Aktualności
Badania
14 Stycznia
Źródło: www.pixabay.com
Opublikowano: 2021-01-14

PCM ułatwi magazynowanie ciepła i zmniejszy jego straty

Innowacyjną konstrukcję domowego zasobnika ciepłej wody opracuje konsorcjum naukowo-przemysłowe, w skład którego weszły Politechnika Koszalińska i Instytut Maszyn Przepływowych im. Roberta Szewalskiego PAN w Gdańsku. Narodowe Centrum Badań i Rozwoju wsparło projekt kwotą 3,2 mln zł.

Ogrzewanie i przygotowanie ciepłej wody pochłania wiele energii w każdym gospodarstwie domowym. Problemowi temu postanowili zaradzić naukowcy biorący udział w projekcie, którego efektem ma być warstwowy zasobnik wody ciepłej z PCM. Konstrukcja ułatwi magazynowanie ciepła i zmniejszy jego straty.

Na czym polega istota tego rozwiązania? Zasobnik ciepła w pewnej części objętości będzie wypełniony kulkami o średnicy kilku centymetrów. W każdej z nich zostanie umieszczony tzw. materiał zmiennofazowy (ang. Phase Change Material – PCM). Podczas doprowadzania ciepła materiał ten – po osiągnięciu właściwej temperatury – ulega przemianie fazowej, czyli topi się. Gdy temperatura otoczenia materiału zmiennofazowego, np. wody w zasobniku, spadnie poniżej określonego poziomu, wówczas PCM zaczyna przemianę odwrotną (krystalizuje), oddając pobrane wcześniej ciepło. Jednym z powszechnie stosowanych materiałów PCM jest parafina. Obecnie istnieje możliwość produkcji parafin, których temperatura przemiany fazowej może być dowolnie dobrana (np. 50 stopni Celsjusza). Jeden kilogram parafiny do przemiany fazowej wymaga dostarczenia takiej ilości ciepła, jaka wymagana jest do podgrzania 1 kilograma wody o temperaturze 60 stopni Celsjusza. Wynika z tego, że roztopienie 1 kilograma parafiny, przy temperaturze na przykład 50 stopni Celsjusza, wymaga takiej ilości ciepła, jaką należałoby doprowadzić do wody, aby podgrzać ją od 20 do 80 stopni Celsjusza.

Należy podkreślić, że ilość ciepła doprowadzana w obu przypadkach jest taka sama, lecz ze względu na wysoką temperaturę końcową woda będzie oddawała więcej ciepła do otoczenia. Oznacza to oczywiste straty. Tak więc, w przypadku podgrzanej wody nie jest możliwe odzyskanie ciepła w takiej ilości, w jakiej zostało do niej doprowadzone. Z materiałem PCM jest inaczej – ciepło gromadzone jest przy niższej temperaturze, więc utrata ciepła następuje wolniej. Wykorzystanie materiału PCM da zatem podwójną korzyść: pozwoli akumulować więcej ciepła w tej samej objętości, a magazynowanie go może odbywać się w zasobniku przy niższej temperaturze, co pociąga za sobą mniejsze straty ciepła do otoczenia.

Mamy nadzieję, że w efekcie realizacji projektu powstanie typoszereg zasobników powalających na magazynowanie większych ilości ciepła przy takiej samej objętości, jaką posiadają dotychczas stosowane konstrukcje. Dodatkowo, czas gotowości zasobnika do dostarczania ciepłej wody ulegnie wydłużeniu –podkreśla dr hab. inż. Krzysztof Dutkowski, który realizuje częścią projektu realizowaną przez Politechnikę Koszalińską.

Zadaniem badaczy z tej uczelni jest wykonanie stanowiska do badań zasobnika oraz wyznaczenie jego rzeczywistych parametrów eksploatacyjnych. Opracowaniem projektu zasobnika oraz wykonaniem prototypu zajmą się specjaliści z Instytutu Maszyn Przepływowych im. Roberta Szewalskiego PAN w Gdańsku. Z kolei lider projektu – firma Profi Systems Technology – zbuduje pilotażową linię produkcyjną oraz wdroży zasobnik do produkcji.

Zakończenie projektu planowane jest w sierpniu 2023 roku. Całkowity koszt realizacji to 4,2 mln zł, z czego dofinansowanie ze strony NCBiR wyniesie 3,2 mln zł.

źródło: PK

Dyskusja (0 komentarzy)