Przegląd możliwości zastosowania materiałów węglowych w instalacjach magazynowania ciepła w budownictwie

• Autorzy: Wojtaszek Małgorzata , Zuwała Jarosław , Robak Zbigniew , Muzyka Roksana

Warianty tytułu

EN

Review of the possible use of carbon materials in thermal energy storage for building construction technologies

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule podano informacje dotyczące materiałów węglowych znajdujących zastosowanie w technologii magazynowania energii cieplnej. Materiały zmiennofazowe (PCM) stosowane przy produkcji magazynów ciepła napotykają bariery wynikające z ograniczonego przewodnictwa cieplnego. Transport ciepła w obrębie magazynu energii bazującego na PCM opiera się na procesie konwekcji, który jednoznacznie wpływa na efektywność pracy zbiorników ciepła. Poprawiając parametry przewodnictwa cieplnego systemów magazynowania energii, poprzez dodatek materiałów przewodzących, można stworzyć wysokowydajne magazyny znajdujące zastosowanie w wielu dziedzinach, m.in. budownictwie biurowym i mieszkalnym. Takimi dodatkami, obok ewidentnych przewodników ciepła jak metal, są również wysoko uporządkowane materiały węglowe pochodzenia naturalnego i syntetycznego. W artykule przedstawiono charakterystykę materiałów, tj. naturalnego i syntetycznego grafitu oraz nanomateriałów mogących z sukcesem stanowić dodatek do TES, które usprawniają proces konwekcji w objętości PCM. Szeroko stosowany grafit naturalny spośród wszystkich przedstawionych materiałów stanowi najbardziej optymalny, zarówno pod względem ekonomicznym jak i logistycznym, dodatek wspomagający konwekcję ciepła w magazynie energii. Mimo iż materiały będące syntetycznym odpowiednikiem uporządkowanej formy węgla charakteryzują się lepszymi parametrami przewodzenia, to nadal ich dostępność czy metody badań są niewystarczające. Między innymi z tego powodu warto przyjrzeć się bliżej możliwości wykorzystania produktów ubocznych czy nawet odpadów z przemysłu elektrodowego.

EN

The paper presents information on the application of carbon materials in heat energy storage technology. Phase-change materials (PCM) used in the production of heat storage systems have certain limitations in their application like thermal conductivity. Heat transport in the energy storage system based on PCM takes place by heat convection process which clearly determines the efficiency of heat storage system effectiveness. Parameters of the thermal conductivity of energy storage systems can be improved by the use of additional conductive materials. The use of a PCM-carbon composite can induce that high-performance warehouses become available in many different applications, including i.e. domestic construction. Carbon materials, of natural and synthetic origin, can be concluded as a heat conduction additive being competitive for a typical metallic conductors. Natural graphite among all the presented materials is the most optimal additive in terms of both economic and logistic approach to be a heat conductor in energy storage systems. Although, available synthetic carbon forms have better conduction parameters so that their availability and test methods are still insufficient. Among other things, for this reason, it is worth to study the possibility of using by-products or even waste materials from the electrode industry to be considered as the cheaper or/and more available heat conductors in PCM based TES systems.

Słowa kluczowe

PL

materiały węglowe; instalacje magazynowania ciepła w budownictwie; naturalny i syntetyczny grafit

EN

carbon materials; heat storage systems in construction industry; natural and synthetic graphite

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Energia [Stowarzyszenie Elektryków Polskich - COSiW]
• Czasopismo: Energetyka
• Rocznik: 2020
• Tom: nr 1
• Strony: 38--44
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wojtaszek Małgorzata

• Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze

autor

Zuwała Jarosław

• Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze

autor

Robak Zbigniew

• Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze

autor

Muzyka Roksana

• Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze

Bibliografia

• [1] Badenhorst H., „Solar Energy" 2019, 192, p. 35-68.
• [2] Allahbakhsh A., Arjmand M., "Carbon" 2019, 148, p. 441-480.
• [3] Chen C., Guo H., Liu Y., Yue H., Wang C., "Energy and Buildings" 2008, 40, 5, p. 882-890;https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2007.07.002.
• [4] Zalba B., Marin J.M., Cabeza L.F., Mehling H., "Applied Thermal Engineering" 2003, 23, p. 251-283.
• [5] Jastrzębski P., Saługa P.W., „Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN" 2018, 105, p. 225-232.
• [6] Schmitt R., Öttinger O, Steinmann W.D., Johnson M., "Advances in Science and Technology" 2010, 74, p. 259-265; DOI: 10.4028/ www.scientific.net/AST.74.259.
• [7] Hauer A. et al., Meeting in Hull, Canada on the 15th to 18th of June 2001.
• [8] Agyenim F., Hewitt N., Eames P., Smyth M., "Renewable and Sustainable Energy Reviews" 2010, 14, p. 615-628; https:// DOI.org/10.1016/j.rser.2009.10.015.
• [9] Mohamed S.A., Al-Sulaiman F.A., Ibrahim N.I., Md. Hasan Zahir, Al-Ahmed A., Saidur R., Yilbas B.S., Sahin A.Z., "Renewable and Sustainable Energy Reviews" 2017, 70, p. 1072-1089.
• [10] Kuznik F., Virgone J., Johannes K., "Energy and Buildings" 2010,42, p. 1004-1009.
• [11] de Gracia A., Cabeza L.F., "Energy and Buildings" 2015, 103, p. 414-419; https://DOI.org/10.1016/j.enbuild.2015.06.007.
• [12] Liu M., Saman W., Bruno F., "Renewable and Sustainable Energy Reviews" 2012, 16, p. 2118-2132.
• [13] Zhou D., Zhao C.Y, Tian Y., "Applied Energy" 2012, 92, p. 593-605; https://DOI.org/10.1016/j.apenergy.2011.08.025.
• [14] Xie J., Wang W., Liu J., Pan S., „Solar Energy" 2018, 162, p. 533-540; https://doi.org/10.1016/j.solener.2018.01.069.
• [15] Kong L.B., Li T., Hng H.H., Boey F., Zhang T., Li S., Springer, DOI 10.1007/978-3-642-54634-1.
• [16] Danielak M., „Polski Instalator - Instalacje Grzewcze" 2014, nr 10;https://www.kampmann.pl/pdf_files/aktuelles_pl/48-da-nielak_pi-10.pdf (12.12.2019).
• [17] Gosz M., „Budownictwo o Zoptymalizowanym Potencjale Energetycznym" 2017, nr 2/20, s. 15-22; DOI:10.17512/bozpe.2017.2.02.
• [18] Thermal Energy Storage Market by Technology (Sensible, Latent and TCS), Storage Materiał (Water, Molten Salt, and PCM), Application (Power Generation, District Heating & Cooling, and Process Heating & Cooling), End-User, and Region - Global Forecast to 2022. Markets&Markets. REPORT CODE EP 5089. 2017.
• [19] Menéndez J.A., Arenillas A., Fidalgo B., Fernández Y., Zubizarreta L., Calvo E.G., Bermúdez J.M. "Fuel Processing Technology" 2010, 91, p. 1-8.
• [20] Predeanu G., Axinte S.M., Drăgoescu M.F., González Z., Álvarez P., Granda M., Menéndez R., Fiti A., Acevedo B., Melendi -Espina S., Gryglewicz G., Fernández J.J., Slăvescu V., "Fue Processing Technology" 2019, 192, p. 250-257.
• [21] González Z., Predeanu G., Axinte S., Fernández J.J., Călinescu I., Chipurici P., Slăvescu V., Drăgoescu M.F., Acevedo B., Melendi-Espina S., Gryglewicz G., Menéndez R., "Carbon" 2017, Abstracts Book, Melbourne, 23-28 Juli, 29.
• [22] Santos A.C., Guedes A., Białecka B., Badenhorst C.J., Predeanu G., Calus-Moszko J., Lázaro-Martinez J.M., Popescu L., Cruceru M., Wagner N.J., Guimarães R., Valentim B.R.V., 2019. World of Coal Ash (WOCA) Conference, St. Louis (Missouri),| 17-20 May. In: http://www.flyash.info/2019/226-abstract.pdf.
• [23] Badenhorst C.J., Wagner N.J., Valentim B.R.V., Santos A.C., Guedes A., Białecka B., Calus-Moszko J., Popescu L., Cruceru M., Predeanu G., Viljoen K.S., Lázaro-Martínez J.M., Abagiu .., 2019. World of Coal Ash (WOCA) Conference, St. Louis| (Missouri), 17-20 May. In: http://www.flyash.info/2019/077-paper.pdf.
• [24] Harris P.J.F., "Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences" 2005, 30/4, p. 235-253.
• [25] Van Heerden X., Badenhorst H., "Carbon N.Y" 2015, p. 173-184.
• [26] Celzard A., Mareche J.F., Furdin G., "Progress in Materials Science" 2005, 50/1, p. 93-179.
• [27] Gogotsi Y., Advanced Materials and Technologies CRC ISBN: 1420009370.
• [28] Badenhorst H., "Carbon N.Y." 2014, 66, p. 674-690.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).