Повышение эффективности систем кондиционирования воздуха на основе аккумулирования низкотемпературной энергии

Рассмотрена задача создания энергоэффективных систем хладо- и теплоснабжения с использованием накопителей тепловой энергии. Аккумулирование тепловой энергии повышает эффективность теплоэнергетических систем, включая системы охлаждения и кондиционирования, уменьшает пиковое потребление электроэнергии и мощности тепловых установок при переменных нагрузках. Показано, что для накопления тепловой энергии широко используют вещества с фазовым переходом, преимущественно типа «твердое тело–жидкость», обеспечивающие объемную и массовую плотность хранения энергии теплоты и холода в 5–14 раз выше в сравнении с аккумулирующими жидкостями. Сформулированы требования к веществам с фазовым переходом, применяемым в накопителях тепловой энергии. Рассмотрены предложенные для применения вещества с фазовым переходом, к которым относятся органические соединения (парафины, жирные кислоты), гидраты солей, эвтектики (могут включать органические и неорганические соединения). Показаны достоинства и недостатки каждой группы веществ. Представлены сведения о свойствах отдельных веществ, применяемых в системах кондиционирования воздуха. Показано, что производители скрывают состав промышленно применяемых веществ с фазовым переходом. Отмечено, что производство российских систем накопления тепловой энергии требует выполнения комплекса фундаментальных и прикладных научных исследований. Приведены примеры аккумулирования тепловой энергии с использованием веществ с фазовым переходом в системах кондиционирования воздуха. Описаны конструкции аккумуляторов тепловой энергии, отмечены их достоинства и недостатки. Проанализированы методы расчета систем с аккумуляторами тепловой энергии, включая решение задачи Стефана о нестационарном теплообмене при фазовых переходах применительно к накоплению тепловой энергии. Сделан вывод о преимуществах численного метода решения этой задачи. Сформулированы направления исследований, выполнение которых позволит разработать российские системы тепло- и хладоснабжения с накопителями тепловой энергии.