Wspomaganie systemu grzewczego układem solarnym w okresie zimowym

• Autorzy: Orzechowski Tadeusz , Gwóźdź Adrian

Identyfikatory

DOI

10.15199/9.2021.2.1

Warianty tytułu

EN

Supporting the Heating System with Solar Collectors in Winter

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zapotrzebowanie na energię w budynkach mieszkalnych stanowi znaczną część jej całkowitego zużycia. Szacuje się, że w Polsce dochodzi ono do 40%. Dobrym sposobem na zmniejszenie tego udziału jest szersze wykorzystanie energii słonecznej. Sezonowe różnice między zapotrzebowaniem, którego szczytowe wartości występują zimą, a jej dostępnością latem, sprawiają, że typowe projekty solarne przystosowane są tylko do podgrzewania c.w.u. w okresie dobrego napromieniowania. Pozostałe zapotrzebowanie na ciepło jest zwykle pokrywane przez inne źródło, często zasilane paliwem kopalnym. Jednym z możliwych rozwiązań poprawy tego stanu jest opracowanie możliwie wydajnych systemów do współpracy z magazynami ciepła. Efektem takiego działania jest wzrost wydajności i niezawodności, co bezpośrednio przekłada się na koszty eksploatacyjne oraz mniejsze zanieczyszczenie środowiska, głównie emisji dwutlenku węgla. W niniejszym artykule opisano algorytm ładowania zasobnika wypełnionego materiałem zmiennofazowym przez układ kolektorów słonecznych. Podczas rozładowania magazynu glikol kierowany jest na parowacz pompy ciepła. Wyższa temperatura na dopływie do pompy powoduje wzrost jej współczynnika wydajności grzejnej i mocy. Przykładowe obliczenia przeprowadzono dla dwóch zimowych dni (17 lutego i 14 marca). Otrzymane wyniki wskazują na zasadność budowy takich układów. Pozwala to efektywniej wykorzystać energię słoneczną w okresach jej niskiej dostępności zimą.

EN

Energy demand in residential buildings accounts for a significant proportion of final energy consumption. It is estimated that in Poland it reaches 40%. A good way to reduce this share is to use more solar energy. Seasonal differences between the demand, whose peak values occur in winter, and its availability in summer, make typical solar projects suitable only for heating domestic hot water. for a period of good irradiation. The remaining heat demand is usually covered by another source, often by fossil fuel. One of the possible solutions for improvement is the development of possibly efficient systems for cooperation with heat storage. The effect of such action is an increase in efficiency and reliability, which directly translates into operating costs and lower environmental pollution, mainly carbon dioxide emissions. This paper describes the algorithm of loading a container filled with a phase change material by a system of solar collectors. When the storage is discharged, glycol is directed to the heat pump’s evaporator. A higher temperature at the pump inlet causes an increase in its heating efficiency and power factor. Sample calculations were made for two winter days: February 17 and March 14. The obtained results indicate the validity of the construction of such systems. This allows more efficient use of solar energy in periods of its low availability in winter.

Słowa kluczowe

PL

układ solarny; zasobnik PCM; pompa ciepła; praca; zima; efektywność

EN

solar system; PCM tank; heat pump; winter operation; efficiency

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja
• Rocznik: 2021
• Tom: T. 52, nr 2
• Strony: 2--10
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Orzechowski Tadeusz

