Ocena PCM z wodą i parafiną jako nośników pamięci do zastosowań w termografii
Ocena wody i parafiny PCM jako nośników pamięci do zastosowań terminologicznych
zastosowanie magazynowania energii: zwolnienie numeryczne
Christos Pagkalos, George Dogkas, Maria K. Koukou * , John Konstantaras, Kostas Lymperis,
Michail Gr. Vrachopoulos
Uniwersytet Narodowy i Kapodistriasa w Atenach, Wydział Ogólny, Laboratorium Badań Energetycznych i Środowiskowych, 34400, kampus Psachna, Evia, Grecja
INFORMACJE O ARTYKULE
Historia artykułu:
wymagano 3 października 2019 r.
Zaktualizowano 22 listopada 2019 r.
Przyjęto 22 listopada 2019 r.
Dostępne online xxx
ABSTRAKCYJNY
W celu uzyskania informacji na temat właściwości fizycznych badano dwa różne media magazynujące ciepło: wodę i materiał zmiennofazowy parafinowy .
Zastosowanie i możliwość wykorzystania w użytkowym magazynowaniu energii cieplnej. Wykorzystując komercyjne technologie obliczeniowe
Oprogramowanie do dystrybucji płynów , symuluje proces ładowania dwóch materiałów, a wyniki są widoczne na
Zastosowana energia, temperatura materiału magazynującego i temperatura wylotowa przenoszącego ciepło . Geometryczna
Charakterystyki domeny obliczeniowej są wybierane zgodnie z komercyjnym korzystaniem z ciepła
Wymienniki ciepła do zastosowań w magazynowaniu ciepła. Zastosowane są dwie różne długości rur i dwie różne prędkości zasilania.
Do porównania procesu przetwarzania, gdy temperatura jest przenoszona na ciepło i temperaturę początkową
Charakterystyka systemu jest taka sama dla wszystkich użytkowników. Wyniki ukazały się, że dla tej samej wagi
w przypadku wielu nośników magazynujących materiał eksploatacyjny fazę może przechowywać więcej energii niż woda, przy zachowaniu tej samej wartości
temperatura przenosząca ciepło , zgodnie z oczekiwaniami. Wraz z podwojeniem dystrybucji, ta sama energia jest magazynowana w
media, ale w mniej więcej średniego czasu. Symulacja pobierana przez rozszerzenie pamięci masowej
badanego układu o około 4,1 raza, gdy zamiast tego wykorzystuje się materiał o zmiennym składzie i
Regulacja temperatury medium zarządzającego w trakcie procesu. Wykazano również, że stosowane
energia jest około 6,6 razy większa dla rur o długości 6,6 m niż dla rur o długości 1 mi jest grafalna do
Masa akumulacji ciepła. Czas trwania procesu nie jest proporcjonalny do ciężkiego uszkodzenia akumulacji ciepła.
średnia masa, gdy wykorzystuje się wodę jako medium magazynujące ciepło, prawie podwaja się, co daje rurkę 6,6 razy,
Podczas gdy w przypadku materiału zmiennofazowego czas trwania wydłuża się tylko około 1,5-krotnie.
© 2019 Autorzy. Opublikowane przez Elsevier Ltd. Artykuł jest dostępny w otwartym dostępie na licencjach CC BY-NC-ND.
( http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ )
Słowa kluczowe:
Kontrakt CFD
PCM
Woda
Składowanie
Ciepło utajone
Ciepło odczuwalne
1. Wprowadzenie
Obecnie wyzwaniem rozwoju środowiska jest jedno z
Głównego współczesnego świata. Wyczerpywanie się zasobów paliw kopalnych i
środowisko jest napędem napędowym technologii
przyszłe. Wśród sposobów zastosowania rozwoju środowiska
Zdolność do wykorzystania i optymalizacji energii odnawialnej. Energia
magazynowanie jest zużywaniem energii i energii, zużywaniem energii
dostępność i dostępność energii często nie są dostępne w czasie.
trzy główne systemy magazynowania energii cieplnej:
magazynowanie energii utajonej i termochemicznej [1 , 2] . W SHS,
energia jest magazynowana poprzez podniesienie temperatury materiału, zwykle
Stałe lub ciekłe. LHS można znaleźć w pomocy PCM, czyli materiałach
są wysokie, utajonym ciepłem topnienia, które poprzez topienie lub
krzepnięcia mogą odpowiednio magazynować lub dostarczać ciepło [ 3 , 4] .
zastosowanie magazynu termochemicznego, które następuje poprzez odwracalną
reakcje chemiczne i ma tę zaletę, że prawie nie ma strat podczas
włącz ciepło i ciepłą energię energetyczną. System LHS jest super-
lepszy sposób magazynowania energii cieplnej ze względu na jej straty w magazynowaniu
i izotermiczny charakter procesu magazynowania. Porównanie
Magazynowanie ciepła utajonego i jawnego okazało się, że ponowne magazynowanie jest zwykle
5 10 razy więcej można zastosować jednostki magazynujące ciepło utajone
[5 7] .
Dostępna możliwość pozostawienia kandydatów
daty dotyczące magazynowania ciepła utajonego w szerokim zakresie temperatur
[8 , 9] . Wiele przeglądów różnych materiałów lub różnic pod kątem różniczkowym
opublikowano różne aplikacje [4 6] , najnowsze
Postęp w zakresie materiałów materiałowych PCM można znaleźć w [9] . W zwykłym PCM-
materiały do magazynowania ciepła, PCM-y są zaliczane do głównych jako magazyny ciepła odpadowego
zbiorniki do zastosowań przemysłowych, zastosowań w odpadach
zastosowanie, nawet ogniw paliwowych [9] . PCM-y są określone zgodnie z ich
zakresy temperatury roboczej ( od 20°C do +200°C i powyżej). wcześniej
cztery różne zakresy temperatury w zależności od zastosowania: zastosowanie
zakres temperatur ( 20°C do +5°C), w którym PCM-y są zwykle
łatwy w chłodnictwie i komercyjnym; w niskich i średnich temperaturach
zakres temperatur (od +5°C do +40°C), w którym stosuje się PCM-y
do zastosowań grzewczych i chłodniczych w odbiornikach; średni
* Autor korespondencyjny.
Adres e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. , This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. (MK Koukou).
https://doi.org/10.1016/j.ijft.2019.100006
2666-2027/© 2019 Autorzy. Wydawca: Elsevier Ltd. Artykuł jest dostępny w otwartym dostępie na licencji CC BY-NC-ND. ( http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ )
ARTYKUŁ W PRASIE
JID: IJTF [m5G;10 grudnia 2019;9:05]
Prosimy o wspomnienie tego artykułu jako: C. Pagkalos i in., Ocena wody i parafiny PCM jako nośniki pamięci do wykorzystania w magazynowaniu energii cieplnej
Zastosowania: zwolnienie numeryczne, International Journal of Thermofluids ( 2019), https://doi.org/10.1016/j.ijft.2019.100006
Międzynarodowe czasopismo termopłynów 000 (2019) 100006
Spis treści dostępny na stronie ScienceDirect
Międzynarodowe czasopisma termopłynowe
stronaa czasopism: www.elsevier.com/locate/ijtf
zakres temperatury dla ogrzewania słonecznego, zasilacza i elektroniki
zastosowania (+40°C do +80°C) iw zakresie temperatur (+80°C
do +200°C lub powyżej) do oznaczenia absorpcyjnego, odzysku ciepła odpadowego i
wytwarzanie energii elektrycznej [7] .
