Информация об идее

Название идеи:  Высокоэффективный аккумулятор теплоты

Краткое описание:  В индивидуальных тепловых пунктах в подавляющем большинстве случаев используются устройства накопления тепла. В системе отопления это делается чтобы котел работал в номинальном наиболее экономичном режиме: котел при номинальной мощности нагревает накопитель (буферную емкость) из которой разбирается тепло системой в том количестве в котором оно требуется, а котел периодически включается для подогрева емкости. Современные отопительные приборы, такие как теплые полы и фанкойлы доказали свою эффективность перед радиаторами. Поэтому современные системы отопления работают с наиболее оптимальной для данных приборов температурой 29-35 С. Однако остается необходимость в горячем водоснабжении, температуру которого отечественные СНиПы регламентируют не менее 55 С, что приводит к необходимости иметь дополнительную емкость (бойлер), воду в которой котел нагревает до более высокой температуры, чем в системе отопления. Все это оборудование занимает большое пространство и для некоторых потребителей это является серьезной проблемой. Например, для семьи из четырех человек, проживающих в доме 150 кв. м необходимая емкость бойлера составит минимум 300 л, а буферная емкость системы отопления 200 л, с учетом их обвязки и теплоизоляции весь тепловой пункт займет как минимум 6 кв. м, что равносильно полноценному санузлу. Предлагаемое нами устройство позволит сократить занимаемое пространство до 1,5 кв. м. В нашей стране есть регионы, где для регулирования суточной неравномерности потребления электроэнергии введены ночные тарифы на нее, которые значительно дешевле дневных. Люди, отапливающиеся электричеством, накапливают тепловую энергию в аккумулирующих емкостях ночью, когда она дешевле, и используют днем для отопления, однако существующие водяные аккумуляторы теплоты не способны накопить столько, чтобы полностью покрыть дневное потребление на отопление из-за своей громоздкости. Наша разработка позволит при том же объеме аккумулятора теплоты накапливать в 4,5 раза больше тепловой энергии, что позволит больше экономить на отоплении электричеством используя дешевый ночной тариф. Последнее время стала широко развиваться возобновляемая энергетика, в том числе гелиосистемы, использующие солнечную энергию для нагрева воды и использования ее в дальнейшем для отопления и горячего водоснабжения. Наш высокоэффективный аккумулятор теплоты позволит накапливать в светлое время энергию солнца в составе гелиоустановки и выдавать ее в систему отопления и горячего водоснабжения, когда необходимо и в том числе и ночью. На сегодняшний день известны аккумуляторы тепла, работающие на эффекте теплоемкости разных веществ: щебень, камни, вода и др. Наиболее теплоемким и дешевым накопителем является вода. Однако процесс теплоемкостного аккумулирования ограничен температурным режимом. Поэтому последнее время больше внимания уделяется аккумуляторам, работающим на эффекте фазового перехода, при постоянной температуре. Они обладают большей теплоемкостью, чем может обеспечить вода. Наиболее распространенными теплоносителоями для аккумуляторов фазового перехода стали глауберова соль и парафин, за счет свое доступности, дешевизны и высокой теплоемкости. Однако у современных аккумуляторов на фазовом переходе соли есть ряд проблем: • Глауберова соль имеет большую теплоемкость фазового перехода (эквивалент 5-ти объемов воды), но имеет низкую температуру фазового перехода 32.2 С и не может быть использована в системе ГВС. • Парафин имеет температуру фазового перехода 45-60 С и может использоваться для системы ГВС, но имеет более низкую теплоту фазового перехода и может заменить 1.3 – 2 объема воды, к тому же он дороже. • Парафин и глауберова соль имеют очень низкий коэффициент теплопроводности, что затрудняет отдачу от него теплоты теплоносителю. Поэтому мы предлагаем собственную конструкцию аккумулятора тепла, которая позволит обеспечить температурный режим до 60 С, необходимый для осуществления ГВС, и при этом сокращает объема аккумулятора до 3-4.5 раз по сравнению с водяным, при том что существующий аналог снижает объем только в 1.3-2. Данный эффект достигается тем что большая часть энергии храниться при низкой температуре перехода глауберовой соли 32 С, а часть энергии необходимой для догрева воды до температуры 45-60 С храниться в парафине. Теплоемкая глауберова соль замещает больше половины объема всей необходимой энергии. Этим достигается существенное сокращение объемов аккумулятора. Т.