аккумулировании и на несколько месяцев — при сезонном аккумулировании. Следует отметить, что применение сезонных аккумуляторов пока экономически нецелесообразно. В целом же применение аккумулятора теплоты повышает эффективность гелиосистемы и надежность теплоснабжения.

Низкотемпературные системы аккумулирования теплоты охватывают диапазон температур от 30 до 100 °С и используются в системах воздушного (30°С) и водяного (30—90°С) отопления и горячего водоснабжения (45—60°С). Система аккумулирования теплоты, как правило, содержит резервуар, теплоаккумулирующий материал, с помощью которого осуществляется накопление и хранение тепловой энергии, теплообменные устройства для подвода и отвода теплоты при зарядке и разрядке аккумулятора и тепловую изоляцию.

Аккумуляторы можно классифицировать по характеру физико-химических процессов, протекающих в теплоаккумулирующих материалах (ТАМ):

аккумуляторы емкостного типа, в которых используется теплоемкость нагреваемого (охлаждаемого) аккумулирующего материала без изменения его агрегатного состояния (природный камень, галька, -вода, водные растворы солей и др.);

аккумуляторы фазового перехода вещества, в которых используется теплота плавления (затвердевания) вещества;

аккумуляторы энергии, основанные на выделении и поглощении теплоты при обратимых химических и фотохимических реакциях.

В аккумуляторах первой группы происходят последовательно или одновременно процессы нагревания и охлаждения теплоаккумулирующего материала либо непосредственно за счет солнечной энергии, либо через теплообменник. Этот способ аккумулирования тепловой^, энергии наиболее широко распространен. Основным не достатком аккумуляторов этого типа является их боль шая масса и как следствие этого—потребность в боль ших площадях и строительных объемах в расчете н^ 1ГДж аккумулируемой теплоты.

Сравнение различных теплоаккумулирующих матери алов приведено в табл. 4.

Требования к теплоаккумулирующим материалам высокая теплоемкость и энтальпия фазового перехода

Таблица 4. Сравнение некоторых теплоаккумулирующих материалов

примечания: I, Обозначения степени следующие: т —твердое состояние; ж — жидкое состояние; * —с учетом объема пустот —25%,

. 2. Температура н теплота плавления: парафин —47 °С и 209 кДж/кг; глауберова соль — 32 °С и 251 кДж/кг.

при достаточно высокой теплопроводности; высокая плот, ность материала и его химическая стабильность; безопасность и нетоксичность; низкая стоимость.

Система аккумулирования тепловой энергии характеризуется следующими параметрами: теплоаккумулирующей способностью или удельной энергоемкостью, ГДж/мЗ; диапазоном рабочих температур, °С; скоростью подвода и отвода теплоты при зарядке и разрядке аккумулятора, кДж/с.

Аккумуляторы теплоты емкостного типа (рис. 20) — наиболее широко распространенные устройства для ак-кумулирования тепловой энергии. Теплоаккумулирующую способность или количество теплоты (кДж), которое может быть накоплено в аккумуляторе теплоты емкостного типа, определяют по формуле

где т —масса.

Q = mC,(r,-r.), теплоаккумулирующего

вещества, кг;

Ср — удельная изобарная теплоемкость вещества, кДж/ /(кг-К); Ti и Гг —средние значения начальной и конечной температур теплоаккумулирующего вещества, °С.

Наиболее эффективный теплоаккумулирующий материал в жидкостных солнечных системах теплоснабжения— это вода. Для сезонного аккумулирования теплоты перспективно использование подземных водоемов, грунта, скальной породы и других природных образований.

Рнс. 20. Аккумуляторы теплоты емкостного типа —водяной (п) и галечный (б):

J — теплообмеиинк; 2 —холодная вода; 3 —горячая вода; 4 — теплоизолированный бак (бункер); 5 —сдой гальки; «—решетка; 7, в —подвод (отвод)

воздуха

В крупномасштабных системах аккумулирования теплоты достаточно успешно используют железобетонные и стальные резервуары вместимостью до 100 тыс. м\ в которых горячая вода, обладающая значительной теплоемкостью [4,19 кДж/(кг-°С)], может сохранять прН^ температуре 80—95°С до 8 тыс. ГДж теплоты. Они дос- таточно просты в эксплуатации, но требуют больших ка-j; питаловложеннй. Целесообразно их использование сов-; местно с тепловыми насосами, в этом случае их теплоаккумулирующая способность может удвоиться за счет более глубокого (до 5°С) охлаждения воды в резервуаре.

Положительный опыт в сезонном аккумулировании теплоты накоплен в Швеции, где успешно эксплуатируй

Ьтся крупные гелиотеплонасосные системы теплоснабжения целых поселков. Однако для индивидуального потребления наибольший интерес представляют аккумуляторы теплоты для небольших солнечных установок горячего водоснабжения и отопления.

На рис. 21 показаны примеры конструктивного исполнения баков аккумуляторов вместимостью 200—500 л, применяемые в водонагревательных установках с есте-

Рис. 21. Баки — аккумуляторы горячей воды:

о —бак с подводом холодной воды снизу и внутренними перегородками; б — бак с поплавковым клапаном для подвода холодной воды; в —бак с подводом теплоты нз КСЭ через теплообменник; г — секционированный бак с электронагревателем; / — теплоизолированный корпус; 2 — перегородка; 3 — подвод холодной воды; 4 — отвод горячей воды; 5 — поплавковый клапан; б — опускная труба; 7 —теплообменник; 4 — электронагреватель; — теплообменник

ственной и принудительной циркуляцией. Как правило, используется вертикальный стальной бак высотой в 3— 5 раз больше его диаметра для обеспечения температурного расслоения воды. Тепловые потери бака снижаются путем применения теплоизоляции типа стекловаты толщиной не менее 50 мм. Внутренняя поверхность бака, контактирующая с водопроводной водой, должна быть защищена от коррозии. Для этого бак должен быть из-

готовлен из нержавеющей стали, иметь эмалевое покрытие или анод из магния или анодную защиту с внешним источником электричества. В баке могут быть предусмотрены горизонтальные перегородки (рис. 21, а и г), поплавковый клапан для подвода холодной воды (рис. 21, б) и труба для ее поступления в нижнюю часть бака, теплообменник в двухконтурной системе для подвода теплоты от КСЭ (рис. 21, б и г), электронагреватель и теплообменник для отвода теплоты в систему отопления (рис. 21, г). Перегородки разделяют бак на секции с различными уровнями температуры воды по высоте, так что в верхней части бака вода имеет более высокую температуру, чем в нижней. Это повышает эффективность аккумулирования теплоты. В схемах а и б теплоносителем в КСЭ служит вода, а в схемах в и г—антифриз, поэтому используется теплообменник для передачи теплоты от антифриза к воде.

Галечный аккумулятор теплоты (рис. 22). В солнечных воздушных системах теплоснабжения обычно применяются галечные аккумуляторы теплоты, представляющие собой емкости круглого или прямоугольного сечения, содержащие гальку размером 20—50 мм в виде насадки из плотного слоя частиц. Аккумуляторы этого типа обладают рядом достоинств, но по сравнению с во-^ дяным аккумулятором в этом случае требуется большие объем. Галечный аккумулятор может располагаться вер4 тикально или горизонтально.

Горячий воздух, поступающий днем из солнечног коллектора в аккумулятор, отдает гальке свою теплоту и таким образом происходит зарядка аккумулятора. Hpi разрядке аккумулятора ночью или в ненастную погоду воздух движется в обратном направлении и отводит теп лоту к потребителю.

При одинаковой энергоемкости объем галечного ак кумулятора теплоты в 3 раза больше объема водяног(1 бака-аккумулятора. Так, при массе гальки 10 т, пороз! ности слоя е=0,4 и плотности частиц 1850 кг/м^ требу! ется объем галечного аккумулятора, равный V=m/p (1-е) =9 м. Приняв, что при разрядке аккумулятора на^ чальная температура частиц гальки равна 65°С, а и конечная температура 21 "С, что вполне реально при воз^ душном отоплении с помощью вентиляционной системы, получим количество теплоты, которое можно использовать для отопления из аккумулятора [удельная теплоем-

кость гальки с==0,88 кДж/(кг.К) или 1630 кДж/(мз. К)]: Q = mc(r„a4 —Гкон) = 10*-0,88(65—21) = 387,2 МДж. При часовой тепловой нагрузке 20 МДж/ч этого запаса энергии хватит иа 19,36 ч.

Аккумуляторы теплоты фазового перехода. Основное преимущество теплоты с фазовым переходом — высокая

доздих

Рис. 22, Общий вид галечного аккумулятора:

/ — крышка; 2 — бункер; 3 — бетонный блок; 4 — теплоизоляция; 5 — сетка;

6 — галька

удельная плотность энергии, благодаря чему существенно уменьшаются масса и объем аккумулятора по срав-нен)1ю с емкостными аккумуляторами.

Для низкотемпературных солнечных систем теплоснабжения в аккумуляторах фазового перехода наиболее пригодны органические вещества (парафин и некоторые жирные кислоты) и кристаллогидраты неорганических солей, например гексагидрат хлористого кальция СаС^-бЫгО или глауберова соль N32804-ЮНгО, плавящиеся при 29 и 32 °С соответственно. При использова-