АКУМУЛАТОРИ АКУМУЛАТОРИ ТОПЛОТЕТОПЛОТЕ

Бојан Димитријевић 173/2009

ФАКУЛТЕТ ИНЖЕЊЕРСКИХ НАУКА КРАГУЈЕВАЦ

Пријем сунчеве енергије највећи је у летњем периоду када је потреба за топлотом најмања, а најмањи је зими када је потреба за топлотом највећа. Овај раскорак између интензитета сунчевог зрачења и потребне топлотне енергије на Земљи отежава примену Сунчеве енергије.

Складиштење примљене топлоте врши се помоћу складишта или акумулатора топлоте.

Акумулатор топлоте је уређај помоћу ког се радном флуиду водних или ваздушних соларних колектора одузима топлота и акумулира уз најмање губитке да буде на располагању у време потрошње. Акумулатор топлоте представља веома битан елемент соларног система. Разликују се нискотемпературни акумулатори, до 100 C°, и високотемпературни , преко 100 C°, за примену код концентрисаног сунчевог зрачења.

Врсте и димензије топлотног акумулатора зависе од његове намене, система на који се прикључују, расположивог простора, метеоролошких услова и др. Акумулатори за чување топлоте у току неколико дана или месеци су већих димензија и скупљи од ооних који чувају топлоту од дана за ноћ. С обзиром на примењене хемијске и физичке појаве, разликују се осетљиви и латентни акумулатори топлоте. Код осетљивих доведена топлота се може одмах преузети у истој количини, занемаривши губитке, а код латентних се физичко хемијским променамаакумулисана топлота ослобађа и користи. За ово се користе фазни прелазиматеријала из једног стања у друго(топљење и очвршћавање). Као медијум код осетљивих акумулатора топлоте користи се вода, камен, шљунак, песак, бетон, шамот, цигла, и земља...

Вода има највећу масену количину топлоте, има највећу способност примања топлоте по јединици масе за сваки степен Келвина. При повишењу топлоте за 1К, један килграм воде акумулише 4,187 кЈ, односно 1,163 Wh. Повишењем температуре маси од 1000 килограма воде чија је запремина 1м³ за 1К , ова маса акумулише 4178 кЈ односно 1,163 kWh топлоте. Ако се води у резерваоару од 8м³ повиси температура од 15 до 60 C°, акумулисана топлота износиће 419 Kwh. Ова колићина топлоте довољна је да се загрева стамбена просторија површине 100м² у нашим крајевима на 45° северне географске ширине у току три зимска дана без Сунца.

Латентни акумулатори засновани су на фазном прелазу, односно топљењу и очвршћивању материјала. Материјали се топе на одређеној температури (тачки топљења) и док се не отопи и његов последњи делић температура остаје константна. Пошто се додавањем топлоте за време топљења материјала температура не мења , ова топлота се назива латентном топлотом.

На исти начин и на истој температури се одвија и обратни процес – кристализација. Ослобађа се латентна топлота кристализовања која је једнака акумулисаној латентној топлоти топљења. На овој физичкохемијској појави фазних прелаза материјала заснива се латентни акумулатор топлоте. Потребно је користити материјале са што нижом тачком топљења.

Један од најпознатијих материјала за ове сврхе је гауберова со или натријумсулфат Na2SO4, који са 10 молекула воде образује натријум-сулфат-декахидрат Na2SO4 * H2O, са тачком топљења 32°. За време топљења ова температура остаје константна и стога овакав акумулатор топлоте представља термостабилизатор. При топљењу гауберова со акумулира топлоту од 209350 Јkgˉ¹ K ˉ¹ на 32 C°. Очвршћивањем истопљене соли на истој температури ослобађа се акумулирана латентна топлота у истој количини и она се може користити за грејање. У 1м³ гауберове соли може се акумулирати3,6 пута више топлотне енергије него у истој запремини воде. При повишењу температуре гауберовој соли од 21 до 32 C° може се акумулирати 8 пута више топлоте него при истом повишењу температуре истој количини воде.

Соларна топлана у Бадњевцу, прва у Србији.Реч је о систему концентрисаног сунчевог зрачења са високотемпературским топлотним акумулатором кога је изумео Владимир Петровић, капацитета 450 кWh/m³ и максималном температуром акумулационе масе од 800C° и губицима мањим од 6% годишње. Пречник је 13 а висина 18 метара и задовољава потребе грејања просторије од 500м² 24 часа , 365 дана годишње.