Różnica pojemności systemów magazynowych SHS i LHS
Zasilanie w zakresie energii słonecznej do ogrzewania domów
Produkcja wody. Huang i in. badali ją za pomocą modeli matematycznych
System magazynowania energii słonecznej w gospodarstwach domowych
produkcja produkcja wody [10] . W systemie dostępnym oddzielnie system wodny,
zbiornik i zbiornik PCM. Wydajność magazynu systemu odprowadzającego
z zbiornika zbiornika PCM. Wyniki modeli dających
Wzrost energii słonecznej o 30%, gdy oba zbiorniki były łącznie
w przypadku odprowadzania do zbiornika wody. Jednak ze względu na niski współczynnik przenikania ciepła
zbiornik PCM w poznaniu do zbiornika na wodę, źródła
że dziesięć jest przeznaczone tylko dla baterii słonecznych
system w ciągu dnia. Zmagazynowana energia pobieraj wody
zbiornik był odprowadzany lub odprowadzany niż zbiornik z obydwoma
zbiornik na wodę i PCM, w zależności od powierzchni kolektorów słonecznych
i zasilacz rurowy wymiennik ciepła. Castell w Badali
eksperymentalnie zamknięte dwa zbiorniki o tej samej wielkości [11] . Jeden zbiornik był
napełniony tylko wodą, a drugi zbiornik również napełniony był wodą
ale na górze płyty PCM. Zbiornik z dodanym eksponatem PCM
ilość posiadacza energii, która jest chroniona przed szkodliwym działaniem.
Prieto i in. zastosowali kilka modeli w celu zbadania per-
powstanie systemu mikrokogeneracji cieplnej zależnego z
system magazynowania energii cieplnej [12] . Trzy systemy magazynowania energii cieplnej
zbadano systemy: jeden z PCM skład palmitynowego, drugi z
RT60 parafina PCM i jedna z wodą. System z kwasem palmitynowym
kwas wyciągnięty poza czas ładowania i rozładowywania niż
z RT60 i RT60 z kolei wyprzedzonej przez czas trwania niż sensy-
system ogrzewania wodnego. Dodatkowy, dodatkowy współczynnik przenikania ciepła i
urządzenie o większej ilości zgromadzonej energii w składzie palmitynowym niż
w systemie wodnym. Nkwetta i in. zbadali domowy system odprowadzania wody
zbiornik przy wykorzystaniu oprogramowania TRNSYS i porównano zbiornik z
jedyna woda i zbiorniki z wodami i materiałami PCM [13] . Połączenie
zbiorniki na wodę i PCM do poprawy magazynowanej wody
źródło zasilania do zbiornika na wodę. Dodatkowo, jestem większy
im więcej PCM, tym większa zmagazynowana energia zgodnie z ich
model. Canbazoglou i in. eksperymentalnie porównali konwencjonalny
otwarty system solarnego podgrzewania wody do wytwarzania wody użytkowej
duktu z systemem linkowym PCM [14] . Czas trwania
promieniowanie słoneczne, masa wysyłająca wodę i
Uwzględnione obliczeniowo układ łączonego
być 2,6–3,5 razy wyższy niż w przypadku systemu konwencjonalnego
gdy dostępne są typy PCM. Co więcej, system łączony
wykryto bardziej stabilną temperaturę i mniej niż system-
Używać tylko z wody w zbiorniku.
W tej pracy zasilanej dwoma różnymi urządzeniami HSM,
poprzez skuteczne CFD. Rozważana dziedzina obliczeniowa to
rura żebrowana , zalewana w medium magazynującym (wodzie lub PCM)
przez który przepływa gorąca woda , aby na system sterowania.
żebra jest udostępniana przez sieć cieplną i
wymiary uwzględniają dostępne w handlu wymiennikami ciepła
wzory [15 , 16] . Uważa się, że żebra są wykonane z aluminium, tj
rurka z miedzi. Domena stanowi pojedynczą rurkę wewnątrz
wymienniki ciepła i odpowiednie wzorowi Luvata
1022 [16] jeden z komercyjnie rozszerzeń wymienników ciepła do ogrzewania/
zastosowanie w chłodnictwie lub zasilaniu użytkowym. Objętość zbiornika
medium zależy od długości promienia rury, a także
liczba płetw .
2. Mechanizmy magazynowania ciepła jawnego i utajonego
2.1. Magazynowanie ciepła jawnego
Systemy SHS wykorzystują pojemność cieplną podczas procesu ładowania
lub rozładowywania. Temperatura materiału magazynującego wzrasta, gdy
energia jest absorbowana i spada, gdy energia jest rozpraszana ( rys. 1 ). W SHS
w systemach ilość zmagazynowanej energii zależy od konkretnego oszustwa
pojemność ośrodka, różnica temperatur od początku do końca
koniec procesu i masa ośrodka. Ciepło z HTF jest
przenoszone przez rurę i żebra do ośrodka magazynującego, zwiększając
jego temperatura. Ilość ciepła magazynowana w materiale lub uwalniana z niego
można opisać równaniem (1) , które po rozwiązaniu daje równanie (2) .
Q ¼ Z T f
Ty i
m ¢ C p ¢ dT ð 1 Þ
Q ¼ m ¢ C p ¢ T f T i
ð 2 Þ
gdzie Q [J] to ilość zmagazynowanej (lub uwolnionej) energii cieplnej, T
I
[K] to początkowa temperatura ośrodka, T
F
[ K] jest temperaturą końcową
masa ośrodka, m [kg] to masa materiału użytego do przechowywania
energia cieplna i C
P
[J/kg K] to ciepło właściwe
Materiał używany do magazynowania energii cieplnej. SHS często wykorzystuje ciała stałe, takie jak kamień.
lub cegły, albo płyny, takie jak woda, jako materiały magazynujące. Im wyższa
im większe będzie ciepło właściwe i gęstość materiału, tym więcej energii będzie potrzebne
przechowywane w danej objętości materiału. Istnieje jednak kilka
inne parametry, które również wpływają na wydajność systemu,
temperatura pracy, przewodność cieplna, temperatura
dyfuzyjność, czyli kompatybilność pomiędzy materiałem magazynującym a
pojemniku, stabilność materiału w najwyższej temperaturze
cykliczność działania i oczywiście koszt systemu. Jednym z
najbardziej atrakcyjną cechą systemów akumulacji ciepła jawnego jest to, że
można oczekiwać, że operacje ładowania i rozładowywania będą
całkowicie odwracalne dla nieograniczonej liczby cykli [1 , 2] .
