Värmebatteri - Thermal battery

Ett termiskt energibatteri är en fysisk struktur som används för att lagra och frigöra termisk energi - se även lagring av termisk energi . Ett sådant termiskt batteri (aka TBat) gör att energi som finns tillgänglig vid en tidpunkt lagras tillfälligt och sedan släpps ut vid en annan tidpunkt. De grundläggande principerna som ingår i ett termiskt batteri uppträder vid atomens materiella nivå, med energi som tillförs eller tas från antingen en fast massa eller en vätskevolym som får ämnets temperatur att förändras. Vissa termiska batterier innebär också att en substans övergår termiskt genom en fasövergång som gör att ännu mer energi lagras och frigörs på grund av fusionens delta -entalpi eller förångningens delta -entalpi .

Historia av termiska batterier

Värmebatterier är mycket vanliga och innehåller sådana välbekanta föremål som en varmvattenflaska . Tidiga exempel på termiska batterier inkluderar spisar av sten och lera, stenar som placeras i bränder och ugnar. Medan spisar och ugnar är ugnar, är de också termiska lagringssystem som är beroende av att värme behålls under en längre tid.

Typer av termiska batterier

Värmebatterier faller i allmänhet i 4 kategorier med olika former och applikationer, även om de i grunden alla är för lagring och återvinning av termisk energi. De skiljer sig också åt i metod och densitet för värmelagring.

Fasbyte termiskt batteri

Fasförändringsmaterial som används för termisk lagring kan lagra och frigöra betydande termisk kapacitet vid den temperatur som de ändrar fas. Dessa material väljs baserat på specifika tillämpningar eftersom det finns ett brett temperaturintervall som kan vara användbart i olika applikationer och ett brett spektrum av material som ändrar fas vid olika temperaturer. Dessa material inkluderar salter och vaxer som är speciellt konstruerade för de applikationer de tjänar. Förutom tillverkade material är vatten ett fasförändringsmaterial. Den latenta värmen för vatten är 334 joule/gram. Fasförändringen av vatten sker vid 0 ° C (32 ° F).

Vissa applikationer använder vatten eller isens termiska kapacitet som kylförvaring; andra använder det som värmelagring. Det kan tjäna antingen ansökan; is kan smälta för att lagra värme och sedan frysas för att värma en miljö som är under fryspunkten (att sätta flytande vatten vid 0 ° C i en sådan miljö värmer det mycket mer än samma ismassa vid samma temperatur, eftersom latent värme från frysning extraheras från det, varför fasförändringen är relevant), eller så kan vatten frysas för att "lagra kallt" och sedan smälta för att göra en miljö över frysning kallare (och återigen kommer en given ismassa vid 0 ° C att ge mer kylning än samma massa vatten vid samma temperatur).

Fördelen med att använda en fasförändring på detta sätt är att en given materialmassa kan absorbera en stor mängd energi utan att dess temperatur förändras. Därför kan ett termiskt batteri som använder en fasändring göras lättare, eller mer energi kan läggas i det utan att höja den inre temperaturen oacceptabelt.

Inkapslat termiskt batteri

Ett inkapslat termiskt batteri liknar fysiskt ett termiskt batteri med fasförändring genom att det är en begränsad mängd fysiskt material som värms upp eller kyls termiskt för att lagra eller extrahera energi. I ett icke-fasförändrat inkapslat termiskt batteri ändras emellertid temperaturen på ämnet utan att framkalla en fasändring. Eftersom en fasförändring inte behövs är många fler material tillgängliga för användning i ett inkapslat termiskt batteri.

En av nyckelegenskaperna hos ett inkapslat termiskt batteri är dess volymetriska värmekapacitet (VHC), även kallad volymspecifik värmekapacitet . Typiska ämnen som används för dessa termiska batterier inkluderar vatten, betong och våt sand.

