Теплоаккумулятор своими руками чертежи: Как сделать теплоаккумулятор для котлов отопления своими руками

Содержание

Теплоаккумулятор своими руками: виды, принцип действия, чертежи — Строительство дома, ремонт в квартире, все для дачи

Теплоаккумуляторы – это приборы, которые накапливают тепло на протяжении какого-либо периода времени, например, ночи, когда действует льготный тариф на электроэнергию и нагрузка на электросеть минимальная, а затем отключаются от сети и начинают отдавать накопленное тепло. В момент, когда отключаются тэны, потребляет электроэнергию только небольшой вентилятор, который предназначен для нагнетания нагретого воздуха в помещение на протяжении всего периода отдачи, до нового подключения к электросети. Тепловым источником может, также, выступать топливный котел (газовый или на твердом топливе), тепловой насос, солнечный коллектор. В качестве теплоаккумулирующей среды, может использоваться вода, эвтектические соли или камень.

Теплоаккумуляторы промышленного производства подразделяются на воздушные и жидкостные. Работа первых основывается на твердом тепловом ядре, которое нагревается посредством использования тэнов и последующей постепенной отдачей тепловой энергии воздушному потоку, проходящему сквозь нагретое ядро. Такой тип теплоаккумуляторов относится к ряду электрического нагревательного оборудования и по своей конструкции напоминает конвекторы.

Жидкостные теплоаккумуляторы имеют более широкий спектр конструктивных решений и представляют собой ряд устройств жидкостных систем отопления и горячего водоснабжения. В системе отопления данный тип представляет собой вспомогательный элемент. По внешнему виду – это металлический или стальной бак, по всей внешней поверхности тщательнейшим образом обшитый теплоизоляцией, внутри которого устанавливаются либо теплообменные змеевики, либо тэны, в отдельных случаях могут быть и те, и другие.

Поскольку покупка теплоаккумулятора является довольно недешевым приобретением, то многих интересует вопрос, как смастерить теплоаккумулятор своими руками. Если есть желание, то осуществить такой проект вполне по силам даже в сельской местности. Основными факторами стоимости такого устройства будут являться:

– выбор среды накапливающей тепло (вода, камни или эвтектические соли),

– нужное количество этой самой среды, которое можно измерять по объему или по весу,

– то, в каком помещении будет размещаться теплоаккумулятор – в отапливаемом или нет,

– размеры и тип контейнера для накапливающего тепло материала,

– наличие теплообменников для отбора или передачи тепла,

– устройство, предназначенное для перемещения через теплоаккумулятор теплоаккумулирующей среды.

1 — Теплоноситель
2 — Спиральный теплообменник (медные трубы диаметром 20 мм).
3 — Элемент для пространственной фиксации теплообменника и термометра.
4 — Термометр
5 — Теплоизоляция
6 — Бетонный корпус.
7 — Бетонное основание.
8 — Земля.
9 — Подвод и отвод теплоносителя.
10 — Электрический нагреватель (800 Вт, 220 В, длина 1,9 метра)
11 — Слив теплоносителя.

По своей конструкции теплоаккумулятор напоминает термос. Теплоаккумулирующая среда (чаще всего в самодельных устройствах – это вода) помещается в стальном корпусе (можно использовать бочку на 200 и более литров), который сверху укутывается толстым слоем теплоизолирующего материала (лучше всего взять 1-2 слоя минеральной ваты). Теплоизолятор по верху рекомендуется обмотать слоем фольги, хорошо закрепив ее скотчем. От того, насколько толстым и, главное, герметичным, будет устроен слой теплоизоляции, зависит уровень теплопотери устройства. Для нагрева воды используются электрические тэны или трубчатые змеевики. Змеевик можно самостоятельно изготовить, свернув спиралью медную трубу, диаметром 15-20 мм(потребуется около 10-12 мтрубы). Вверху и внизу бака следует предусмотреть отводной и подводной патрубки – через нижний будет подходить остывшая вода, а через верхний отводиться уже нагретая.

Предусматривая изготовление теплоаккумулятора своими руками, можно использовать устройство электронагревателей, аккумулирующих тепло в твердых огнеупорных материалах, например, в мегнезитовом кирпиче. В период льготной подачи электроэнергии, материал, посредством тэнов, разогревается до температуры 600-650 Cº, а затем, на протяжении дня, при помощи небольшого электровентилятора, прогоняющего воздух через кладку, отдает накопленное тепло.

