Ogrzewanie
Chemiczny bufor ciepła do PC
Jest dziś wiele prac odnośnie wykorzystania chemicznych właściwości substancji w procesie akumulacji energii cieplnej. Głównym nurtem badań są przemiany fazowe. Mój pomysł to niskotemperaturowy bufor ciepła wykorzystujący przemianę fazową octanu sodu.
Przemiana fazowa jako bufor termiczny
W ramach tego projektu opracowuję urządzenie o budowie płytowej, którego celem będzie gromadzenie energii cieplnej na okres dłuższy niż kilka tygodni. Przemiana fazowa oparta na odwracalnej reakcji chemicznej pozwala na zachowanie energii w temperaturze otoczenia i wygenerowanie jej w chwili, gdy będzie na nią zapotrzebowania. Niektóre substancje po zapoczątkowaniu reakcji chemicznej zamieniają swój stan skupienia, przy czym efektem ubocznym jest wydzielenie się ciepła. Mnie interesuje znany już z podgrzewaczy chemicznych octan sodu, który podczas przemiany fazowej (krystalizacji) wytwarza temperaturę około 54 ℃, oddając przy tym 260kJ/kg. Jest to o tyle obiecujące, że podczas (ładowania) ogrzewania octanu sodu doprowadzamy do zmiany jego stanu skupienia na płynny odwracając tym samym wcześniej wywołany proces chemiczny (przywracamy wyjściowy stan substancji). Energię przekazaną podczas „ładowania” bufora, możemy odzyskać np. do bieżącego podgrzania CWU, schładzając płynny octan sodu nawet do ujemnych temperatur. Pomimo ujemnej temperatury, po wywołaniu reakcji chemicznej proces krystalizacji zachodzi prawidłowo oddając ciepło z przemiany fazowej do układu. Dzięki takiemu zachowaniu substancji nie ma potrzeby gruntownego nadzorowania temperatur układu w trakcie odbierania energii.
Możliwości takiego bufora.
Zapanowanie nad przemianą fazową octanu sodu, tj. zmiana stanu skupienia z krystalicznego w płynny, nie jest prosta i wymaga precyzyjnego pomiaru dostarczonej energii, tak by mogła zajść w pełni przemiana fazowa. Niemniej jednak wydaje się to możliwe, o ile mamy stabilne i w pełni kontrolowane źródło ciepła.
Zasadniczo taki magazyn energii z uwagi na sporą akumulację ciepła w procesie chemicznym jest obiecującym rozwiązaniem. Na 1000kg (około jednego metra sześciennego) potrafi zakumulować do 260MJ energii. Daje to około 72,222kWh. Dlatego też w 2023r planuję zbudować początkowo pompę ciepła z podwójnym wymiennikiem dolnego źródła (wymiennik gruntowy i buforowy). Połączenie obu źródeł w jedno pozwoli na obniżenie temperatury dolnego źródła do temperatur bliskich 0℃, odebranie z gruntu i podniesienie temperatury do około 6-8℃, a następnie poprzez bufor podgrzanie do temperatury około 15℃. Dzięki takiemu rozwiązaniu chcę uzyskać efekt powolnego odbierania energii z bufora chemicznego, przy utrzymaniu delty temperatur dolnego źródła na poziomie 15℃. Pozwoli to na uzyskanie bardzo dużej sprawności pompy ciepła.
Zainstalowanie dodatkowo próżniowych kolektorów ciepła w połączeniu z fotowoltaiką i bankiem energii elektrycznej powinno dać zadowalające efekty i znaczne obniżenie kosztów związanych z CO i CWU.