Fázisváltó anyagok az energetikában 2014.09.25. Kárpát-medencei Magyar Energetikai Szakemberek XVIII. Szimpóziuma
Tartalom Fázisváltó anyagok bemutatása Felhasználás kapszulába ágyazva Folyamatban lévő mérőállomás építés Tömbös felhasználás lehetőségei Összefoglalás 2/30
Fázisváltó anyagok (PCM) bemutatása Olyan energiatároló anyagok, melyek a halmazállapot változás közbeni látens hőt is felhasználják, így nagyobb energiasűrűséggel raktározzák el a hőenergiát, melyet szükség esetén képesek felszabadítani. Pozitív Nagy energiasűrűségű tárolás Kis hőingás Sokféle olvadási hőmérséklet Könnyű tárolás Mobilitás Olcsó Negatív Időben változó hőtani tulajdonságok Alacsony hővezetési tényező Sűrűségváltozás Sok ciklus utáni változás Fázis szegmentáció Folyadék aláhűlés Reagens, korrozív, gyúlékony 3/30
Fázisváltó anyagok (PCM) bemutatása Olyan energiatároló anyagok, melyek a halmazállapot változás közbeni látens hőt is felhasználják, így nagyobb energiasűrűséggel raktározzák el a hőenergiát, melyet szükség esetén képesek felszabadítani. Szerves (paraffin, zsírsav) Kémiailag stabil Magas olvadáshő Kompatibilis Rossz hővezetés Tűzveszélyes Szervetlen (só, sóhidrát) Fajlagos hőtároló képessége magas Olcsó Nagy térfogatváltozás aláhűlés BioPCM 4/30
Fázisváltó anyagok (PCM) bemutatása 5/30
Fázisváltó anyagok (PCM) bemutatása 6/30
Fázisváltó anyagok (PCM) alkalmazásai Egyiptom i.e. 2500 párologtatás Bagdadi kalifa hóval töltött fal Téglába impregnálva Napkollektoros tároló Csecsemő hálózsák Síruha Söröshordó hűtése 7/30
Tároló méretezése Állandó teljesítményen üzemeltetett kazán méretezésének menete 8/30
Tároló méretezése Állandó teljesítményen üzemeltetett kazán méretezésének menete 9/30
Rendszerkialakítás 10/30
Töltési eset 11/30
Kisütési eset 12/30
Hőtani modell Cél: időben és térben meghatározni a tároló paramétereit Tároló: NA250-es jól szigetelt 1,5 m-es cső 78 kg nátrium-acetát-trihidrát töltet 55 mm-es kapszulák T vi T vi+1 13/30
Hőtani modell Cél: időben és térben meghatározni a tároló paramétereit Tároló: NA250-es jól szigetelt 1,5 m-es cső 78 kg nátrium-acetát-trihidrát töltet 55 mm-es kapszulák T vi T vi+1 14/30
Hőtani modell m v c p,v T v m v c p,v T v + T v x x = k v A x T v T PCM + k S π D x T v T + ρ v A x ε c p,v T v τ T v,i+1 = T v,i T v,i T PCM,i 1 e NTU N k V A x T v T PCM = ρ PCM A x 1 ε c p,pcm dt PCM dτ n+1 H PCM,i = m v c p,v dτ NTU ρ PCM 1 ε A L T v,i n n T PCM,i n + H PCM,i 15/30
Hőtani modell α Nu Re k 0 k v NTU y n n+1 H PCM,i = m v c p,v dτ NTU ρ PCM 1 ε A L T v,i n n T PCM,i n + H PCM,i 16/30
Hőtani modell elemzése Töltési Tartályból Folyékony idő A fázisváltó a belépő kilépő részarány anyag víz víz hőmérsékletének hőmérséklete entalpiája változása az az idő és idő függvényében tömegáramának függvényében 17/30
Hőtani modell Cél: időben és térben meghatározni a tároló paramétereit 18/30
Csőkígyó optimális kialakítása 19/30
Modell a falba építésre 20/30
Falba építés vizsgálata 21/30 Falba építés esetén a rétegfogyás
Falba építés vizsgálata Kívülről: Napléghőmérséklet T w = t k + q s α k Belülről: Hőfejlődés + Szoláris hőnyereség Csillapítási és késleltetési tényező: q PCM,k τ = κ k ν T w τ ε T m 22/30
Falba építés vizsgálata Hűtési igények PCM-mel és PCM nélkül 65%-al kisebb csúcs 23/30
Falba építés vizsgálata 24/30 Fűtési igények PCM-mel és nélkül
Falba építés vizsgálata 25/30 Hőkomfort vizsgálata PCM-mel és nélkül
Falba építés vizsgálata 26/30
Falba építés értékelése 66% csökkentett hűtési energia 65%-kal kisebb hűtési csúcs 35% csökkentett fűtési energia 50%-kal csökkentett diszkomfort 2500 kg/év-vel kevesebb CO2 kibocsátás 27/30
Magyarországi potenciál vizsgálata Legmagasabb külső hőmérsékletek gyakoriság és eloszlás diagramja 28/30
Összefoglalás és további célok Tartály megépítése Hőtani modell validálása mérésekkel Szabályozási függvények kidolgozása Sokrétű felhasználhatóság Viszonylag olcsó, 6-10 év megtérülési idő Energiafelhasználás csökkenése 29/30
Köszönjük a megtisztelő figyelmet!