• Politechnika Świętokrzyska w Kielcach

autor

Gwóźdź Adrian

• Politechnika Świętokrzyska w Kielcach
• SKN Eco-Climatica

Bibliografia

• [1] Alva G., Liu L., Huang X., Fang, G. (2017). “Thermal energy storage materials and systems for solar energy applications. Renew. Sustain. Energy Rev. (68): 693-706.
• [2] Crespo A., Barreneche C., Ibarra M., Platzer W. (2019). “Latent thermal energy storage for solar process heat applications at medium- high temperatures – A review”. Solar Energy (192): 3-34.
• [3] Du K., Calautit J., Wang Z., Wu Y., Liu H. (2018). “A Review of the Applications of Phase Change Materials in Cooling, Heating and Power Generation in Different Temperature Ranges”. Applied Energy (220): 242-273.
• [4] Duffie J.A., Beckman W.A. Solar Engineering of Thermal Processes. John Wiley & Sons, 2013.
• [5] Fasano M, Bergamasco L, Lombardo A, Zanini M, Chiavazzo E., Asinari P (2019). “Water/Ethanol and 13X Zeolite Pairs for Long- Term Thermal Energy Storage at Ambient Pressure”. Front. Energy Res. (7): 148.
• [6] Kalogirou S.A. (2014). Solar Energy Engineering Processes and Systems. Elsevier Inc.
• [7] Kampouris K. P., Drosou V., Karytsas C., Karagiorgas M (2020). “Energy storage systems review and case study in the residential sector”. IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 410 (012033). Rys. 10. Charakterystyka pompy ciepła Fig. 10. Characteristics of the heat pump 10 CIEPŁOWNICTWO, OGRZEWNICTWO, WENTYLACJA 52/2 (2021)
• [8] Mahfuz M.H., Anisur M.R., Kibria M.A., Saidur R., Metselaar I.H.S.C. (2014). “Performance investigation of thermal energy storage system with phase change material (PCM) for solar water heating application”. Int. Commun. Heat Mass Transf. (57): 132-139.
• [9] Mahon D., Henshall P., Claudio G., Eames P. (2019). “Feasibility study of MgSO4 + zeolite based composite thermochemical energy stores integrated with vacuum flat plate solar thermal collectors for seasonal thermal energy storage”. Conf. Series: Materials Science and Engineering 556 (012012).
• [10] Mao Q., Chen H., Yang Y. (2019). “Energy Storage Performance of a PCM in the Solar Storage Tank”. Journal of Thermal Science 28(2): 195-203.
• [11] Mette B., Kerskes H., Drück H. (2012). “Concepts of long-term thermochemical energy storage for solar thermal applications – Selected examples”. Energy Procedia (30): 321-330.
• [12] Orzechowski T., Stokowiec K. (2016). “Quasi-stationary phase change heat transfer on a fin”. EPJ Web of Conferences 114 (02086): 1-5.
• [13] Orzechowski T., Stokowiec K. 2013. „Wybrane zagadnienia magazynowania ciepła – przegląd stosowanych materiałów”. Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja. 1(44): 3-7.
• [14] Pluta Z. Podstawy teoretyczne fototermicznej konwersji energii słonecznej. WPW, 2000.
• [15] Pardo P., Deydier A. Anxionnaz-Minvielle Z., Rougé S., Cabassud M., Cognet, P. (2014). “A review on high temperature thermochemical heat energy storage”. Renewable and Sustainable Energy Reviews (32): 591-610.
• [16] Reddy Prasad D.M., Senthilkumar R., Govindarajan Lakshmanar, Saravanakumar Krishnan, Naveen Prasad B.S. 2019. “A critical review on thermal energy storage materials and systems for solar applications”. AIMS Energy 7(4): 507-526.
• [17] Rubik M. 2011. Pompy ciepła w systemach geotermii niskotemperaturowej. MULTICO Oficyna Wydawnicza.
• [18] Sarbu I., Sebarchievici C. 2018. “A Comprehensive Review of Thermal Energy Storage”. Sustainability (10), 191.
• [19] Theodore L. Bergman T.L., Lavine A.S., Incropera F.P., Dewitt D.P. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. John Wiley & Sons. 2011.
• [20] www.rubitherm.eu
• [21] www.stat.gov.pl
• [22] Zhao J., Ji Y., Yuan Y., Zhang Z., Lu J. (2018). “Energy-Saving Analysis of Solar Heating System with PCM Storage Tank”. Energies 11(1) 237.