Magazynowanie chłodu z wykorzystaniem ciepła przemiany fazowej woda-lód

• Autorzy: Sekret Robert , Starzec Przemysław

Identyfikatory

DOI

10.15199/9.2021.12.1

Warianty tytułu

EN

Cold Storage Using the Latent Heat of the Water-Ice

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono badania prototypu akumulatora chłodu wykorzystującego do procesu magazynowania ciepło przemiany fazowej woda-lód. Koncepcja akumulatora chłodu polega na umieszczeniu w walcowym zasobniku o objętości 200 litrów kulistych kapsuł wypełnionych wodą. W badaniach wykorzystano złoża z kapsuł polipropylenowych o średnicach: 80 mm, 70 mm oraz 60 mm. Akumulator chłodu współpracował z pompą ciepła woda-powietrze. Na podstawie uzyskanych wyników badań obliczono: pojemność i moc chłodniczą, sprawność i współczynnik wydajności chłodniczej akumulatora (EER). Stwierdzono, że dla badanego prototypowego akumulatora chłodu maksymalna wartość pojemności chłodniczej wyniesie 17 kWh (85,3 kWh na metr sześcienny złoża). W przypadku EER wartość maksymalna wyniosła 4,93. Maksymalne wartości EER wystąpiły dla akumulatora chłodu z kapsułami o średnicy 70 mm i 80 mm dla strumienia masy mieszanki wodno-glikolowej przepływającej między akumulatorem i pompą ciepła odpowiednio 0,084 kg/s oraz 0,089 kg/s. W trakcie badań nie zaobserwowano istotnych problemów eksploatacyjnych prototypu akumulatora chłodu.

EN

The paper presents the investigation of a prototype cold accumulator using water–ice latent heat for the cold storage process. The concept of the cold accumulator was based on a 200-L-capacity cylindrical storage tank in which spherical capsules filled with water were placed. Beds of polypropylene capsules with diameters of 80 mm, 70 mm, and 60 mm were used in the tests. The cold accumulator operated with a water– air heat pump. Based on the test results, the following parameters were calculated: the cooling capacity, cooling power, energy efficiency of the cold storage, and energy efficiency ratio (EER) of the accumulator. It has been found that, for the prototype cold accumulator under investigation, the maximum values of the cooling capacity (17 kWh or 85.3 kWh per cubic meter of the accumulator) and EER (4.93). The maximum EER values occurred for a cold accumulator with capsules with a diameter of 70mm and 80mm for a mass flow of the water–glycol mixture flowing between the accumulator and the heat pump of 0.084 kg/s and 0.089 kg/s, respectively. During the tests, no significant problems with the operation of the prototype cold accumulator were found.

Słowa kluczowe

PL

kapsuła; magazynowanie chłodu; ciepło przemiany fazowej; lód

EN

encapsulation; cold storage; latent heat; ice

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja
• Rocznik: 2021
• Tom: T. 52, nr 12
• Strony: 5--11
• Opis fizyczny: Bibliogr. 41 poz., rys., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Sekret Robert