2.2. Magazynowanie ciepła utajonego
LHS opiera się na przemianie fazowej materiału. PCM-y mają
znacznie wyższa gęstość magazynowania energii cieplnej w porównaniu z SHS
materiały i są w stanie absorbować lub uwalniać duże ilości energii,
tj. ciepło utajone, przy stałej temperaturze ulegające zmianie fazy.
Nomenklatura
CFD Obliczeniowa mechanika płynów
Medium magazynujące ciepło HSM
Płyn przenoszący ciepło HTF
Magazynowanie ciepła utajonego LHS
Materiał zmieniający fazę PCM
Magazynowanie ciepła jawnego SHS
Rys. 1. Temperatura i zmagazynowane ciepło przy proporcjonalności w przypadku ciepła jawnego
proces.
ARTYKUŁ W PRASIE
JID: IJTF [m5G;10 grudnia 2019;9:05]
Prosimy o cytowanie tego artykułu jako: C. Pagkalos i in., Ocena wody i parafiny PCM jako nośników pamięci do wykorzystania w magazynowaniu energii cieplnej
Zastosowania: podejście numeryczne, International Journal of Thermofluids ( 2019), https://doi.org/10.1016/j.ijft.2019.100006
2 C. Pagkalos i in. / International Journal of Thermofluids 00 (2019) 100006
Materiały mogą również magazynować energię dzięki ciepłu jawnemu powstającemu w wyniku zmian temperatury.
zmiany natury na początku i na końcu procesu, jak na rys. 2 .
Jednakże takie magazynowanie energii jest niewielkie w porównaniu do ciepła utajonego fazy
transformacja. LHS opiera się na absorpcji lub uwalnianiu ciepła podczas przechowywania-
materiał ulega przemianie fazowej ze stałego na ciekły lub z ciekłego na
gaz i odwrotnie. Pojemność magazynowa systemu LHS z PCM
medium oblicza się za pomocą równania (3) , które jest zintegrowane z równaniem (4) :
Q ¼ Z T m
Ty i
m ¢ c p ; s ¢ dT þ m ¢ b ¢ D h m þ Z T f
T m
m ¢ c p ; l ¢ dT ð 3 Þ
Q ¼ m ¢ do p ; s ¢ ð T m T i Þþ m ¢ b ¢ D h m þ m ¢ c p ; l ¢ ð T f T i Þð 4 Þ
gdzie T
M
[K] to temperatura topnienia, c
p,s
[J/kg K] to wartość właściwa
pojemność cieplna stałego PCM, c
p,l
[J/kg K] to ciepło właściwe
ciekły PCM, b jest bezwymiarową frakcją stopionego PCM, a D h
M
[J/kg] to ciepło topnienia na jednostkę masy.
Pierwszy człon w równaniu (4) przedstawia wymianę ciepła pomiędzy
materiał magazynujący i HTF przed stopieniem PCM. Drugi termin
reprezentuje transfer energii podczas zmiany fazy i ostatni człon
reprezentuje energię odczuwalną przekazywaną pomiędzy PCM a
HTF po stopieniu PCM. Gdy PCM zmienia fazę, duża
ilość energii, czyli ciepło utajone, może być magazynowana lub uwalniana w
prawie stała temperatura [9] . Zatem niewielka różnica w tempera-
Turę można wykorzystać do magazynowania i uwalniania zmagazynowanej energii. System-
Temp z PCM zależy od zmiany fazy materiału
zbieranie i uwalnianie energii.
Magazynowanie ciepła poprzez zmianę fazy ma tę zaletę, że
zwartość, ponieważ wartości ciepła utajonego większości materiałów są duże.
ma dodatkową zaletę w postaci dostarczania ciepła o stałej temperaturze.
różne zmiany fazowe, które można zaobserwować to topnienie, parowanie,
zmiana sieci krystalicznej i zawartość wody związanej z kryształem. Zmiana fazy
pewien materiał może występować w następującej formie: stały stały, stały
ciecz, ciało stałe gaz, ciecz gaz i odwrotnie [3 5] . W ciele stałym ciało stałe
przejścia, ciepło jest magazynowane, gdy materiał zmienia się z jednego stanu na drugi
krystalicznego do drugiego. Te przejścia mają zazwyczaj mniejsze utajone
ciepła i mniejszych zmian objętości niż przejścia ciało stałe ciecz.
stałe PCM-y oferują zalety mniej rygorystycznych wymagań dotyczących pojemników
i większa elastyczność projektowania . Przemiany ciała stałego i cieczy
mają stosunkowo mniejsze ciepło utajone niż ciecz i gaz. Jednakże,
te transformacje wiążą się jedynie z niewielką zmianą objętości (około
10% lub mniej). W związku z tym przejścia ciało stałe ciecz okazały się
ekonomicznie atrakcyjne do stosowania w systemach magazynowania energii cieplnej.
Jednak nie wszystkie materiały PCM nadają się do magazynowania ciepła. Idealnym rozwiązaniem jest
Kandydat na PCM powinien spełniać szereg kryteriów, takich jak: wysoka temperatura
topnienia i przewodnictwa cieplnego, dużej pojemności cieplnej , małej
zmiana objętości, niekorozyjność, nietoksyczność i wykazują niewielkie lub
brak rozkładu lub przechłodzenia [9] . Istnieje duża liczba
PCM organiczny i nieorganiczny, który spełnia wymagane parametry termodynamiczne
kryteria pracy w wymaganym zakresie temperatur 0 140 °C,
ale wiele z nich nie nadaje się do użytku ze względu na problemy chemiczne
stabilność, toksyczność, korozja, zmiana objętości, dostępność w rozsądnych cenach
cena itp. Istnieje ogromna liczba materiałów z opublikowanymi właściwościami
dostępne są wiązania umożliwiające magazynowanie ciepła utajonego [1 , 15 , 25] .
3. Konfiguracja modelu CFD
Domena symulowana CFD została zdefiniowana na podstawie rzeczywistego, małego
urządzenie eksperymentalne na dużą skalę, w którym wykorzystano wymiennik ciepła z rurą żebrowaną
zanurzony w PCM lub wodzie [17] . Na rys. 3 wymiennik ciepła jest
zanurzone w PCM z parafiną . Platforma została zbudowana w celu badania wymiany ciepła
zjawiska zachodzące w takich systemach wspomagające rozwój
urządzeń o rzeczywistej skali do zastosowań w magazynowaniu energii cieplnej [17 19] .
Całkowita długość rury wymiennika ciepła wynosiła 6,6 m.
