Экспериментальные и численные исследования хранения тепла на основе МФП для солнечной тепловой энергии

  • B. Akhmetov Казахский национальный университет им. аль-Фараби, г. Алматы, Республика Казахстан
  • A. Seitov Казахский национальный университет им. аль-Фараби, г. Алматы, Республика Казахстан
  • R. Popov Университет Пловдив им. “Паисий Хилендарски”, г. Пловдив, Болгария
  • A. Georgiev Технический университет - София, филиал Пловдив, г. Пловдив, Болгария
  • A. Kaltayev Қазахский национальный университет им. аль-Фараби, г. Алматы, Республика Казахстан
Ключевые слова: латентный теплоаккумулятор, хранение тепла, хранение тепла в фазовом изменений материала

Аннотация

На данный момент здания ответственны за 40% от общего годового потребления энергии в мире, которая отвечает за одну треть выбросов парниковых газов по всему миру. Значительная часть этой энергии используется для освещения, отопления, охлаждения и кондиционирования воздуха. Повышение обеспокоенности по поводу воздействия на окружающую среду парниковых газов, производимых обычными тепловыми станциями, вызвали новый интерес к экологически чистым технологиям, в том числе систем отопления и охлаждения для зданий. Эта работа была проведена с целью исследования и изучения возможностей хранения солнечной энергии с использованием материалов фазового перехода (МФП), используя эту энергию для нагрева воды ежедневного применения. Путем проведения зарядки латентного теплового аккумулятора (ЛТА) на основе МФП, который в данном исследовании является парафином, чья энергоемкость была рассчитана и проведены сравнения с теплоаккумулятором без МФП, заполненный только водой, - физическим хранением тепла (ФХТ). По результатам экспериментального исследования, ЛТА на основе МФП смог сохранить на 40% больше тепловой энергии по сравнению с ФХТ. Кроме того, процесс зарядки ЛТА на основе МФП был численно исследован для визуализации теплового поля в аккумуляторе. Результаты показывают, что численные результаты согласуются с экспериментальными результатами, которые показывают правильность математической модели и результатов моделирования.

Литература

[1] Anastasiya Stoyanova, "Experimental installation for investigation of latent heat accumulator as a part of hybrid system for air conditioning."Journal Toplotehnika 14(2013).
[2] Bathelt et al., "Latent heat-of-fusion energy storage experiments on heat transfer from cylinders during melting."J. Heat Transfer 101(1979):453–58, accessed August 01, 1979, doi:10.1115/1.3451008.
[3] Belen Zalba et al., "Review on thermal energy storage with phase change materials, heat transfer analysis and applications."Applied Thermal Engineering 23(2003):251-83. accessed February 2003, doi:10.1016/S1359-4311(02)00192–8.
[4] Chung T. J. Computational Fluid Dynamics. (Cambridge: Cambridge University Press, 2002), 120–99.
[5] Donald Neeper, "Thermal dynamics of wallboard with latent heat storage."Solar Energy 68(2013):393–03, accessed July 2013, doi:10.1016/S0038–092X(00)00012–8.
[6] Fan and Jay Khodadadi, "Thermal conductivity enhancement of phase change materials for thermal energy storage: a review."Renewable and Sustainable Energy Reviews 15(2010):24–46. accessed January 2011, doi:10.1016/j.rser.2010.08.007.
[7] FQ Wang et al., "A review of research concerning the use of PCMS in air conditioning and refrigeration engineering."Adv. Build Technol. 2(2002). accessed December 2002, doi:10.1016/B978–008044100–9/50158–3.
[8] Francis Agyenimet et al., "A review of materials, heat transfer and phase change problem formulation for latent heat thermal energy storage systems (LHTESS)."Renewable and Sustainable Energy Reviews 14(2010):615–28. accessed February 2010, doi:10.1016/j.rser.2009.10.015.
[9] Hamid ElQarnia "Numerical analysis of a co upled solar collector latent heat storage unit using various phase change materials for heating the water."Energy Conversion and Management 50(2009):247–54, accessed February, 2009, doi: 10.1016/j.enconman.2008.09.038.
[10] Incropera et al., Fundamentals of Heat and Mass Transfer 6th Edition (New York: John Wiley & Son, 2007), 675–707.
[11] Mehling Harald and Cabeza F. Luisa, Heat and cold storage with PCM: an up to date introduction into basics and applications. Berlin Heidelberg: Springer Verlag, 2008.
[12] Mohammed M. Farid et al., "A review on phase change energy storage, materials and applications."Energy Conversion and Management 45(2004):1597–15, accessed June 2004, doi: 10.1016/j.enconman.2003.09.015.
[13] Rabienataj Darzi et al., "Numerical investigation of free-cooling system using plate type PCM storage."International Communications in Heat and Mass Transfer 48(2013):155–63, accessed November 2013, doi:10.1016/j.icheatmasstransfer.2013.08.025
[14] Rieger et al., "Analysis of the heat transport mechanisms during melting around a horizontal circular cylinder."International Journal of Heat and Mass Transfer 25(1982):137–47, accessed January 1982, doi:10.1016/0017–9310(82)90242–3.
[15] Popov Rumen and Georgiev Aleksandr, "SCADA system for study of installation consisting of solar collectors, phase change materials and borehole storages."(paper presented at the Proc. of the 2nd Int. Conf. on Sustainable Energy Storage, Trinity College Dublin, Ireland, June 19–21, 2013).
[16] Vakilaltojjar and Saman, "Analysis and modeling of a phase change material storage system for air conditioningapplications."Applied Thermal Engineering 21(2001):249–63, accessed February 2001, doi:10.1016/S1359-4311(00)00037–5.
Опубликован
2018-06-27