5.1
Předpokládané parametry latentního zásobníku tepla s žárobetonem
Tepelný akumulační zásobník je určen pro zásobení energie Stirlingova motoru a tudíž musí pracovat ve vyšším teplotním pásmu. Pro Stirlingův motor s výkonem 1 kW je nutné udržovat teplotu zásobníku v mezích od 550°C do 650°C. Zásobník musí být schopen svoji energii dodávat tak, aniž se sníží jeho teplota pod dolní hranici podobu 24 hodin. Zásobník je dobíjen energií během denních hodin. Tepelná energie akumulovaná zásobníkem se obnovuje slunečním zářením. Druhou možností využití naakumulované energie je parní turbína. Vzhledem ke své funkci vyžaduje nižší teplotu zásobníku, která se pohybuje v rozmezí 250°C až 350°C. Tato okolnost je pro aplikaci použitých materiálů výhodnější. Rovněž účinnost turbíny je asi o 10% vyšší než účinnost Stirlingova motoru. Nižší teplota zásobníku a vyšší účinnost stroje jsou nesporné výhody použití turbíny. Ovšem okolí turbíny vyžaduje další příslušenství (vyvíječ páry, kondenzátor, zásobník vody a čerpadlo) a tím pochopitelně narůstají pořizovací náklady. Zde je nutné ekonomicky zvážit možnost volby Stirlingova motoru anebo turbíny. V obou případech je záření přiváděno na vstupní tepelný výměník zabudovaný do žárobetonového tělesa. Těleso zásobníku, umístěné například v zemi pod úrovní terénu, je nutné izolačně oddělit od okolního prostředí. Velikost objemu tělesa akumulačního zásobníku je možné určit z množství tepla, které zásobník musí pojmout, dále z tepelného rozpětí udržované zásobníkem a z tepelných vlastností materiálu, z něhož je zásobník zhotoven. Velikost objemu je možno vypočítat z rovnice (2). Tepelný objem zásobníku Q je určen z potřeb energií, kterou musí během 24 hodin pokrýt. Q=n.P.q.t (8) kde: n je účinnost napájeného zařízení, P potřebný výkon, t doba, po kterou je nutné udržovat potřebný výkon, q mechanický ekvivalent tepla (J/W). Zásobník je ustaven na podloží z žárovzdorného betonu a prostor mezi zásobníkem a vnějším pláštěm musí být vyplněn izolačním materiálem. V betonovém jádru zásobníku jsou zality měděné výměníky sloužící jednak k přenosu tepla k nabíjení zásobníku a jednak k převádění tepelné energie ke spotřebičům.
5.2
Zásobník energie
Koncepce konstrukce zásobníku mohou být řešeny následujícími způsoby: • Zavěšené tepelně-akumulační jádro, • Jádro izolované uložené na tepelně izolovaných vzpěrách, • Jádro na leží na vrstvě tepelně-izolačního materiálu. V konstrukci zásobníku se upřednostňuje jak stabilitní hledisko, tak i ekonomické způsobem uložení. Izolaci lze realizovat skladebným uspořádáním vrstev: První varianta: i) alkalická silikátová vlna (AES wool) (pro teplotní oblast nad 550°C), ii) aerogel (pro teplotní oblast do 550°C), iii) pěnový polyuretan (pro teplotní oblast do 80°C), iv) opláštění kovovou fólií. Druhá varianta: i) perlitový zásyp (pro teplotní oblast nad 550°C), ii) kalciumsilátové bloky (pro teplotní oblast nad 400°C), iii) minerálně-vláknité desky (vnější opláštění zásobníku), iv) kovová fólie. Ustavení zásobníku, jehož hmotnost podle předběžných výpočtů přesahuje 3,5 tun, řešíme uložením tělesa na podložce z izolačního žárobetonu, jejíž velikost vyplývá ze stabilitních pevnostních výpočtů. Izolační materiál bude nutné volit na základě chování jeho teplotní vodivosti, která se zvyšující se teplotou narůstá. Konečný návrh izolace bude proveden až po výsledcích výpočtů, měření a zkoušek celého energetického komplexu. Jako izolační materiál bude ověřován perlit, jehož izolační vlastnosti budou ověřeny jak za normálního tlaku, tak i ve vakuu.
Projekt: OKTAEDR – partnerství a sítě stavebnictví Registrační číslo projektu: CZ.1.07/2.4.00/31.0012. Řešitel: VUT v Brně, FAST, Veveří 95, 602 00 Brno, tel.: 541 147 501, e-mail: oktaedr@fce.vutbr.cz
151