• Wydział Infrastruktury i Środowiska, Politechnika Częstochowska

• https://orcid.org/0000-0003-4694-2717

autor

Starzec Przemysław

Bibliografia

• [1] Feliński P., R. Sekret, P. Starzec. 2018. „Wpływ wykorzystania parafiny w kolektorze próżniowo-rurowym na uzysk ciepła z energii promieniowania słonecznego w instalacji ciepłej wody użytkowej”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 49 (11): 444-449.
• [2] K. Nogaj, M. Turski, R. Sekret. 2017. „Wykorzystanie materiałów zmiennofazowych PCM do akumulacji ciepła w systemach ciepłowniczych. Cz. 2 - Analiza wybranej sieci ciepłowniczej”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo i Wentylacja, 48 (3): 90-94.
• [3] K. Nogaj, M. Turski, R. Sekret. 2017. „Wykorzystanie materiałów zmiennofazowych PCM do akumulacji ciepła w systemach ciepłowniczych. Cz. 1 ‒ Metodyka wyboru materiału PCM”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo i Wentylacja, 48(2): 47-52.
• [4] Jachura A., R. Sekret. 2017. „Wpływ na środowisko procesu wytwarzania kolektora rurowo-próżniowego zintegrowanego z materiałem zmiennofazowym”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo i Wentylacja, 48 (1): 3-8.
• [5] Feliński P., M. Turski, R. Sekret. 2013. „Magazynowanie ciepła niskotemperaturowego powstałego w wyniku konwersji fototermicznej ‒ Część II”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 44 (11): 466-469.
• [6] Feliński P., M. Turski, R. Sekret. 2013. „Magazynowanie ciepła niskotemperaturowego powstałego w wyniku konwersji fototermicznej ‒ Część I”. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 44 (10): 416-421.
• [7] Asgharian H., E. Baniasadi. 2019. „Experimental and numerical analyses of a cooling energy storage system using spherical capsules”. Appl. Therm. Eng. (149): 909-923.
• [8] Cerezo J. F. Lara, R.J. Romero, A. Rodríguez. 2021. „Analysis and Simulation of an Absorption Cooling System Using a Latent Heat Storage Tank and a Tempering Valve”. Energies (14): 1376.
• [9] Mongibello L., G. Graditi. 2016. „Cold Storage for a Single-Family House in Italy”. Energies (9): 1043.
• [10] Prabakaran R. S. Sidney, D. Mohan Lal, C. Selvam, S. Harish. 2019. „Solidification of Graphene-Assisted Phase Change Nanocomposites inside a Sphere for Cold Storage Applications”. Energies (12): 3473.
• [11] W.A. Qureshi, N.-K.C. Nair, M.M. Farid. 2011. „Impact of energy storage in buildings on electricity demand side management”. Energy Convers. Manag. (52): 2110-2120.
• [12] Avghad S.N., A.J. Keche, A. Kousal. 2016. „Thermal energy storage: A review.” J. Mech. Civ. Eng. (13), 72-77.
• [13] Basecq V., G. Michaux, C. Inrad. 2013. „Short-term storage systems of thermal energy for buildings: A review”. Adv. Build. Energy Res. (7): 66-119.
• [14] Mehling H., L.F. Cabeza. 2008. „Heat and Cold Storage with PCM. An Up to Date Introduction into Basic and Applications” Springer: Berlin/Heidelberg, Germany, 2008.
• [15] Chaiyat N. 2015. „Energy and economic analysis of a building airconditioner with a phase change material”. Energy Convers. Manag. (94): 150-158.
• [16] Allouche Y., S. Varga, C. Bouden, A.C. Oliveira. 2015. „Experimental determination of the heat transfer and cold storage characteristics of a microencapsulated phase change material in a horizontal tank.” Energy Convers. Manag. (94): 275-285.
• [17] Rahdar H.H., A. Emamzadeh 2016. „ Ataei, A. A comparative study on PCM and ice thermal energy storage tank for air- conditioning systems in office buildings”. Appl. Therm. Eng. (96): 391-399.
• [18] Souayfane F., F. Fardoun, P.H. Biwole. 2016 „Phase change materials (PCM) for cooling applications in buildings: A review”. Energy Build. (129): 396-431.
• [19] Pardinńas Á.Á., M.J. Alonso, R. Diz, K.H. Kvalsvik, J. Fernández- -Seara. 2017. „State-of-the-art for the use of phase-change materials in tanks coupled with heat pumps”. Energy Build. (140): 28-41.