Также, одним из решений теплоаккумулятора, может быть совместное использование электрического отопления с некоторыми теплоемкими средствами в строительных конструкциях. В этом случае, при устройстве перекрытия, в него закладывается электрический нагревательный провод марки ПОСХВ или ПОСХП, который, при прохождении через него электротока низкого напряжения, нагревается и отдает тепло массиву перекрытия. Нагрев перекрытия происходит в ночное время, а теплоотдача – и в вечернее, и в дневное.

Но какой бы тип теплоаккумулятора не был избран для устройства своими руками, следует побеспокоиться о безопасности и рациональности его использования.

Уважаемые читатели, комментируйте статью, задавайте вопросы, подписывайтесь на новые публикации — нам интересно ваше мнение 🙂

Узнаем как изготовить теплоаккумулятор своими руками

В большинстве случаев какая бы то ни было отопительная система имеет в составе три основные части, среди них можно выделить трубные магистрали, радиаторы отопления и котел, который заменяется отопительными приборами. Но системы последнего поколения достаточно часто оснащаются другими полезными устройствами, среди них можно выделить теплоаккумулятор. Изготовить своими руками его в домашних условиях достаточно просто. С помощью данного дополнения можно накапливать избыток энергии, вырабатывающийся в котле и расходующийся понапрасну. В большинстве случаев подобные варианты представляют собой металлический бак, который снабжён несколькими патрубками, расположенными сверху и снизу. К последним подключаются источники тепла, тогда как ко вторым присоединяются потребители. Внутри располагается жидкость, которую хозяева могут использовать для своих целей.

Буферная емкость в современной системе отопления

Целесообразность применения тепловых аккумуляторов (буферных емкостей) доказана европейским опытом…

Произвести манипуляции по изготовлению можно достаточно просто, для этого необходимо подготовить определенный набор инструментов и материалов, а также запастись терпением.

Конструктивные особенности

Если вы решили изготовить теплоаккумулятор своими руками, для начала необходимо ознакомиться с особенностями и принципом работы данного оборудования. В основе функционирования лежит значительная теплоемкость воды. Трубопровод котла подсоединяется к верхней части емкости, в последнюю из которых поступает горячая вода с максимально высокой температурой. Снизу должен быть расположен циркулирующий насос, который отвечает за выбирание холодной воды и нагнетание ее по системе отопления. Жидкость при этом поступает обратно в котел.

Вакуумные радиаторы: краткое описание, принцип работы,…

Жители России каждый год испытывают на себе, насколько суровой может быть местная зима. Это…

В самые короткие сроки ранее остывшая жидкость заменяется на только что нагретую. После прекращения функционирования котла вода в магистралях системы начинает медленно остывать. В процессе циркуляции она поступает в емкость, в которой начинается выдавливание в трубы горячего теплоносителя. Это позволяет обеспечивать обогрев помещений за определенный промежуток времени.

Необходимость изготовления теплоаккумулятора

Если вы решили изготовить теплоаккумулятор своими руками, то должны знать о том, какие функции он выполняет. Стоит учесть, что современные накопительные устройства тепла представляют собой достаточно сложные аппараты, выполняющие множество функций. Они обеспечивают жилье горячим водоснабжением, позволяют увеличить коэффициент полезного действия систем отопления дома до максимально возможного, при этом снижаются финансовые затраты на топливо. Помимо прочего, устройство способно стабилизировать режим температуры внутри помещений.

С помощью данного оборудования есть возможность объединить несколько источников тепла, заключив их в единый контур. Обратная задача тоже может быть выполнена. Теплоаккумулятор своими руками достаточно просто изготавливается. Он будет накапливать избыточное количество энергии, которая вырабатывается котлом.

Недостатки теплового аккумулятора

Если вы решили изготовить теплоаккумулятор для котла своими руками, то необходимо учесть, что он обладает существенными недостатками, среди них можно выделить то, что ресурс воды будет зависеть от объема установленной емкости. Вместительность является весьма ограниченным понятием, именно поэтому вода имеет свойство заканчиваться. Ввиду этого владельцы частных домов достаточно часто запасаются дополнительной системой подогрева. Первый недостаток порождает второй: он выражен в необходимости внушительной площади, которую требуют более ресурсоемкие установки. Это может быть отдельное помещение, которое имеет вид котельной. Не в каждом доме есть возможность обустройства такой комнаты.

