Тепловой аккумулятор с теплоизоляционным материалом на основе аэрогеля

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Установки для аккумулирования тепловой энергии позволяют сглаживать пиковые нагрузки и обеспечивать устойчивость работы теплоэнергетической системы. Особую актуальность данные решения имеют для частных домовладений. Цель исследования — анализ целесообразности применения теплового аккумулятора на основе талькомагнезита и с тепловой изоляцией из аэрогеля.Материалы и методы. Для определения температуры на поверхности тепловой изоляции и визуализации температурного профиля проведено моделирование в программном пакете ANSYS. В качестве системы автоматического проектирования выбран Autodesk Inventor.Результаты. Получены изображения температурных профилей на режимах 350 °С для толщины тепловой изоляции: 20 и 50 мм для аэрогеля, 70 и 150 мм для минеральной ваты. Проведенный анализ показал, что для всех вариантов температура поверхности оставалась ниже 60 °С, что свидетельствует о корректности выбора толщины изоляции. Для варианта теплоизоляции из минеральной ваты (150 мм) и аэрогеля (50 мм) температура поверхности оказалась значительно ниже необходимой, что позволило уменьшить толщину слоя изоляции до 70 мм для минеральной ваты и 20 мм для аэрогеля соответственно. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что использование тепловой изоляции на основе аэрогеля существенно уменьшает толщину теплоизолирующего слоя.Выводы. Несмотря на сложность и дороговизну создания теплоизоляционных материалов на основе аэрогеля, его использование в составе теплового аккумулятора дает возможность избежать множества проблем, связанных со старением, разрушением и частой заменой тепловой изоляции, снизить нагрузку на теплоизоляционные конструкции и значительно повысить экономическую эффективность теплоэнергетических систем, сократив потери при производстве и передаче тепловой энергии.

Об авторах

А. В. Федюхин

Национальный исследовательский университет «МЭИ» (НИУ «МЭИ»)

Email: fedyukhinav@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1819-0450

В. А. Карасевич

Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина (РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина)

Email: crucian-74@mail.ru

М. С. Повернов

Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет) (МФТИ)

Email: 8@1024.su

О. В. Афанасьева

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ)