• [20] Ma Z., H. Ren, W. Lin. 2019. „A review of heating, ventilation and air conditioning technologies and innovations used in solar-powered net zero energy Solar Decathlon houses.” J. Clean. Prod. 2019, (240): 118158.
• [21] Tola V., S. Arena, M. Cascetta, G. Cau. 2020. „Numerical Investigation on a Packed-Bed LHTES System Integrated into a Micro Electrical and Thermal Grid”. Energies (13): 2018.
• [22] Zender-Świercz E. 2021. „A Review of Heat Recovery in Ventilation”. Energies (14): 1759.
• [23] Cervera-Vazquez J., C. Montagud-Montalava, J.M. Corberan. 2016. „Sizing of the buffer tank in chilled water distribution air-conditioning systems”. Sci. Technol. Built Environ. (22): 290-298.
• [24] Guo L., H. Ye. 2019. „Numerical and Experimental Study on a High-Power Cold Achieving Process of a Coil-Plate Ice-Storage System”. Energies (12): 4085.
• [25] Kang Z. R. Wang, X. Zhou, G. Feng. 2017. „Research Status of Icestorage Air-conditioning System”. Procedia Eng. (205): 1741-1747.
• [26] Chung-Tai W., F. Chih-Ling, T. Yao-Hsu. 2015. „Application of an ice thermal energy storage system as ways of energy management in a multi-functional building”. J. Renew. Sustain. Energy (7): 1-7.
• [27] Patent. Storage Tank Device for an Energy Storage System and Energy Storage System with a Storage Tank Device. Available online: https://patents.google.com/patent/DE102010037474A1/de (accessed on 5 April 2021).
• [28] Hollmuller P., F. De Oliveira, O. Graf, W. Thiele. 2017. „Solar assisted heat pump with ice storage for a 19,000 m2 retrofitted multifamily building complex”. Energy Procedia (122): 271-276.
• [29] Davies T.W. 2005. „Slurry ice as a heat transfer fluid with a large number of application domains”. Int. J. Refrig. (28): 108-114.
• [30] Waquas, A., Z. Ud Din. 2013. „Phase change material (PCM) storage of free cooling of buildings ‒ A review”. Renew. Sustain. Energy Rev. (18): 607-625.
• [31] Moreno P., C. Solé, A. Castell, L.F. Cabeza. 2014. „The use of phase change materials in domestic heat pump and air-conditioning system for short term storage: A review”. Renew. Sustain. Energy Rev. (39): 1-13.
• [32] Oró E., A. de Gracia, A. Castell, M.M. Farid, L.F. Cabeza. 2012. „Review on phase change materials (PCMs) for cold thermal energy storage applications”. Appl. Energy (99): 513-533.
• [33] Podara C.V., I.A. Kartsonakis, C.A. Charitidis. 2021. „Towards Phase Change Materials for Thermal Energy Storage: Classification, Improvements and Applications in the Building Sector”. Appl. Sci. (11): 1490.
• [34] Raj V.A., R. Velraj. 2010. „Review on free cooling of buildings using phase change materials”. Renew. Sustain. Energy Rev. (14): 2819-2829.
• [35] Farid M.M., A.M. Khudhair, S.A.K. Razack, S. Al-Hallaj 2004. „A review on phase change energy storage: Materials and applications”. Energy Convers. Manag. 2004, (45): 1597-1615.
• [36] Peng G., G. Dou, Y. Hu, Y. Sun, Z. Chen. 2020. „Phase Change Material (PCM) Microcapsules for Thermal Energy Storage. Adv. Polym. Technol. doi:10.1155/2020/9490873.
• [37] Zalba B., J.M. Marin, L.F. Cabeza, H. Mehling. 2003. „Review on thermal energy storage with phase change: Materials, heat transfer analysis and applications”. Appl. Therm. Eng. (23): 251-283.
• [38] Pasupathy A., R. Velraj, R.V. Seeniraj. 2008. „Phase change material- based building architecture for thermal management in residential and commercial establishments”. Renew. Sustain. Energy Rev. (12): 39-64.
• [39] Medved S., C. Arkar. 2008. „Correlation between the local climate and free-cooling potential of latent head storage”. Energy Build. (40): 429-437.
• [40] Genc A.M., Z.H. Karadeniz, O. Ekren, M. Toksoy. 2019. „A Novel Spherical Packed Bed Application on Decentralized Heat Recovery Ventilation Units. E3s Web Conf. (111): 01012, doi:10.1051/e3sconf/ 201911101012.
• [41] Kalaiselvam S., R. Parameshwaran. 2014. „In Thermal Energy Storage Technologies for Sustainability. Systems Design, Assessment and Applications, Chapter 5 ‒ Latent Thermal Energy Storage”, 1st Edition, Academic Press, 83-126.