Водонагреватель сделать самому своими руками: конструкция,…

Большинство частных домов не оснащено подачей горячей воды. Для решения этой проблемы прибегают к…

Изготовление простого теплового аккумулятора

Если вам нужен теплоаккумулятор, изготовить своими руками данное оборудование будет достаточно просто. Следует основываться на принципе функционирования термоса. Наличие стенок, которые не способны проводить тепло, не позволяет теплоносителю остывать в течение достаточно долгого периода времени. Для работы нужно будет подготовить емкость, объем которой равен 150 литрам или больше. Будут необходимы скотч, бетонная плита, утеплительный материал, а также медные трубки. Последние можно заменить ТЭНами.

Технология изготовления

Если вы решили изготовить теплоаккумулятор своими руками, чертежи которого могут быть составлены самостоятельно, на первом этапе выбранную бочку обязательно нужно привести в порядок. Для этого она тщательно очищается, изнутри удаляются мусор и пыль. Если есть участки, на которых уже образовалась коррозия, то от данного дефекта необходимо избавиться.

Теперь мастеру предстоит подготовить теплоизоляцию, которой будет оборачиваться емкость. Утеплительный материал отвечает за то, чтобы внутри бочки в течение более длительного времени сохранялось тепло. Для самодельного устройства превосходно подходит минеральная вата. Ею нужно окутать емкость со внешней стороны, закрепив все скотчем. Дополнительно конструкция накрывается листовым металлом, который можно заменить фольгированной пленкой. С помощью нее нужно тщательно окутать емкость.

Внутреннее наполнение

Если будет изготавливаться теплоаккумулятор из бочки своими руками, важно решить, с помощью какого из вариантов вода внутри станет нагреваться. Использовать можно электрические ТЭНы, а также змеевик, по последнему из которых спускается теплоноситель. Первый вариант является достаточно сложным, кроме того, он небезопасен. Именно поэтому от него рекомендуется отказаться. Что касается змеевика, то его можно изготовить самостоятельно, используя медную трубку. Диаметр последней должен составить 3 см, тогда как длина может изменяться в пределах от 8 до 15 метров. Из данного элемента подготавливается спираль, которая после размещается внутри.

Заключительные работы

В качестве теплового аккумулятора в изготавливаемой модели выступает верхняя часть емкости. Из нее предстоит пустить отводной патрубок. В нижней части монтируется еще один патрубок, который будет вводным. Через него станет поступать холодная вода. Указанные составляющие системы обязательно снабжаются кранами. На этом можно считать, что довольно простое устройство полностью готово к эксплуатации. Однако перед началом использования важно решить один вопрос, который связан с пожарной безопасностью. Правила гласят, что установка должна располагаться только на бетонной плите, по возможности конструкцию следует отгородить стенками.

Особенности проведения подключения

Если вы задумались о том, как сделать теплоаккумулятор своими руками, то необходимо ознакомиться и с особенностями подключения. Транзитом через всю емкость должен проходить обратный трубопровод, на концах которого следует предусмотреть вход и выход. Первоначально между собой предстоит соединить емкость и обратку котла. Между ними располагается циркуляционный насос. Последний устанавливается со второй стороны, как и отсекающий кран. Сопрягается подающий трубопровод по такой же технологии, как и предыдущий, однако теперь установка тепловых насосов не производится.

Сохранение теплоты в материалах

Инженерный набор инструментов

— Ресурсы, инструменты и базовая информация для проектирования и проектирования технических приложений!

Энергия запасается в виде явного тепла в материалах.

Рекламные ссылки

Тепловая энергия может накапливаться в материале в виде явного тепла путем повышения его температуры.