Problem zmiany fazy parafiny sprzężonej z przewodnictwem w
ścianka rury i wymuszona konwekcja HTF są niestabilne.
uproszczenie założeń, na których opiera się model matematyczny,
do opisu fizyki problemu są: PCM jest
jednorodne i izotropowe; naturalna konwekcja PCM jest
pominięte; temperatura azymutalna jest wszędzie pomijalna (rozwiązanie 2D)
( 20) . Do tego celu stosuje się technikę entalpii-porowatości [21-23]
modelowanie procesu krzepnięcia /topnienia.
Do symulacji wykorzystano komercyjny solver CFD ANSYS Fluent
używane. Badano następujące parametry: zmagazynowaną energię
wewnątrz medium, temperatura HTF na wylocie i temperatura
Medium magazynujące. Wymiennik ciepła pracujący z wodą jako medium
HTF służy do przesyłania energii z gorącej wody do PCM.
Najczęściej stosowanym płynem HTF jest czysta woda. Wiele różnych płynów zostało
stosowane przez lata. Mieszanina glikolu propylenowego i wody, glikol etylenowy
Przykładami są mieszanina wody, olej syntetyczny i olej silikonowy [24] .
Wybrana geometria jest geometrią komercyjnego wymiennika ciepła, w
w celu zbadania zachowania nośników danych używanych z
komercyjne wymienniki ciepła. Obliczeniowe 2D osiowo-symetryczne
domena została utworzona z cechami przedstawionymi w Tabeli 1 i
przedstawiono na rys. 4. Symulacje przeprowadzono dla 1 m
Rys. 2. Zależność temperatury i ciepła zmagazynowanego w przypadku łączonego ciepła jawnego i
proces ciepła utajonego.
Rys. 3. Zdjęcie eksperymentalnego małego urządzenia do magazynowania energii cieplnej.
Tabela 1
Właściwości dwuwymiarowej osiowosymetrycznej dziedziny obliczeniowej.
Kon fi guracja obwodów Pojedyncza rura o długości 1 lub 6,6 m
Średnica wewnętrzna dętki (mm) 8,6
Średnica zewnętrzna rury (mm) 10
Materiał rurki Miedź
materiał płetw aluminium
Promień żeber ( mm) 13,8
Skok żeber (mm) 5,0
Grubość żeber (mm) 0,3
Objętość ośrodka magazynującego ciepło (m
3
) Rura o długości 1 m 0,0008804
Objętość ośrodka magazynującego ciepło (m
3
) Rura o długości 6,6 m 0,0058107
ARTYKUŁ W PRASIE
JID: IJTF [m5G;10 grudnia 2019;9:05]
Prosimy o cytowanie tego artykułu jako: C. Pagkalos i in., Ocena wody i parafiny PCM jako nośników pamięci do wykorzystania w magazynowaniu energii cieplnej
Zastosowania: podejście numeryczne, International Journal of Thermofluids ( 2019), https://doi.org/10.1016/j.ijft.2019.100006
C. Pagkalos i in. / International Journal of Thermofluids 00 (2019) 100006 3
lub długości rury 6,6 m i dla przepływu laminarnego 30 l/h lub tur-
bulentny przy 60 l/h. We wszystkich przypadkach PCM i woda były testowane jako HSM.
Jednometrowe obudowy rurowe zapewniają krótki czas symulacji i są
wystarczający do pełnego rozwoju przepływu, który trwa około
0,15 m. Z drugiej strony, długa rura ma długość (6,6 m) równą
do długości obwodu eksperymentalnego urządzenia zilustrowanego na rys. 3 dla
przyszłe porównanie wyników CFD i eksperymentów . Przepływy
były takie same jak te zastosowane w poprzedniej pracy [17] i
umożliwiają porównanie czasu trwania procesu pomiędzy procesem laminarnym i
burzliwa sprawa.
Dla obu długości rur (1 i 6,6 m) i obu prędkości przepływu (30 i
60 l/h) forma siatki obliczeniowej była taka sama i została utworzona
za pomocą oprogramowania ANSYS ( rys. 5 ). Szczegóły siatki pokazano na
Rys. 5. Większość komórek ma kształt prostokątny, a siatka jest
spłaszczone w pobliżu styku rurki z wodą. Wybrana siatka ma 81 200
elementów dla rury o długości 1 m i 487 200 elementów dla rury o długości 6,6 m.
W odniesieniu do warunków brzegowych zastosowano stałą prędkość przy
przyjęto stałe ciśnienie na wlocie i wylocie rury .
Zewnętrzne ściany całej domeny są uważane za adiabatyczne.
włączony jest model krzepnięcia /topnienia dla strefy papkowatej
wybrano wartość domyślną parametru. Ostatecznie, zgodnie z
wartość natężenia przepływu , zastosowano model laminarny dla 30 l/h i k e
turbulentny dla 60 l/h. Właściwości materiałów wykorzystane w symulacjach
przedstawiono w tabeli 2 .
W przeciwieństwie do systemów SHS, które działają w szerokim zakresie temperatur
W przypadku systemów LHS zakres temperatur jest znacznie węższy.
mieści się w tym wąskim zakresie, w którym nastąpiła zmiana fazy materiału
do ukończenia. Dlatego temperatura topnienia PCM musi wynosić
dopasowane do temperatury roboczej układu. Moduł PCM
Do symulacji wybrano A44 PCM firmy PCM PRODUCTS Ltd.
[25] o nominalnej temperaturze topnienia 44 °C, co odpowiada
zakres temperatur pracy systemu. Dla PCM dwa różne
Istnieją dwie wartości gęstości: jedna dla fazy stałej i jedna dla cieczy.
W naszej symulacji do stworzenia symulacji używana jest tylko gęstość cieczy.
prostszy i mniej kosztowny obliczeniowo model. Co więcej,
zdefiniowana temperatura wlotowa dla HTF wynosi 52 °C, a temperatura początkowa
ciśnienie żeber , rurki, medium magazynującego i stojącej wody
temperatura w rurze wynosi 39°C.
4. Wyniki i dyskusja
4.1. Wyniki z probówki 1 m
W przypadku geometrii o długości 1 m masa PCM wynosi 0,68 kg, a
masa wody HSM wynosi 0,89 kg, więc dostępna jest większa masa
Woda HSM do magazynowania energii. Jednak ciepło topnienia
PCM ma również silny wpływ na zdolność magazynowania energii
systemu. Na rys. 6–9 porównano wodę PCM i HSM dla dwóch
Rys. 4. Fragment osiowosymetrycznej dziedziny obliczeniowej.
Rys. 5. Siatka obliczeniowa wykorzystana w symulacjach.
Tabela 2
Właściwości materiałów wykorzystane w symulacjach.