Ett exempel på ett inkapslat termiskt batteri är en varmvattenberedare för bostäder med en lagringstank. Detta termiska batteri laddas vanligtvis långsamt under en period av cirka 30–60 minuter för snabb användning vid behov (t.ex. 10–15 minuter). Många verktyg, som förstår "värmebatteriets" karaktär hos vattenvärmare, har börjat använda dem för att absorbera överskott av förnybar energi när de är tillgängliga för senare användning av husägaren. Enligt den ovan nämnda artikeln kan "nettobesparingar för elsystemet som helhet vara $ 200 per år per värmare - varav några kan överföras till dess ägare".

GHEX termiskt batteri - ej inkapslat

En markvärmeväxlare (GHEX) är ett område på jorden som används som termiskt batteri för säsong/år. Dessa termiska batterier är områden på jorden som rör har placerats i för att överföra termisk energi; de är "inkapslade" i den meningen att målområdet inte är isolerat från resten av den omgivande jorden. Energi tillförs GHEX genom att köra en högre temperaturvätska genom rören och därmed höja temperaturen på den lokala jorden. Energi kan också tas från GHEX genom att köra en lägre temperaturvätska genom samma rör.

GHEX termiska batterier implementeras vanligtvis i två former. Bilden ovan visar det som kallas en "horisontell" GHEX där diken används för att placera en mängd rör i en sluten slinga i marken. De bildas också genom att borra borrhål i marken, antingen vertikalt eller horisontellt, och sedan sätts rören in i form av en sluten slinga med en "u-böj" -montering på ögats yttersta ände. Dessa borrade GHEX termiska batterier kallas också ibland "borrhåls termiska energilagringssystem".

Värmeenergi kan läggas till eller tas bort från ett GHEX termiskt batteri när som helst. De används emellertid oftast som en säsongsmässig termisk energilagring som körs på en årlig cykel där energi extraheras från en byggnad under sommarsäsongen för att kyla en byggnad och läggs till GHEX, och sedan extraheras samma energi senare från GHEX under vintersäsongen för att värma byggnaden. Denna årliga cykel av energitillskott och subtraktion är mycket förutsägbar baserat på energimodellering av byggnaden som serveras. Ett termiskt batteri som används i detta läge är en förnybar energikälla eftersom energin som utvinns på vintern kommer att återställas till GHEX nästa sommar i en kontinuerligt upprepad cykel. Denna typ är soldriven eftersom det är värmen från solen på sommaren som tas bort från en byggnad och lagras i marken för användning under nästa vintersäsong för uppvärmning. Det finns två huvudsakliga metoder för termiskt svarstest som används för att karakterisera värmeledningsförmågan och termisk kapacitet/diffusivitet för GHEX termiska batterier-Log-Time 1-dimensionell kurvpassning och nyutgivet avancerat termiskt svarstest.

Ett bra exempel på den årliga cykeln hos ett GHEX termiskt batteri kan ses i ASHRAE Building -studien. Som framgår av markluckans och omgivningens lufttemperaturer efter datumgrafik (Figur 2-7) kan man enkelt se den årliga cykeln sinusformade marktemperaturen när värme extraheras från marken på vintern och avvisas till marken i sommar, vilket skapar en mark "termisk laddning" på en säsong som inte är oladdad och drivs åt andra hållet från neutralt till en senare säsong. Andra mer avancerade av markbaserade termiska batterier som använder avsiktliga termiska mönster med bra hål är för närvarande under forskning och tidig användning.

Andra termiska batterier

Det finns några andra artiklar som historiskt har kallats "termiska batterier". I denna grupp finns det smälta saltbatteriet som är en enhet för att generera elektricitet. Andra exempel inkluderar värmepaket som skidåkare använder för att hålla händer och fötter varma (se handvärmare ). Dessa är ett kemiskt batteri som vid aktivering (med luft i detta fall) kommer att producera värme. Andra relaterade kemiska termiska batterier finns för att producera kyla (se snabbförpackning ) som vanligtvis används för sportskador .

En gemensam princip för dessa andra termiska batterier är att den inblandade reaktionen i allmänhet inte är reversibel. Dessa batterier används således inte för att lagra och hämta värmeenergi.

Se även

• Värmeenergilagring
• Lagring av termisk energi under säsong
• Markkopplad värmeväxlare
• Geotermisk värmepump
• International Ground Source Heat Pump Association
• Ångackumulator

Referenser