Аккумулирование тепла или энергии можно рассчитать как

q = V ρ c _p dt

= m c _p dt (1)

где

q = физическая теплота, накопленная в материале (Дж, БТЕ)

V = объем вещества (м ³ , ft ³ )

ρ = плотность вещества (кг/м ³ , фунт/фут ³ )

m = масса вещества (кг, фунт )

в _р = удельная теплоемкость вещества (Дж/кг ^o C, БТЕ/фунт ^o F)

dt = изменение температуры ( ^o C, ^o F ) 9000 3

Материал	Диапазон температур ( ^o C)	Плотность — ρ — (кг/м ³ )	Удельная теплоемкость — 90 013 c _p — (Дж/кг ^o C)	Плотность энергии (кДж/м ³ ^o C)
Алюминий	макс. 660 (точка плавления)	2700	920	2484
Кирпич		1969	921	1813
Чугун	макс. 1150 (точка плавления)	7200	540	3889
Бетон		2305	920	2122
Шамот		2200	1000	2200
50% этиленгликоль — 50% вода	0 — 100	1075	3480	3741
Даутерм А	12 — 260	867	2200	1907
Соль для вытяжки — 50% NaNO ₃ — 50% KNO ₃ ) (по весу)	220 — 540	1733	1550	2686
Гранит		2400	790	1896
Жидкий натрий	100 — 760	750	1260	945
Расплав соли – 50 % KNO ₃ – 40 % NaNO ₂ – 7 % NaNO ₃ (по весу)	142 — 540	1680	1560	2620
Дуб		769	2385	1833
Сосна		496	2803	1391
Таконит		3200	800	2560
Терминол 66	-9 — 343	750	2100	1575
Вода	0 — 100	1000	4190	4190

1 кДж/(кг К) = 0,2389 БТЕ/(фунт _м ^o F)

Пример — тепловая тепловая энергия, хранящаяся в граните

Тепло, хранится в 2 M ³ Гранит путем нагрева от 20 ^O C до 40 ^O C . Плотность гранита 2400 кг/м ³ а удельная теплоемкость гранита 790 Дж/кг ^o С . Тепловая энергия, запасенная в граните, может быть рассчитана как

.
q = (2 м ³ ) (2400 кг/м ³ ) (790 Дж/кг ^o Кл) ((40 ^o Кл) — (20 ^o Кл))
= 75840 кДж
q _кВтч = (75840 кДж) / (3600 с/ч)
= 21 кВтч

Пример. Теплота, необходимая для нагрева воды

Теплота, необходимая для нагрева 1 фунт воды на 1 градус Фаренгейта , когда удельная теплоемкость воды равна 1,0 БТЕ/фунт ^o F можно рассчитать как

9 0013 q = (1 фунт) (1,0 БТЕ/фунт ^o F) (1 ^o F)

= 1 БТЕ

Калькулятор накопления тепловой энергии

С помощью этого калькулятора можно рассчитать количество тепловая энергия, запасенная в веществе. Калькулятор можно использовать как для SI, так и для имперских единиц, если использование единиц согласовано.

V — объем вещества (м ³ , фут ³ )

ρ — плотность вещества (кг/м ³ , фунт/фут ³ )

в _р — удельная теплоемкость вещества (Дж/кг ^o C, БТЕ/фунт ^o F)

dt — изменение температуры ( ^o C, ^o F )

Рекламные ссылки

Связанные документы

Воздух — теплофизические свойства

Тепловые свойства воздуха при разных температурах — плотность, вязкость, критическая температура и давление, тройная точка, энтальпы и энтропии, теплопроводность и диффузионность и многое другое.

Жидкости и жидкости – удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость для некоторых распространенных жидкостей и жидкостей — ацетона, масла, парафина, воды и многих других.

Твердые вещества — удельная теплоемкость

Обычные твердые вещества, такие как кирпич, цемент, стекло и многие другие, и их удельная теплоемкость в имперских единицах и единицах СИ.

Рекламные ссылки

Engineering ToolBox — Расширение SketchUp — 3D-моделирование онлайн!

Добавляйте стандартные и настраиваемые параметрические компоненты, такие как балки с полками, пиломатериалы, трубопроводы, лестницы и т. д.

Скетчап модель

Engineering ToolBox — расширение SketchUp

— включен для использования с удивительным, веселым и бесплатным

Сделать SketchUp

SketchUp Pro

. Добавьте расширение Engineering ToolBox в свой SketchUp из

SketchUp Pro

Склад расширений Sketchup!

Перевести

О Engineering ToolBox!