Materiał Woda PCM A44 [25] Miedź Aluminium
Przewodność cieplna
[W/m K]
0,6 0,24 387,6 218
Gęstość [kg/m3
3
] 998,2 912 (s), 775 (l) 8978 2719
Ciepło właściwe [J/kg K] 4182 2400 (s), 1800 ( l) 381 871
Lepkość [kg/ms] 0,001003 0,007 (l)
Topnienie ciepła fuzji
[kJ/kg]
250
Temperatura solidusu [°C] 42,85
Temperatura likwidusu [°C] 45,85
s stały; l ciekły .
ARTYKUŁ W PRASIE
JID: IJTF [m5G;10 grudnia 2019;9:05]
Prosimy o cytowanie tego artykułu jako: C. Pagkalos i in., Ocena wody i parafiny PCM jako nośników pamięci do wykorzystania w magazynowaniu energii cieplnej
Zastosowania: podejście numeryczne, International Journal of Thermofluids ( 2019), https://doi.org/10.1016/j.ijft.2019.100006
4 C. Pagkalos i in. / International Journal of Thermofluids 00 (2019) 100006
różne wartości natężenia przepływu HTF . Proces kończy się, gdy wylot HTF
temperatura staje się równa temperaturze wlotowej.
Na rys. 6 przedstawiono średnią temperaturę HSM w funkcji czasu,
powodując gwałtowny wzrost temperatury wody, co ostatecznie
staje się równa temperaturze wlotowej HTF wynoszącej 52 °C. Z drugiej strony
z drugiej strony, gdy stosuje się PCM, temperatura medium wzrasta
wyraźnie przed i za obszarem zmiany fazy, jak na rys. 2. Ponieważ
rozpoczyna się proces przenoszenia ciepła z HTF do układu, część
PCM pochłania ciepło i zmienia fazę, podczas gdy pozostała część jest
nadal w fazie stałej. W miarę postępu procesu, PCM, który już
stopił się, pochłania energię za pomocą ciepła jawnego, zwiększając swoją
temperatura, podczas gdy reszta zaczyna się topić. Zatem magazynowanie energii
Proces ten łączy w sobie ciepło jawne i utajone. Można to zaobserwować
z rys. 6 wynika , że część zgromadzonej energii jest znacznie większa niż
jedyna rozsądna część, która znajduje się na początku i na końcu procesu.
Pomiędzy obszarem zmiany fazy szybkość wzrostu temperatury wynosi
niska i jest de fi niowana przez zmianę właściwości PCM wraz z temperaturą
temperatura i frakcja ciekła za każdym razem. Ponieważ HSM wykazuje
różne warunki na całej długości rury, średnia HSM
temperatura jest wskaźnikiem statystycznym stanu
HSM. Ponadto, w przypadku obu materiałów, czas trwania procesu wynosi
dłuższy dla przepływu 30 l/h w porównaniu do 60 l/h. Wyniki
wartość energii magazynowanej i czas trwania procesu we wszystkich przypadkach
rura o długości 1 m jest przedstawiona w tabeli 3. Istnieje znacząca różnica
różnica w zmagazynowanej energii między wodą a PCM. Podobne
zwiększenie pojemności magazynowej zbiorników energii cieplnej o
dodanie PCM do objętości wody zaobserwowano zarówno
teoretycznie [12 , 13] i eksperymentalnie [11 , 14] .
Zmagazynowana energia w układzie LHS szybko wzrasta dla wszystkich 4
przypadków, ale w przypadku SHS ten wzrost wkrótce się skończy. W przeciwieństwie do tego, przechowywane
energia nadal wzrasta, gdy stosuje się PCM i tylko w pobliżu
Pod koniec procesu tempo wzrostu maleje. Biorąc pod uwagę przepływ
wpływ szybkości na szybkość wzrostu magazynowanej energii, co jest oczywiste na rys. 7
że im wyższy przepływ , tym szybciej energia jest magazynowana. Rozważ-
temperatura HSM jako funkcja zmagazynowanej energii pokazana na
Rys. 8 , jak oczekiwano, funkcja jest liniowa dla pamięci podręcznej
średnie. Jakiekolwiek niewielkie różnice między dwoma prędkościami przepływu dla HSM
wody przypisuje się modelowi laminarnemu i turbulentnemu o małej różnicy
w kryteriach zbieżności i pojemności cieplnej rury i
żeberka , które tworzą niewielki efekt bezwładności cieplnej. W przypadku PCM,
dwie wartości natężenia przepływu mają również pewne niewielkie różnice, które są
wyjaśnione tymi samymi powodami, o których mowa w dyskusji na rys. 6 .
Rys. 6. Średnia temperatura medium magazynowego w funkcji czasu dla rury o długości 1 m przez 30 i
Przepływ 60 l/h .
Rys. 7. Zależność energii zmagazynowanej od czasu dla rury o długości 1 m przy przepływie 30 i 60 l/ h .
Rys. 8. Średnia temperatura ośrodka magazynującego w funkcji zmagazynowanej energii w rurze o długości 1 m dla
Przepływ 30 i 60 l/h .
Rys. 9. Temperatura wody na wylocie a energia zmagazynowana w rurze o długości 1 m dla przepływów 30 i 60 l/
natężenie przepływu h .
Tabela 3
Zmagazynowana energia i czas trwania procesu dla wody PCM i HSM
dla rury o długości 1 m przy obu szybkościach przepływu .
HSM Water PCM A44
Zmagazynowana energia [kWh] 30 l/h 0,014 0,059
Zmagazynowana energia [kWh] 60 l/h 0,015 0,061
Czas trwania [h] 30 l/h 0,55 2,17
Czas trwania [h] 60 l/h 0,29 1,11
ARTYKUŁ W PRASIE
JID: IJTF [m5G;10 grudnia 2019;9:05]
Prosimy o cytowanie tego artykułu jako: C. Pagkalos i in., Ocena wody i parafiny PCM jako nośników pamięci do wykorzystania w magazynowaniu energii cieplnej
Zastosowania: podejście numeryczne, International Journal of Thermofluids ( 2019), https://doi.org/10.1016/j.ijft.2019.100006
C. Pagkalos i in. / International Journal of Thermofluids 00 (2019) 100006 5
Temperatura wylotowa HTF jako funkcja zmagazynowanej energii wynosi
przedstawiono na rys. 9. We wszystkich 4 przypadkach, gdy proces się kończy, woda HTF
wychodzi z rury w tej samej temperaturze, w jakiej wchodzi, ponieważ jest
brak większego gradientu temperatury między wodą wewnątrz rury
i HSM. Gdy jako HSM używana jest woda, temperatura na wylocie HTF
jest taka sama dla obu przepływów . Gdy PCM jest używany jako HSM,
HTF nie ma czasu na pełną wymianę ciepła z PCM i
dla szybkiego przepływu 60 l/h temperatura wody wylotowej wynosi
niższa niż przy wolniejszym przepływie . Dotyczy to pierwszej części
procesu. W pozostałej części procesu temperatura na wylocie
przepływ szybkiego staje się wyższy niż przepływ wolnego . Co więcej, niezależnie
w zależności od natężenia przepływu , przy zastosowaniu PCM jako HSM, wylot
Temperatura HTF jest bardziej stała w porównaniu z zastosowaniem HSM
woda, ponieważ układ jest naładowany energią. Ta stabilna temperatura na wylocie
peratura jest korzystna dla określenia wielkości sprzętu systemowego w rzeczywistości
instalacje [18 , 19 , 26]
4.2. Wyniki z probówki 6,6 m
W przypadku geometrii o długości 6,6 m masa PCM wynosi 4,5 kg, a
masa wody HSM wynosi 5,8 kg. Na rys. 10 13 przedstawiono wyniki CFD
symulacje przedstawiono dla przypadku rury o długości 6,6. Jako
oczekiwano, że ewolucja czasowa temperatury HSM i
zmagazynowana energia jest podobna w przypadku geometrii rury o długości 1 m ( rys. 11 ).