Email: eccolga@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6614-2728

Список литературы

  1. Моржухин А.М., Моржухина С.В., Назмитдинов Р.Г., Мойа-Полл А. Теплоаккумулирующие материалы (обзор) // Вестник Международного университета природы, общества и человека «Дубна». Серия: Естественные и инженерные науки. 2016. № 4 (36). С. 24–33. EDN VROIKD.
  2. Zalba B., Marín J.M., Cabeza L.F., Mehling H. Review on thermal energy storage with phase change: Materials, heat transfer analysis and applications // Applied Thermal Engineering. 2003. Vol. 23. Issue 3. Pp. 251–283. doi: 10.1016/S1359-4311(02)00192-8
  3. Zhang H., Baeyens J., Cáceres G., Degrève J., Lv Y. Thermal energy storage: Recent developments and practical aspects // Progress in Energy and Combustion Science. 2016. Vol. 53. Pp. 1–40. doi: 10.1016/j.pecs.2015.10.003
  4. Левина Ю.С., Усачев С.М., Усачев А.М. Получение энергосберегающих строительных материалов на основе традиционного сырья и теплоаккумулирующих добавок // Международный научно-исследовательский журнал. 2016. № 4–2 (46). С. 124–126. doi: 10.18454/IRJ.2016.46.218. EDN VVTKUD.
  5. Бабаев Б.Д. Принципы теплового аккумулирования и используемые теплоаккумулирующие материалы // Теплофизика высоких температур. 2014. Т. 52. № 5. С. 760. doi: 10.7868/S0040364414050019. EDN SKIBBL.
  6. Маркин Е.М., Шарпар Н.М. Использование теплового аккумулятора для снижения техногенных тепловых выбросов в окружающую среду // Инновационное развитие техники и технологий в промышленности (ИНТЕКС-2021) : сб. мат. Всерос. науч. конф. молодых исследователей с междунар. участием. 2021. С. 148–152. EDN USENGR.
  7. Tian Y., Zhao C.Y. A review of solar collectors and thermal energy storage in solar thermal applications // Applied Energy. 2013. Vol. 104. Pp. 538–553. doi: 10.1016/j.apenergy.2012.11.051
  8. Несов А.Е., Репкин Э.С., Сотникова О.А. Анализ тепловых режимов аккумулирования теплоты // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. 2012. № 2 (7). С. 84–89. EDN NPALAE.
  9. Кудабаев Р.Б., Джумабаев А.А., Сулейменов У.С., Камбаров М.А., Риставлетов Р.А., Калшабекова Э.Н. Математическая модель теплообмена при фазовом переходе теплоаккумулирующего материала // Вестник Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева. Серия: Технические науки и технологии. 2022. № 2 (139). С. 102–110. doi: 10.32523/2616-7263-2022-139-2-102-110. EDN HMBBLS.
  10. Альбинская Ю.С., Усачев С.М., Ресснер Ф., Рудаков О.Б. Направления создания микрокапсулированных теплоаккумулирующих материалов с фазовым переходом // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного уни-верситета. Серия: Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения. 2013. № 7. С. 21–27. EDN RYFUET.
  11. Яковлева Ю.С., Бирюков А.Н. Моделирование физических характеристик теплоаккумулирующих строительных материалов // Омский научный вестник. 2023. № 2 (186). С. 97–104. doi: 10.25206/1813-8225-2023-186-97-104. EDN XKABVK.
  12. Борщев Н.О. Определение эффективной тепловой проводимости тепловых аккумуляторов методами параметрической идентификации // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2024. № 1 (766). С. 101–109. doi: 10.18698/0536-1044-2024-1-101-109. EDN MXDXAA.
  13. Цымбалюк Ю.В., Гераськин М.В. Основы расчета фазопереходных тепловых аккумуляторов для автономной системы теплоснабжения одноквартирных и блокированных жилых домов // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. 2014. № 4–2 (17). С. 71–75. EDN STCGLN.
  14. Boboev S.M., Eshmatov M.M., Aitmuratov B. Calculation and experimental study of water distributor of stratification heat accumulator of solar heating system // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2022. № 3 (88). С. 129–137.EDN MYELVA.
  15. Умеренкова Э.В., Умеренков Е.В., Бобрыше-ва Д.В. Использование тепловых аккумуляторов для системы теплоснабжения индивидуального жилого дома // Будущее науки – 2018 : сб. науч. ст. 6-й Междунар. мол. науч. конф. 2018. С. 374–377. EDN UOXVNC.
  16. Бабаев Б.Д., Мамаев Н.И. Определение тепловой нагрузки системы солнечного теплоснабжения с аккумулятором для жилого дома // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2003. № 2. С. 49–50. EDN HQVBIB.
  17. Султангузин И.А., Христенко Б.А., Чайкин В.Ю., Яцюк Т.В., Кругликов Д.А., Яворский Ю.В. и др. Разработка и исследование сезонного аккумулятора теплоты и холода для системы энергоснабжения здания // Сантехника, Отопление, Кондиционирование. 2021. № 3 (231). С. 39–44. EDN PJQWXI.
  18. Сенцов И.В., Постникова П.И., Цыгвинцев И.В., Козлова К.С., Шкорко М.Ю., Журович Е.А. и др. Аккумулирование тепла в тепловом аккумуляторе для дежурного отопления индивидуального дома // Синергия наук. 2017. № 9. С. 353−365. EDN YHHYHF.
  19. Пральников Д.Ф., Ткаченко В.С., Ващенко Е.С. Вариант включения в систему теплопотребления многоэтажного жилого дома теплового аккумулятора // Наука молодых — будущее России : сб. науч. ст. 8-й Междунар. науч. конф. перспективных разработок молодых ученых. 2023. С. 138–141. EDN XEZWSE.
  20. Бабаев Б.Д. Разработка и исследование энергосистем на основе возобновляемых источников с фазопереходным аккумулированием тепла : дис. М., 2016. 345 с. EDN UMBMEB.
  21. Сотникова О.А., Турбин B.C., Григорьев В.А. Аккумуляторы теплоты теплогенерирующих установок систем теплоснабжения // АВОК. 2003. № 5.
  22. Melita L., Croitoru С. Aerogel, a high performance material for thermal insulation — a brief overview of the building applications // E3S Web of Conferences. 2019. Vol. 111. P. 06069. doi: 10.1051/e3sconf/201911106069
  23. Wei T.Y., Lu S.Y. Aerogels for energy saving and storage // Energy Efficiency and Renewable Energy Through Nanotechnology. 2011. Pp. 873–911. doi: 10.1007/978-0-85729-638-2_25
  24. Kong X., Nie R., Yuan J. A review of shape stabilized aerogel-based phase change materials for preparation, classification and applications // Energy and Built Environment. 2023. doi: 10.1016/j.enbenv.2023.11.001
  25. Wu L., Zhao B., Gao D., Jiao D., Hu M., Pei G. Solar transparent and thermally insulated silica aerogel for efficiency improvement of photovoltaic/thermal collectors // Carbon Neutrality. 2023. Vol. 2. Issue 1. doi: 10.1007/s43979-023-00046-8

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».