Trendy v akumulaci tepla pro obnovitelné zdroje energie. Tomáš Matuška Ústav techniky prostředí Fakulta strojní, ČVUT v Praze

Transkript

1 Trendy v akumulaci tepla pro obnovitelné zdroje energie Tomáš Matuška Ústav techniky prostředí Fakulta strojní, ČVUT v Praze

2 Akumulace tepla pro OZE solární tepelné soustavy nezbytný předpoklad pro využití solárního tepla tepelná čerpadla snižuje počet startů, zvyšuje životnost, překlenuje blokaci snižuje potřebný výkon, odděluje TČ od tepelné soustavy kotle na biomasu snižuje počet startů, snižuje emise, zvyšuje účinnost provozu, zvyšuje uživatelský komfort hydraulicky odděluje kotle od tepelné soustavy, umožňuje kombinaci se solární soustavou, snižuje potřebný výkon 2/50

3 Druhy akumulace vývojové trendy akumulace s využitím citelného tepla využití tepelné kapacity látek, úměrné rozdílu teplot hustota akumulace: 100 až 300 MJ/m 3 komerčně dostupné tepelné ztráty akumulace s využitím skupenského tepla využití změny skupenství tání-tuhnutí (při konst. teplotě) + tepelné kapacity hustota akumulace: 200 až 500 MJ/m 3 akumulace s využitím sorpčního tepla akumulace vodní páry v tuhé (adsorpce) nebo kapalné (absorpce) látce, uvolňování tepla při sorpci hustota akumulace: 500 až 1000 MJ/m 3 ve vývoji, bezztrátové skladování tepla akumulace s využití chemických reakcí vratné chemické reakce doprovázené jímáním uvolňováním tepla hustota akumulace: 1000 až 3000 MJ/m 3 3/50

4 t [ C] Akumulace s využitím citelného tepla m 3 beton zemina voda Q V c Q [MJ] t 1 t 2 4/50

5 Vodní zásobníky - vrstvení podle teploty využitelnost naakumulované energie ~ využitelné teplotě 150 l při 50 C 150 l při 30 C teplotní vrstvení = vysoká účinnost, vysoké pokrytí 5/50

6 Zásobníky tepla se řízeným vrstvením stratifikace (teplotní vrstvení) objemu zásobníku podle teploty ukládání tepla do vrstev o podobné teplotě v horní části je výrazně vyšší teplota než ve spodní části (udržuje se studená) snížení potřeby dodatkové energie zvýšení využití solárních zisků zvýšení solárního podílu 6/50

7 Řízené teplotní vrstvení přívod do teplotně podobné vrstvy na základě podobné hustoty (pasivní) pokročilá regulace aktivní prvky 7/50

8 Stratifikační vestavby výměník TV OV výměník SOL 8/50

9 Stratifikační vestavby TV izolace výměník pro přípravu teplé vody (TV) potrubí stratifikace zpátečky otopné vody (OV) stratifikační vestavba s integrovaným výměníkem přívod vychlazené vody z výměníku TV SV SOL OV zdroj: Solvis 9/50

10 Kompaktní řešení minimalizace chyb montáže optimalizovaná hydraulika vysoká účinnost soustavy úspora místa umístění do pobytových prostor Izolace Solar vstup Solar výstup Spalovací komora Hořák Spalinový výměník Regulátor Stratifikační vestavba Solární expanzní nádoba Výměník tepla pro teplou vodu Solární výměník tepla Solární čerpadlo Výstup teplé vody Přívod studené vody Výstup otopné vody Vstup otopné vody 10/50

11 Unifikované řešení 11/50

12 Unifikované řešení, estetické řešení 12/50

13 Plastové netlakové zásobníky 13/50

14 Tepelné ztráty ovlivňují zásadně účinnost akumulace tepelná izolace zásobníků provedení přípojek tepelné mosty provedení přípojek degradace teplotního vrstvení 14/50

15 Tepelné ztráty zásobníků vyhláška 193/ zásobníky teplé vody: tl. 100 mm při l = 0,045 W/mK nebo U 0,42 W/m 2 K vyhlášky Švýcarsko, Itálie UA 0,16 V postačuje i tl. 5 cm izolace! zásobníky tepla (pasivní): tl. 100 mm při l = 0,04 W/mK nebo U 0,3 W/m 2 K dlouhodobé zásobníky tepla: optimalizační výpočet 15/50

16 Maximální tepelná ztráta [kwh/24h] Tepelné ztráty zásobníků 6 ČSN EN Navrhování tepelných soustav s tepelnými čerpadly vyhláška 442/2004 o štítkování (mj. el. ohřívačů) pro 100 až 1000 l 0,013 až 0,005 kwh/(24h. l) Objem [l] 16/50

17 Tepelné ztráty zásobníků vakuové izolace: expandovaný perlit vakuovaný na 1 Pa 0,004 až 0,008 W/mK, U = 0,05 W/m 2 K 1 Pa 1 kpa 17/50

18 Akumulace s využitím změny skupenství změna skupenství doprovázená jímáním / uvolňováním tepla kapalina plyn: kapalina tuhá látka: nevhodná změna objemu vhodné (tání tuhnutí) Q t t l c t t V p cp t 1 t t k k 2 t citelné teplo pevné skupenství skupenské teplo citelné teplo kapalné skupenství kde t t... teplota změny skupenství t 1 < t t < t 2 l t... skupenské teplo tání - tuhnutí 18/50

19 l t [kj/kg] Látky se změnou skupenství (PCM) voda vodní roztoky solí hydráty solí a eutektické směsi parafín t t [ C] anorganické PCM: hydráty solí + vysoké teplo tání + vysoká tepelná vodivost - korozivní - podchlazování - segregace fází organické PCM: vosky, parafíny, mastné kys. + chemický a tepelně stabilní + nekorozivní - nízká tepelná vodivost - nízké teplo tání 19/50

20 Parafíny 20/50

21 Akumulace s využitím změny skupenství 21/50

22 Akumulace s využitím změny skupenství 42 MJ Dt = 10 K 124 MJ 22/50

23 Akumulace s využitím změny skupenství 209 MJ Dt = 50 K 194 MJ 23/50

24 Využití PCM pro solární soustavy 24/50

25 Q [Wh] t aku [ C] Využití PCM pro solární soustavy teoretický solární zisk voda PCM C 0 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15: /50

26 Děkuji za pozornost Tomáš Matuška Ústav techniky prostředí Fakulta strojní, ČVUT v Praze Technická 4, Praha 6 tomas.matuska@fs.cvut.cz Československá společnost pro sluneční energii (národní sekce ISES) Solární laboratoř ÚTP FS ČVUT v Praze 26/50