Мы не собираем информацию от наших пользователей. В нашем архиве сохраняются только электронные письма и ответы. Файлы cookie используются только в браузере для улучшения взаимодействия с пользователем.

Некоторые из наших калькуляторов и приложений позволяют сохранять данные приложений на локальном компьютере. Эти приложения будут — из-за ограничений браузера — отправлять данные между вашим браузером и нашим сервером. Мы не сохраняем эти данные.

Google использует файлы cookie для показа нашей рекламы и обработки статистики посетителей. Пожалуйста прочти

Конфиденциальность и условия Google

для получения дополнительной информации о том, как вы можете управлять рекламой и собираемой информацией.

AddThis использует файлы cookie для обработки ссылок на социальные сети. Пожалуйста прочти

ДобавитьЭту Конфиденциальность

Чтобы получить больше информации.

Реклама в панели инструментов

Если вы хотите продвигать свои продукты или услуги в Engineering ToolBox — используйте

Гугл Адвордс.

Вы можете выбрать Engineering ToolBox с помощью

Места размещения, выбранные вручную AdWords.

Цитата

Эту страницу можно цитировать как

Инженерный набор инструментов (2009 г. ). Аккумулирование тепла в материалах . [онлайн] Доступно по адресу: https://www.engineeringtoolbox.com/sensible-heat-storage-d_1217.html [День месяца год].

Изменить дату доступа.

закрывать

Сделать ярлык на главный экран?

Компания Polar Night Energy разрабатывает систему хранения тепла на основе песка

Эта спонсируемая статья подготовлена компанией COMSOL.

Когда мы пытаемся объективно изучать природу, нам часто напоминают о том, как природные силы влияют на нас лично. Мы можем сидеть за столом и рассматривать тепло в его различных формах, но мы можем отвлечься, если наши пальцы ног замерзнут! Когда мы увеличиваем тепло в наших домах и на работе, мы должны сбалансировать нашу личную потребность в тепле с глобальным воздействием сжигания ископаемого топлива, такого как нефть, газ, уголь и биомасса. Антропогенное изменение климата ставит человечество перед проблемой: как мы можем согреться сейчас, пытаясь предотвратить перегрев нашего мира в будущем?

Это пугающий вопрос, на который пытается ответить стартап Polar Night Energy из маленькой и холодной Финляндии (рис. 1). В регионе, известном долгими темными зимними ночами, компания Polar Night Energy строит в городе Тампере систему, которая может обогревать здания за счет накопленной солнечной энергии — весь день, всю ночь и всю зиму. На этом кажущиеся противоречия не заканчиваются. В эпоху сложных чистых технологий, часто изготавливаемых из редких и дорогих материалов, система хранения и распределения тепла Polar Night Energy состоит из простых воздуховодов, насосов, клапанов и песка. Новая система демонстрирует потенциал для решения глобальных проблем терпеливо, вдумчиво и по-человечески.

Маленькая страна с большими потребностями в отоплении

Большие проблемы требуют больших решений, и, возможно, в 21 веке нет более серьезной проблемы, чем изменение климата. Чтобы решить эту проблему, многие правительства и организации инвестируют в новые технологии, чтобы помочь сократить использование ископаемого топлива. Эти инициативы в основном сосредоточены на производстве, распределении и хранении электроэнергии из возобновляемых источников.

«Когда вы спрашиваете людей о более чистой энергии, они думают об электричестве», — говорит Томми Эронен, генеральный директор Polar Night Energy. «Но мы также должны сократить выбросы от отопления». Из всех выбросов Финляндии, связанных с энергетикой, 82 процента приходятся на отопление жилых зданий (ссылка 1). «Мы хотим заменить все это, если у нас есть надежда на достижение наших глобальных климатических целей», — говорит Эронен.

Думай глобально, обогревай локально

Дух мантры «Думай глобально, действуй локально», связанной с 1960-ми годами, живет в команде новаторов Polar Night Energy. Их путешествие началось с вопроса, заданного его основателями Томми Эроненом и Маркку Юлененом, когда они были однокурсниками в университете: «Возможно ли построить энергонезависимую и рентабельную коммуну хиппи для инженеров, использующую только солнечную энергию?» После выпуска проект под кодовым названием «Коммуна хиппи» стал называться Polar Night Energy, где Эронен стал генеральным директором, а Юленен — техническим директором.