Ponownie, temperatura na wylocie jest bardziej stabilna w trakcie procesu
gdy zamiast wody stosuje się PCM, jak to również zostało eksperymentalnie
wykazano przez Cambazoglu i in. [14] . Ponadto związek
HSM i temperatura na wylocie z zmagazynowaną energią również
podobnie jak w przypadku geometrii rury o długości 1 m ( rys. 12 ). Czas trwania
proces i zmagazynowana energia są większe w rurze o długości 6,6 m
zgodnie z oczekiwaniami i są wymienione w Tabeli 4 .
4.3 Porównanie dwóch długości rur
Oczekuje się, że energia magazynowana w systemie LHS będzie
wprost proporcjonalna do masy nośnika danych. Ponieważ może być
jak widać w tabeli 5 , zmagazynowana energia jest około 6,6 razy większa dla
Rura o długości 6,6 m jest dłuższa od rury o długości 1 m. Podobny wzrost pojemności magazynowanej
energię z PCM wyprowadzono na podstawie modelu [13] . Jak-
Jednakże czas trwania procesu nie jest proporcjonalny do masy HSM.
W przypadku wody HSM wartość ta prawie się podwaja, gdy długość osiąga 6,6
większy, podczas gdy w przypadku PCM wzrasta on tylko około 1,5-krotnie,
Rys. 10. Średnia temperatura medium magazynowego w funkcji czasu dla rury o długości 6,6 m w ciągu 30 minut.
i przepływie 60 l/h .
Rys. 11. Zależność energii zmagazynowanej od czasu dla rury o długości 6,6 m przy przepływie 30 i 60 l/ h .
Rys. 12. Średnia temperatura ośrodka magazynującego w funkcji zmagazynowanej energii w rurze o długości 6,6 m
dla przepływu 30 i 60 l/h .
Rys. 13. Temperatura wody wylotowej w funkcji energii zmagazynowanej w rurze o długości 6,6 m przez 30 i
Przepływ 60 l/h .
Tabela 4
Zmagazynowana energia i czas trwania procesu dla wody PCM i HSM
dla rury o długości 6,6 m przy obu natężeniach przepływu .
HSM Water PCM A44
Zmagazynowana energia [kWh] 30 l/h 0,09 0,39
Energia zmagazynowana [kWh] 60 l/h 0,11 0,41
Czas trwania [h] 30 l/h 1,11 3,33
Czas trwania [h] 60 l/h 0,55 1,69
ARTYKUŁ W PRASIE
JID: IJTF [m5G;10 grudnia 2019;9:05]
Prosimy o cytowanie tego artykułu jako: C. Pagkalos i in., Ocena wody i parafiny PCM jako nośników pamięci do wykorzystania w magazynowaniu energii cieplnej
Zastosowania: podejście numeryczne, International Journal of Thermofluids ( 2019), https://doi.org/10.1016/j.ijft.2019.100006
6 C. Pagkalos i in. / International Journal of Thermofluids 00 (2019) 100006
odpowiednio. Dlatego też, jeśli wymagany jest szybki proces, korzystne jest
użyj dłuższej kon fi guracji rurki, aby wykorzystać jej większą zdolność do
magazynować energię.
5. Wnioski
W tej pracy porównano CFD pomiędzy magazynowaniem ciepła jawnego
medium (woda) i medium magazynujące ciepło utajone (organiczna parafina )
Przeprowadzono badanie PCM A44. Zgodnie z oczekiwaniami, wykorzystując PCM jako
nośnik pamięci, większa ilość zmagazynowanej energii przy tej samej objętości
osiągnięto pojemność nośnika pamięci, ale wymagany jest dłuższy okres czasu
potrzebne w porównaniu do wykorzystania wody jako medium magazynującego do przechowywania
energii. Stwierdzono, że PCM może magazynować 4,1 razy więcej energii
niż woda dla tej samej objętości zbiornika magazynowego. Czas trwania
proces ładowania z PCM wynosił około 3,9 lub
3,0 razy dłużej niż w przypadku wody przy tej samej objętości magazynowania
zbiornika, w zależności od długości rury.
Jeśli chodzi o stabilność temperaturową, symulacja CFD wykazała, że
system PCM magazynuje większość swojej energii, podczas gdy przeciętny system PCM
zmiany temperatury nie przekraczają 5°C. W przeciwieństwie do tego woda musi
podnieść jego temperaturę o około 54 °C, aby móc go przechowywać
ilość energii jako PCM A44. Porównanie przepływu laminarnego przy 30 l/h
i przepływie turbulentnym o natężeniu 60 l/h, szybkość wymiany ciepła wynosi
wyższa przy szybszym przepływie . Jednak ilość energii, która jest
przechowywana nie zmienia się wraz ze zmianą natężenia przepływu i dotyczy to obu
nośniki ciepła. Średni współczynnik przenikania ciepła w procesie
turbulencja w kierunku laminarnym jest wyższa w przypadku PCM niż w przypadku wody.
Co do zasady, stosunek ten wzrasta wraz ze wzrostem długości rury.
w szczególności w przypadku PCM średnia szybkość wymiany ciepła w procesie wynosi 53
i o 72% wyższa dla przepływu turbulentnego w porównaniu do laminarnego
Długość rury wynosi odpowiednio 1 m i 6,6 m. W przypadku wody wynosi ona 14 i 31%.
odpowiednio wyższe dla przepływu turbulentnego .
Na koniec porównano wymiennik ciepła z krótką rurą (1 m) i
dłuższy (6,6 m) pozwala stwierdzić, że zmagazynowana energia jest bezpośrednio
proporcjonalna do masy ośrodka, a tym samym długości
rura. Z drugiej strony, dzięki wykorzystaniu dłuższej rurki,
Czas trwania procesu wydłuża się, ale mniej niż 6,6-krotnie. W przypadku wody
wzrost wynosi około 2-krotny, a dla PCM około 1,5-krotny.
Odniesienia
[1] TMI Mahlia, TJ Saktisandan, A. Jannifar, MH Hasan, HSC Matseelar, recenzja
dostępnych metod i rozwoju w zakresie magazynowania energii; aktualizacja technologii,
Odnów. Utrzymaj. Energię Rev. 33 (2014) 532 – 545.