е. одновременно используется большая теплоемкость глауберовой соли и высокий температурный потенциал парафина. НОВИЗНА: Разработка и создание устройства, аккумулирующего тепловую энергию для нужд отопления и горячего водоснабжения, обладающего габаритами в 4,5 раза меньшими, чем имеющиеся на рынке, при равных тепловых емкостях. Впервые предлагается использовать комбинацию веществ работающих на эффекте фазового перехода для разграничения зон с разными температурами и количеством тепловой энергии для разных потребителей, что позволит иметь высокий температурный потенциал и энергоемкость, превышающую все известные на рынке аналоги. Впервые предлагается конструкция аккумулятора теплоты работающего на эффекте фазового перехода, где высокотемпературная зона предназначенная для подогрева горячего водоснабжения отделена от низкотемпературной зоны, предназначенной для отопления, что позволяет для низкотемпературной зоны использовать дешевую и энергоемкую глауберову соль, а только часть энергии нужной для горячего водоснабжения хранить в менее энергетически эффективном, но в более высокотемпературном веществе. Впервые предлагается разработать высокоэффективный компактный аккумулятор теплоты, габариты которого, как минимум в 4,5 раза, меньше наиболее распространенного на рынке водяного аккумулятора теплоты. СТАДИЯ РАЗРАБОТКИ: В рамках программы СТАРТ был проведен НИР, получена конструкторская документация и собран опытный образец аккумулятора. Состояние проекта на данный момент (что уже сделано по проекту) : Был выполнен и сдан 1-й этап по программе СТАРТ по теме «Разработка и изготовление опытного образца компактного аккумулятора теплоты» Отчет 1 этапа о НИОКР по теме «Разработка и изготовление опытного образца компактного аккумулятора теплоты» в рамках договора № 608ГС1/15774 (код 0015774) от 04 августа 2015 г., заявка № 2014-1-02395, конкурс Старт-15-1 включает: -предварительные расчеты оптимальной тепловой мощности аккумулятора теплоты для различных потребителей; -математическая модель работы высокоэффективного аккумулятора теплоты; -эскизный проект высокоэффективного аккумулятора теплоты. В рамках эскизного проектирования высокоэффективного аккумулятора теплоты было выполнено: - сформулированы исходные данные для проектирования; - разработана принципиальная тепловая схема аккумулятора тепла; - описаны физические процессы, происходящие в аккумуляторе тепла; - определены объемы накопленной энергии; - определены массы и объемы теплоаккумулирующих веществ; - определены габариты аккумулятора тепла; - рассчитана площадь теплообмена зон аккумулятора тепла; - приведены результаты расчета аккумулятора тепла; - выполнены чертежи высокоэффективного аккумулятора тепла: схема энергетическая принципиальная и габаритный чертеж. По заявленной тематике был выигран конкурс на право получения стипендии Президента Российской Федерации молодым ученым и аспирантам, осуществляющим перспективные научные исследования и разработки по приоритетным направлениям российской экономики на 2015-2017 годы № СП-2340.2015.1. В рамках выполнения исследований по стипендии был сдан первый этап отчетности: Отчет 1 этапа о НИР «Использование разности среднесезонных температур для автономного теплоснабжения, электроснабжения и кондиционирования». В рамках данного этапа рассматривались вопросы о высокоэффективном аккумулировании тепла, в частности было получено: - был проведен анализ тепловых потенциалов теплового времени года различных регионов Российской федерации; - проанализированы способы улавливания теплового потенциала; - оценена возможность и разработаны способы аккумулирования теплового потенциала в виде теплоты фазового перехода различных солей, углеводородов и других веществ; - оценена возможность и разработаны способы аккумулирования теплового потенциала в виде химических связей; - выбраны наиболее оптимальные теплоаккумулирующие вещества, проведен расчет необходимого их количества для обеспечения потребностей индивидуального жилого дома; - разработана эскизная конструкторская документация на прототип высокоэффективного аккумулятора тепла; - разработана программа и методика проведения испытаний высокоэффективного аккумулятора тепла; - изготовлен прототип высокоэффективного аккумулятора тепла; - проведены испытания высокоэффективного аккумулятора тепла. Описание продукта, который будет продаваться на рынке: В первый год проекта получен экспериментальный образец высокоэффективного аккумулятора теплоты, с тепловой емкостью 26 кВт*ч, с температурой подачи на горячее водоснабжение 55 С, с температурой на отопление 30 С, объемом рабочего тела 112 л (аналог бойлера 500 л, температурой нагрева с 10 С до 55 С). Планируется производство аккумуляторов теплоты, тепловой емкостью соответствующим водяным аналогам на 100 л., 300 л., 500 л., 1000 л. Данные аккумуляторы будут иметь объем 23л., 67 л., 112 л., 223 л. соответственно. Контакты разработчика: Папин Владимир Владимирович 8-904-441-06-48 [email protected]

Отрасль:  Строительство

Возможности реализации идеи:  Поэтапная реализация

Риски для внедрения:  Средние риски

Тематика:  Строительство