То, что начиналось как беззаботный (но серьезный) студенческий проект, привело к созданию пилотной электростанции мощностью 3 МВтч/100 кВт в финском городе Тампере, которая начала работу зимой 2020–2021 годов. Система использует электричество для нагрева воздуха, который затем циркулирует через теплообменник, который нагревает воду и распределяет ее по нескольким зданиям в городском районе Хиеданранта (рис. 2).

Внутри системы резистивные нагревательные элементы с электрическим приводом нагревают воздух до температуры более 600°C. Горячий воздух циркулирует по сети труб внутри теплоаккумулятора, заполненного песком. Затем горячий воздух возвращается из резервуара в теплообменник, где он нагревает воду, которая затем циркулирует по системе отопления здания. Теплоаккумулирующая способность песка гарантирует, что даже когда резистивные элементы холодные, циркулирующий воздух все еще достаточно горячий, чтобы поддерживать температуру воды (и зданий).

«У нас есть только трубы, вентили, вентилятор и электрический нагревательный элемент. Здесь нет ничего особенного!» — смеется Эронен.

Батарея для обогрева, сделанная из песка

Известный инженер-химик Дональд Садоуэй сказал: «Если вы хотите сделать дешевую батарею, вы должны сделать ее из грязи». Система Polar Night Energy сталкивается с теми же основными проблемами, что и любая другая энергетическая инфраструктура. Он должен давать людям энергию тогда, когда она им нужна, там, где она им нужна, и по разумной цене. Это означает, что хранение и распределение энергии так же важно, как и ее производство. Существующая инфраструктура решает эти проблемы привычными способами. Для отопления на основе сжигания такие виды топлива, как нефть и газ, хранятся и перемещаются туда, где их можно сжечь. Электрическая сеть также поддерживает эффективное распределение электроэнергии и использует энергию, вырабатываемую возобновляемыми источниками энергии, такими как ветер и солнечная энергия. Однако прерывистый характер дневного света и сильные ветры являются серьезной проблемой. Аккумулирование энергии необходимо для поддержания стабильной выработки электроэнергии во время пиков и спадов возобновляемых источников энергии. Но даже с последними достижениями в области аккумуляторных технологий хранение электроэнергии остается относительно дорогим, особенно в масштабах, необходимых для отопления зданий. Что, если вместо хранения электричества «батарея» могла бы накапливать тепло?

Рис. 3. Маркку Юленен с репрезентативным образцом недорогого теплоаккумулятора Polar Night Energy.

Многие традиционные системы отопления уже накапливают и распределяют тепло, удерживая и циркулируя теплую воду. Эронен и Юленен признали преимущества водяного аккумулирования тепла, а также его ограничения. «Есть столько тепла, сколько вы можете добавить к воде, прежде чем она превратится в пар», — говорит Эронен. «Пар может эффективно распределять тепло, но он не очень экономичен для крупномасштабного хранения». Чтобы избежать недостатков хранения тепла в воде, вместо этого они обратились к песку — 42 метрических тонны! (Рисунок 3) После того, как солнце садится, накопленное в песке тепло постепенно высвобождается обратно в циркулирующий воздушный поток. Это сохраняет воздух достаточно горячим, чтобы поддерживать постоянную температуру воды, протекающей через радиаторы клиентов. Таким образом, песок позволяет солнечной энергии согревать людей даже в самые темные и холодные финские ночи. «Песок обеспечивает в четыре раза больше энергии, чем вода», — говорит Эронен. «Песок эффективен, нетоксичен, портативен и дешев!»

«Нам нужно прогнозное моделирование, чтобы ответить на как можно больше вопросов, прежде чем мы возьмемся за сборку всего этого оборудования — и всего этого песка!»
— Томми Эронен, генеральный директор Polar Night Energy.