[2] IRENA – Międzynarodowa Agencja Energii Odnawialnej, Technologia magazynowania energii cieplnej
Krótki przegląd technologii, IEA-ETSAP i IRENA – Krótki przegląd technologii E17 Styczeń 2013 r.
[3] B. Zalba, JM Marín, LF Cabeza, H. Mehling, Przegląd dotyczący magazynowania energii cieplnej
ze zmianą fazową: materiały, analiza wymiany ciepła i zastosowania, Appl.
Term. Eng. 23 (2003) 251 – 283.
[4] A. Sharma, V. Tyagi, CR Chen, D. Buddhi, Przegląd dotyczący magazynowania energii cieplnej
materiały ze zmianą fazy i ich zastosowania, Renew. Sustain. Energy Rev. 13 (2)
(2009) 318 – 345.
[5] MM Farid, AM Khudhair, AK Siddique, A. Sari., Przegląd energii przemiany fazowej
magazynowanie: materiały i zastosowania, Energy Convers. Manag. 45 (2004) 1597 – 1615.
[6] A. Khyad, H. Samrani, MN Bargach, Przegląd najnowocześniejszych rozwiązań w zakresie energii cieplnej
systemy magazynowania wykorzystujące PCM działające przy małych różnicach temperatur: skup się
na parafinie , J. Mater. Otaczać. Nauka. 7 (4) (2016) 1184 – 1192.
[7] K. Du, J. Calautit, Z. Wang, Y. Wu, H. Liu, Przegląd zastosowań fazy
zmiana materiałów w chłodzeniu, ogrzewaniu i wytwarzaniu energii w różnych temperaturach
zakresy temperatur, Appl. Energy 220 (2018) 242 – 273.
[8] M. Mo fijur , TM Mahlia, AS Silitonga, HC Ong, M. Silakhori, MH Hasan, N. Putra,
SM Ashrafur Rahman, Materiały zmieniające fazę (PCM) do zastosowań w energii słonecznej i
Magazynowanie: przegląd, Energies 12 (3167) (2019) 1 – 20.
[9] C. Elias, VN Stathopoulos, Kompleksowy przegląd ostatnich postępów w materiałach
Aspekty materiałów o przemianie fazowej w magazynowaniu energii cieplnej, Energy Proc. 161
(2019) 385 – 394.
[10] H. Huang, Y. Xiao, J. Lin, T. Zhou, Y. Liu, Poprawa efektywności wykorzystania energii słonecznej
systemy magazynowania energii cieplnej poprzez kaskadowe łączenie jednostki PCM ze zbiornikiem wody, J
Czysta produkcja (2019) 1 – 14.
[11] A. Castell, C. Sole, M. Medrano, M. Nogues, L. Cabeza, Porównanie stratyfikacji
w zbiorniku na wodę i zbiorniku PCM-Water, J. Sol. Energy Eng. 131 (2009) 1 – 5.
[12] M. Prieto, B. Gonzalez, E. Granado, Wydajność cieplna systemu grzewczego
praca z płytowym wymiennikiem ciepła PCM i porównanie ze zbiornikiem na wodę,
Budowa Energii. 122 (2016) 89 – 97.
[13] DN Nkwetta, P.-.E. Vouillamoz, F. Haghighat, M. El-Mankibi, A. Moreau, A. Daoud,
Wpływ rodzajów i umiejscowienia materiałów o przemianie fazowej na temperaturę zbiornika ciepłej wody
wydajność: wykorzystanie zmierzonego profilu zapotrzebowania na wodę , Appl. Therm. Eng. 67
(2014) 460 – 468.
[14] S. Cambazoglu, A. Sahinaslan, A. Ekmekyapar, G. Aksoy, F. Akarsu, Enhance-
ocena wydajności magazynowania energii słonecznej przy użyciu tiosiarczanu sodu
pentahydrat konwencjonalnego systemu solarnego podgrzewania wody, Energy Build. 37
(2005) 235 – 242.
[15] C. Pagkalos, M.Gr. Vrachopoulos, J. Konstantaras, K. Lymperis, Porównanie
woda i parafina PCM jako nośniki do magazynowania energii cieplnej
aplikacje, w: Materiały z Międzynarodowej Konferencji Postępów w
Systemy Energetyczne i Inżynieria Środowiskowa (ASEE19), Wrocław, Polska,
09-12.06, 2019. Dostępne w: E3S Web of Conferences 116, 00057 (2019)
Otwarty dostęp.
[16] Katalog cewek Luvata
[17] MK Koukou, M.Gr. Vrachopoulos, NS Tachos, G. Dogkas, K. Lymperis,
V. Stathopoulos, Eksperymentalne i obliczeniowe badanie ciepła utajonego
system magazynowania energii z wymiennikiem ciepła o stopniowanym przepływie dla różnych zmian fazowych
materiały, Therm. Sci. Eng. Progr. 7 (2018) 87 – 98 Otwarty dostęp.
[18] MK Koukou, M.Gr. Vrachopoulos, G. Dogkas, C. Pagkalos, K. Lymperis, L. Coelho i
A. Rebola, Badanie wydajności prototypu zbiornika do magazynowania energii cieplnej
z materiałem o zmiennej fazie organicznej do zastosowań w ogrzewaniu pomieszczeń w następujących warunkach:
Materiały z Międzynarodowej Konferencji Postępów w Systemach Energetycznych i Środowisku
Inżynieria wodna (ASEE19), Wrocław, Polska, 09-12.06.2019. Dostępne w: E3S
Web of Conferences 116, 00038 (2019) Otwarty dostęp.
[19] G. Dogkas, J. Konstantaras, MK Koukou, VN Stathopoulos, L. Coelho, A. Rebola,
Ocena prototypu kompaktowego zbiornika do magazynowania energii cieplnej z wykorzystaniem fi n- parafiny
materiał zmieniający fazę do produkcji ciepłej wody użytkowej, w: Proceedings of
Międzynarodowa Konferencja Postępów w Systemach Energetycznych i Środowisku
Inżynieria (ASEE19), Wrocław, Polska, 09 12.06, 2019. Dostępne w: E3S Web
Konferencji 116, 00016 (2019) Otwarty dostęp.
[20] Przewodnik teoretyczny FLUENT 15.0
[21] VR Voller, Modelowanie procesów krzepnięcia , Raport techniczny. Matematyka
Konferencja „Modelowanie operacji obróbki metali”, Palm Desert, Kalifornia, Amerykańska
Towarzystwo Metalurgiczne, 1987.
[22] VR Voller, AD Brent, C. Prakash, Modelowanie transportu ciepła, masy i substancji rozpuszczonych
w układach krzepnięcia , Int. J. Heat Mass Transf. 32 (9) (1989) 1719.
