizoíáa legalább olyan omoly é ölége echniai elada, min egy i érogaáramú, nagy erezmezeű olyadéromaográ eeén. A hozú hőároló hárányai a rövid hőárolóval zemben: - nagyobb a hőhordozó özeg zállíái eljeíményzüéglee (mer nagyobb az áramlái ebeég é nagyobb az áramlái úhoz), - nagyobb a ajlago ülő elülee, ezálal nagyobb a örnyeze elé irányuló hővezeég. A hőhordozó özeg zállíái eljeíményzüégleéne cöenée A hozú hőároló öléi é üríéi hőméréle-hely üggvényeiből ( ábra) iűni, hogy a hőméréleválozái ron egy ado időpillanaban ca a elje hoz egy rézére orláozódi. Kézenevő megoldána aroam a hozú hőároló zaazora bonáá é az egye zaazona a hőhordozó özeg áramlái úvonalából örénő iiahaóágána bizoíáá. Nevezzü ezee a hőároló zaazoa járaona. A azád rendzerű hőároló eeében ca azoon a járaoon ell erezülvezeni a hőhordozó özege, amelyeen a hőméréleválozái ron éppen áhúzódi, ezzel cöenheő a hőhordozó özeg zállíái eljeíményzüéglee. A örnyeze elé irányuló hővezeég cöenée A hőárolóna a örnyeze elé irányuló hővezeége aor a legiebb, ha a legiebb ajlago elüleű geomeriával ézül el. Az ideáli geomeria a gömb lenne, ez övei a H/D = arányú henger, majd a H/S = arányú, zabályo n-oldalú haábo (eléelezve, hogy mindegyi lapon nagyjából azono a hőáraműrűég vezeég). Gyaorlai zemponból a gömbala nem jöhe zóba. A zabályo, n- 83

91 oldalú haábo özül a 3, 4 é 6 oldalzámúa alalmaa arra, hogy hézagmeneen egymá mellé helyezve, henger özelíő alazaá épíü öze őe. Én a méhe bölceégé izeleben arva a zabályo hazög alapú haábo válazoam. A [75] zerini, Drae Landing Solar Communiy, nedve öld hőároló anyagú, zezonáli hőárolójána elvi elülnézei rajzán (8. ábra) láhaó, hogy öléor a meleg hőhordozó olyadéo a hőároló özepén elhelyeze alajzondába (bélécöve hőcerélő) vezei be, majd ugárirányban egyre ijjebb lévő alajzondáon halad á. A iűnően ágondol elrendezéne özönheően a négyzeozában, egymáól 50 mm-re lévő alajzondá mindegyiéhez ugyanaora hőároló anyagéroga arozi. A 4 rézre bono olyadéáram mindegyi árama 6-6 darab alajzondán halad á, nagyjából ugárirányban, ielé. A elöléor belülről ielé haladó olyadéáram ugárirányban hozza lére a hőmérélei réegződé, amelyne öveezében mindig a hőároló paláelülee lez a legalaconyabb hőméréleű, ezér iebb a hővezeég, min egy homogén hőméréleű hőároló eeében. Megjegyzendő, hogy a ugárirányban lérejövő hőmérélei réegződé az egymáól vizonylag nagy ávolágban elhelyeze alajzondáal megvalóíhaó elölé é a hőároló alajban lérejövő, ielé irányuló vezeée hőáram mia nem úl erőelje. Egy hozú hőároló nagyobb ajlago ülő elülee miai nagyobb hővezeége eljeen iüzöbölheő H/S arányú, zabályo n-oldalú haáb burológeomeriában elhelyeze, pirálian orba öö járaoból elépíe elrendezéel. A azád rendzer gondolaa már ellelheő a parabolavályú Andaol- (Spanyolorzág) 7,5 órá ámenei hőárolójána ialaíánál [87], [88], [89], amely 63 db,,6x4x8 m méreű, belül hozirányban cöveze, beon hőároló bloból áll (a 7 párhuzamo ág mindegyiében 9-9 db egyég van orba öve). A hőhordozó özeg ermoolaj, amely a hőároló egyége beonba ágyazo cöveiben áramli. A azád rendzer ez eeben előorban a gyárhaóág é a bővíheőég öveezménye. A hőároló egyége egy zinen, egy églalap alaú erüleen, vanna elhelyezve, ami nagyobb hővezeéggel jár, min a ompaabb, iebb elüleű, ömbben örénő elhelyezé eeén. 84

92 3.8. Cőcaorná églából elépíe hőároló ialaíáa é műödée Az álalam ialaío hőároló járaai zabályo hazög alapú haábo, amelye egymáól lemezöpennyel é hőzigeeléel vanna elválazva. A lemezöpeny a hőhordozó özeg bennaráára, a hőzigeelé a zomzédo járaoal örénő hőcere cöenéére zolgál (50. ábra). 50. ábra Cőcaorná hőároló jára méreeze elülnézee L,, L6 a hőároló jára geomeriai méreei [m], S j a hőzigeel, cőcaorná hőároló jára lapávolága [m], d é hőároló jára özöi hőzigeelé vaagága [m], é caorna ozáávolága = egy caornához arozó, hazög alapú haáb alaú hőároló anyagréz lapávolága [m], h é caorna özöi legiebb anyagvaagág [m], N c a hőároló jára caornáina záma [-], n c a hőároló jára oldalhoz meni caornáina záma 85

93 Az 50. ábra elvi ialaíá üröz, ahol ő cél az áláhaóág vol, a caorná záma (N c ) az opimáli megoldáonál az ábrán láhaó caornazámnál jóval nagyobb lez. Az ábrán a meghaározó geomeriai méree melle el van üneve a caorná záma (N c ) é az oldalhoz meni caorná záma (n c ) özöi özeüggé, melleü zárójelben az ábra auáli éréeivel izámíva. A cőcaorná églában iépze, ör erezmezeű caorná egyenlő oldalú háromzög-ozában helyezedne el. Egy-egy caornához jól deiniál, hazög alapú haáb alaú (özépen urao) zilárd hőároló anyagéroga arozi (az ábráon caornánén zaggao vonallal örülhaárolva), amely a zámíáo orán jól özelíheő ugyaneora zilárd hőároló anyagérogaú cővel (5. ábra). 5. ábra Az egy caornához arozó hőároló anyagréz elvi özelíée é méreei d a hőároló caorna belő ámérője [m], d a hőároló caornához arozó hőároló anyagerezmeze egyenéréű ülő ámérője [m], é caorna ozáávolága = egy caornához arozó, hazög alapú haáb alaú hőároló anyagréz lapávolága [m], h é caorna özöi legiebb anyagvaagág [m] A járao cőcaorná églából épülne el, az egymára épíe églá cőcaornái a jára elje magaágán végiguó, olyono caornáa alona. Egy jára erezmezei méreeinél ogva nem alaíhaó i a jára elje erezmezeében egyelen églából. Az 5. ábra é leheége elozá mua. 86

94 5. ábra Egy jára erezmezeéne leheége elozáai A hőároló jára elépíéeor az egye églaréege elhelyezheő öében a mináza réegenéni 60 o -o elorgaáával (53. ábra). 53. ábra A églaréege öében örénő egymára épíée Az egymához illeze, zabályo hazög alapú haáb alaú járaoból épül el a hőároló, amelyne burolóelülee zinén zabályo hazög alapú haáb, leheőég zerin H/S aránnyal a iebb hővezeég céljából, pirálzerűen orba öö járaoal ( ábra). 87