Сложный анализ за простым решением

Экономическая эффективность является основой ценностного предложения Polar Night Energy. «Как только мы решили реализовать эту идею, мы пытались выяснить, как выглядят финансы, — говорит Эронен. В своем стремлении делать больше с меньшими затратами Polar Night Energy долгое время зависела от инструментов численного моделирования. Эронен и Илонен начали использовать программное обеспечение COMSOL Multiphysics еще будучи студентами, и оно остается неотъемлемой частью их процесса проектирования. Например, Эронен упоминает характеристики расширенной системы накопления тепла, которая будет обслуживать больше зданий в Тампере. Команда подсчитала, что для снабжения теплом района с населением 35 000 человек потребуется заполненный песком накопительный цилиндр высотой 25 метров и диаметром 40 метров. Как они пришли к этим размерам? «Приблизительное количество необходимого материала на самом деле легко рассчитать, потому что мы знаем, сколько тепла мы можем сохранить в кубическом метре песка», — объясняет Эронен. «Нам также нужно было определить пространство, необходимое для эффективной теплопередачи между песком и нашей системой циркуляции воздуха (рис. 4). Это гораздо сложнее сделать! Мы использовали COMSOL для моделирования и оценки различных вариантов конструкции».

Рис. 4. Томми Эронен (на переднем плане) и Илонен осматривают воздуховод теплоаккумулятора Polar Night Energy.

Программное обеспечение для мультифизического моделирования помогло разработать конструкцию теплообменника Polar Night Energy (рис. 5–6). Эронен говорит: «Мы построили конкретную модель, чтобы исследовать дизайнерскую идею: что, если мы создадим сверхгорячее ядро из песка, окруженное нагревательными каналами по периметру?» Смоделировав поток жидкости и эффекты теплообмена в программном обеспечении COMSOL Multiphysics, команда Polar Night Energy смогла количественно оценить сравнительные преимущества и недостатки своей конструкции. «Моделирование подтвердило, что конструкция «горячего ядра» хорошо сохраняет тепло в течение очень длительного периода времени», — говорит Эронен. «Но для нашего предполагаемого рабочего цикла более целесообразно равномерно распределить каналы горячего воздуха по резервуару для хранения песка», — объясняет он.

Огромный масштаб системы накопления тепла Polar Night Energy на основе песка делает программное обеспечение для моделирования незаменимым. «Мы не можем построить полноразмерные прототипы, чтобы проверить все наши идеи. Нам нужно прогнозное моделирование, чтобы ответить на как можно больше вопросов, прежде чем мы приступим к сборке всего этого оборудования — и всего этого песка!» — говорит Эронен. «Для нас важно использовать эти чрезвычайно мощные инструменты».

Адаптация новых идей к существующей инфраструктуре

Отделив задачу хранения тепла от производства и распределения тепла, Polar Night Energy сделала свою систему более эффективной и адаптируемой. Существует большой потенциал для модернизации их заполненных песком систем хранения и передачи тепла в существующую инфраструктуру (рис. 7). Тампере, внутренний финский промышленный город с населением почти 250 000 человек, является идеальным полигоном для испытаний этой новой технологии. «В Тампере, как и во многих других европейских городах, уже есть система централизованного теплоснабжения, по которой вода циркулирует по всем кварталам, — говорит Эронен. «Это позволяет нам быстро переключать многие здания на возобновляемый источник тепла», — говорит он. Пилотная установка Polar Night Energy в Тампере также может получать электроэнергию из существующей электросети, а также электроэнергию, вырабатываемую новыми солнечными панелями. Надежное хранение тепла позволяет городу производить или покупать электроэнергию, когда это наиболее доступно, а затем распределять тепло, когда оно больше всего необходимо.

Рис. 7. Часть системы теплопередачи, установленной компанией Polar Night Energy в Тампере, Финляндия. Вертикальные трубы слева являются частью теплообменника, а резистивные нагревательные элементы справа обернуты белой изоляцией. Между этими компонентами находится радиальный вентилятор с циркуляцией воздуха.

Сегодня: Финляндия; Завтра: мир

С тех пор как зимой 2020–2021 годов система Тампере начала работать, команда Polar Night Energy собирает данные для сравнения со своими моделями. «Наши симуляции оказались очень точными, что обнадеживает», — говорит Эронен. А пока команда Polar Night Energy продолжает развивать свои идеи локально , они также намерены действовать глобально . Та же самая технология, которая согревает долгими холодными ночами в Финляндии, может также обеспечить лучшие возможности управления энергопотреблением для остального мира.

Теплоаккумулятор своими руками: виды, принцип действия, чертежи — Строительство дома, ремонт в квартире, все для дачи