[23] VR Voller, C. Prakash, Metoda numerycznego modelowania konwekcyjnego o stałej siatce
problemy zmiany fazy w obszarze papkowatym w dyfuzji, Int. J. Heat Mass Transf. 30
(1987) 1709 – 1720.
[24] B. Ramlow, B. Nusz, Podgrzewanie wody za pomocą energii słonecznej: kompleksowy przewodnik po ogrzewaniu wody za pomocą energii słonecznej
i systemy ogrzewania pomieszczeń, Książki dla mądrzejszego życia, New Society Publishers, Gabri-
Ola Island, BC, 2006 XV.
[25] http://www.pcmproducts.net/ , PCM Products Ltd., [Online]. Dostępne: http://
www.pcmproducts.net/ . [Dostęp wrzesień 2019].
[26] Przedmiot projektu Tesse2b 8.5: Materiały szkoleniowe, [Online]. Dostępne: http://www.
tesse2b.eu/Content/images/tesse2b/Training_Material.pdf . [Dostęp lipiec 2019].
Tabela 5
Porównanie geometrii rur o długości 1 m i 6,6 m w
warunki magazynowanej energii i czasu trwania procesu dla PCM i HSM
wody przy obu prędkościach przepływu .
HSM Water PCM A44
Współczynnik energii zmagazynowanej 6,6 1 m 30 l/h 6,59 6,60
Współczynnik energii zmagazynowanej 6,6 1 m 60 l/h 6,66 6,67
Współczynnik czasu trwania 6,6 1 m 30 l/h 2,00 1,54
Współczynnik czasu trwania 6,6 1 m 60 l/h 1,90 1,52
ARTYKUŁ W PRASIE
JID: IJTF [m5G;10 grudnia 2019;9:05]
Prosimy o cytowanie tego artykułu jako: C. Pagkalos i in., Ocena wody i parafiny PCM jako nośników pamięci do wykorzystania w magazynowaniu energii cieplnej
Zastosowania: podejście numeryczne, International Journal of Thermofluids ( 2019), https://doi.org/10.1016/j.ijft.2019.100006
C. Pagkalos i in. / International Journal of Thermofluids 00 (2019) 100006 7
... Wydajność wymiany ciepła materiałów o zmiennej fazie (PCM) ma kluczowe znaczenie dla podniesienia temperatury roboczej systemów wymiany fazy wodnej (WPT) [45]Proces wymiany ciepła obejmuje wzrost entalpii czynnika roboczego i ruch PCM do czynnika roboczego. ...
... W określonych zastosowaniach wymagana jest wysoka pojemność magazynowania energii cieplnej, aby zmaksymalizować wydajność systemu, która jest w dużej mierze kontrolowana przez poziomy temperatury i właściwości ciepła utajonego w danym zastosowaniu [43]. Dopasowanie temperatur roboczych do trybu magazynowania ciepła utajonego (odwracalnego) jest zazwyczaj wymagane w celu maksymalizacji magazynowania energii, zapewniając stałe zasilanie obciążenia przez okres 24 godzin. [45,49]. ...
... Wydajność wymiany ciepła materiałów o zmiennej fazie (PCM) ma kluczowe znaczenie dla podniesienia temperatury roboczej systemów wymiany fazy wodnej (WPT) [45]Proces wymiany ciepła obejmuje wzrost entalpii czynnika roboczego i ruch PCM do czynnika roboczego. ...
... W określonych zastosowaniach wymagana jest wysoka pojemność magazynowania energii cieplnej, aby zmaksymalizować wydajność systemu, która jest w dużej mierze kontrolowana przez poziomy temperatury i właściwości ciepła utajonego w danym zastosowaniu [43]. Dopasowanie temperatur roboczych do trybu magazynowania ciepła utajonego (odwracalnego) jest zazwyczaj wymagane w celu maksymalizacji magazynowania energii, zapewniając stałe zasilanie obciążenia przez okres 24 godzin. [45,49]. ...
... Magazynowanie ciepła utajonego (LHS) opiera się na absorpcji lub uwalnianiu ciepła, gdy materiał magazynujący przechodzi zmianę stanu skupienia ze stałego na ciekły lub z ciekłego na gazowy lub odwrotnie przy stałej temperaturze [25]. Ciepło utajone to atrakcyjny sposób magazynowania energii cieplnej słońca, ponieważ zapewnia wysoką gęstość magazynowania, co oznacza, że duża ilość energii może być zgromadzona w bardzo małej objętości.
... Materiały zmiennofazowe (PCM) stanowią obiecującą opcję technologiczną dla technologii TES, w której energia cieplna może być magazynowana w cieple utajonym topnienia PCM. Urządzenia TES oparte na PCM oferują wyższą gęstość magazynowania energii niż tradycyjne technologie TES, takie jak zbiorniki z gorącą wodą, a także mają tę zaletę, że uwalniają ciepło w stałej temperaturze (temperaturze krystalizacji PCM). [5]. ...
... Na przykład, przy użyciu parafiny jako PCM z wahaniami temperatury ±10 K wokół jej temperatury topnienia, gęstość magazynowania energii wynosi 314 kJ/kg (7,5 razy więcej niż w przypadku jawnego magazynowania w wodzie przy zmianie temperatury o 20 K). Natomiast przy wahaniach temperatury ±30 K, gęstość magazynowania wynosi 322 kJ/kg (tylko 2,5 razy więcej niż w przypadku jawnego magazynowania w wodzie). [39]Dzięki temu PCM-y nadają się do zastosowań wymagających określonego i stałego poziomu temperatury. ...
... Stwierdzono, że zbiorniki z większą liczbą rurek skracają czas ładowania i rozładowywania o 50% w porównaniu ze zbiornikami z mniejszą liczbą rurek. Dodatkowo, podniesienie temperatury płynu do 70-80°C [22]. zweryfikowano i oceniono materiały stosowane w systemach TES, w których jako materiały magazynujące podczas dwóch procesów ładowania i rozładowywania wykorzystano wodę i parafinę. ...
... Wynika to z niższego przewodnictwa cieplnego i większej pojemności cieplnej PCM w porównaniu z wodą. Na przykład, jeśli RT50 zostanie użyty jako materiał akumulujący ciepło, czas ładowania i rozładowywania LTES opartego na 1-rzędowym HX jest nawet 3,2 razy dłuższy niż w przypadku równoważnego systemu STES, zgodnie z wynikami badań opublikowanymi przez [47]Co więcej, jeśli RT44HC zostanie użyty jako materiał akumulujący ciepło, czasy ładowania i rozładowywania akumulatora ulegają dalszemu wydłużeniu, nawet o 50–80% w danych warunkach pracy. ...
... Zastosowanie materiałów zmiennofazowych (PCM) w celu poprawy właściwości termofizycznych systemu budowlanego zostało zbadane i opisane przez autorów [10][11][12][13][14][15][16][17][18][19]. ...
KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK
