Войти
A Тепловая батарея - это физическая структура, используемая для хранения и выделения тепловой энергии - см. также накопитель тепловой энергии. Такая тепловая батарея (также известная как TBat) позволяет временно сохранять энергию, доступную в одно время, а затем высвобождать ее в другое время. Основные принципы работы тепловой батареи проявляются на атомарном уровне материи: энергия добавляется или отбирается либо из твердой массы, либо из жидкого объема, что приводит к температуре вещества. изменение. Некоторые тепловые батареи также вызывают термический переход вещества через фазовый переход, который вызывает накопление и высвобождение еще большей энергии из-за дельта энтальпии плавления или дельта энтальпии. испарения.
Тепловые батареи очень распространены и включают такие знакомые предметы, как грелка. Ранние примеры тепловых батарей включают каменные и глиняные кухонные плиты, камни, помещенные в огонь, и печи. Хотя печи и обжиговые печи являются духовками, они также являются системами хранения тепла, которые зависят от тепла, сохраняемого в течение длительного периода времени.
Тепловые батареи обычно делятся на 4 категории с различными формами и областями применения, хотя в основном все они предназначены для хранения и извлечения тепловой энергии. Они также различаются по способу и плотности аккумулирования тепла.
Материалы с фазовым переходом, используемые для аккумулирования тепла, способны сохранять и выделять значительную теплоемкость при температуре, при которой они меняют фазу. Эти материалы выбираются на основе конкретных применений, потому что существует широкий диапазон температур, которые могут быть полезны в различных приложениях, и широкий диапазон материалов, которые изменяют фазу при разных температурах. Эти материалы включают соли и воски, специально разработанные для тех применений, которые они обслуживают. Помимо промышленных материалов, вода является материалом с фазовым переходом. Скрытая теплота воды составляет 334 Дж / грамм. Фазовый переход воды происходит при 0 ° C (32 ° F).
Некоторые приложения используют теплоемкость воды или льда в качестве хранилища холода; другие используют его как накопитель тепла. Он может обслуживать любое приложение; лед можно растопить для сохранения тепла, а затем повторно заморозить, чтобы нагреть среду с температурой ниже нуля (помещение жидкой воды с температурой 0 ° C в такую среду нагревает ее намного больше, чем та же масса льда при той же температуре, потому что скрытая теплота замерзания извлекается из него, поэтому фазовый переход имеет значение), или воду можно заморозить, чтобы «сохранить холод», а затем растопить, чтобы сделать среду выше точки замерзания, холоднее (и опять же, данная масса льда при 0 ° C обеспечит больше
Преимущество использования фазового перехода таким способом состоит в том, что заданная масса материала может поглощать большое количество энергии без изменения его температуры. Следовательно, тепловую батарею, использующую фазовый переход, можно сделать легче, или в нее можно вложить больше энергии без недопустимого повышения внутренней температуры.
Герметичная тепловая батарея физически является похож на тепловую батарею с фазовым переходом в том, что это ограниченное количество физического материала, который термически нагревается или охлаждается для хранения или извлечения энергии. Однако в инкапсулированной тепловой батарее без изменения фазы температура вещества изменяется без изменения фазы. Поскольку фазовый переход не требуется, для использования в герметичной тепловой батарее доступно гораздо больше материалов.
Одним из ключевых свойств герметичной тепловой батареи является ее объемная теплоемкость (VHC), также называемая объемно-удельной теплоемкостью. Типичные вещества, используемые для этих тепловых батарей, включают воду, бетон и влажный песок.
Примером герметизированной тепловой батареи является водонагреватель для жилых помещений с накопительным баком. Эта тепловая батарея обычно медленно заряжается в течение примерно 30–60 минут для быстрого использования при необходимости (например, 10–15 минут). Многие коммунальные предприятия, понимая природу водонагревателей как «тепловую батарею», начали использовать их для поглощения избыточной энергии из возобновляемых источников, когда она доступна для дальнейшего использования домовладельцем. Согласно цитированной выше статье, «чистая экономия электроэнергии в системе в целом может составить 200 долларов в год на каждый обогреватель, часть из которых может быть передана его владельцу».
| Тип | Энергия |
|---|---|
| Принцип работы | Термодинамика |
| Изобретено | Тепловые насосы, используемые GHEX, изображенный выше, был изобретен в 1940-х годах Робертом К. Уэббером. |
| Первая продукция | Тепловые насосы были впервые произведены в 1970-х. |
Наземный теплообменник (GHEX) является одной из областей Земля, которая используется в качестве тепловой батареи сезонного / годового цикла. Эти тепловые батареи представляют собой участки земли, в которые помещены трубы для передачи тепловой энергии; они «неинкапсулированы» в том смысле, что целевая область не изолирована от остальной окружающей земли. Энергия добавляется к GHEX, пропуская через трубы текучую среду с более высокой температурой и, таким образом, повышая температуру местной земли. Энергия также может быть получена из GHEX, пропуская жидкость с более низкой температурой по тем же трубам.
Тепловые батареи GHEX обычно бывают двух видов. На приведенном выше рисунке изображен так называемый «горизонтальный» GHEX, в котором траншеи используются для размещения некоторого количества трубы в замкнутом контуре в земле. Они также образуются путем бурения скважин в земле вертикально или горизонтально, а затем трубы вставляются в виде замкнутого контура с фитингом с U-образным изгибом на дальнем конце контура. Эти просверленные тепловые батареи GHEX также иногда называют «скважинными системами хранения тепловой энергии».
Тепловая энергия может быть добавлена к тепловой батарее GHEX или снята с нее в любой момент времени. Однако они чаще всего используются в качестве сезонного накопителя тепловой энергии, работающего по годовому циклу, когда энергия извлекается из здания в течение летнего сезона для охлаждения здания и добавляется к GHEX, а затем та же энергия позже извлекается из GHEX в зимний период для обогрева здания. Этот годовой цикл добавления и вычитания энергии очень предсказуем на основе моделирования энергии обслуживаемого здания. Тепловая батарея, используемая в этом режиме, является возобновляемым источником энергии, поскольку энергия, извлеченная зимой, будет возвращена GHEX следующим летом в постоянно повторяющемся цикле. Этот тип работает от солнечной энергии, потому что это тепло от солнца летом отводится от здания и хранится в земле для использования в следующем зимнем сезоне для отопления. Существует два основных метода тестирования теплового отклика, которые используются для определения теплопроводности и теплоемкости / диффузии тепловых батарей GHEX - подгонка одномерной кривой с логарифмическим временем и недавно выпущенное расширенное тестирование теплового отклика.
Хороший пример годового цикла тепловой батареи GHEX можно увидеть в исследовании ASHRAE Building. Как видно из графика контура заземления и температуры окружающего воздуха по датам (рис. 2-7), можно легко увидеть синусоидальную форму годового цикла температуры земли, поскольку тепло в сезон отводится из земли зимой и отводится на землю в летом, создавая наземный «тепловой заряд» в течение одного сезона, который не разряжается и перемещает другое направление от нейтрального до более позднего сезона. Другие более совершенные наземные тепловые батареи, использующие преднамеренные тепловые схемы ствола скважины, в настоящее время находятся в стадии исследования и раннего использования.
Есть некоторые другие элементы, которые исторически назывались термическими. батареи ». В эту группу входит солевой аккумулятор, который представляет собой устройство для выработки электроэнергии. Другие примеры включают тепловые пакеты, которые лыжники используют для согрева рук и ног (см. грелка для рук ). Это химическая батарея, которая при активации (в данном случае воздухом) выделяет тепло. Существуют и другие родственные химические тепловые батареи для выработки холода (см. мгновенный холодный пакет ), обычно используемые при спортивных травмах.
. Один общий принцип этих других тепловых батарей заключается в том, что вовлеченная реакция, как правило, необратима.. Таким образом, эти батареи не используются для хранения и извлечения тепловой энергии.
