Теплоаккумулятор скрытой теплоты

Альтернативой камням и воде для систем с воздушными солнечными коллекторами являются фазопереходные (эвтектические) соли. Принцип аккумулирования тепла солями заключается в том, что материал накапливает значительное количество тепловой энергии при переходе из твердого состояния в жидкое (в период плавления) и отдает накопленное тепло при затвердевании. В процессе фазового превращения вещества его температура не меняется, но выделяется так называемая скрытая теплота фазового перехода, количество которой достаточно велико. Например, для изменения температуры 1 кг воды на 1°C требуется 1,055 кДж. Однако для того, чтобы лед растаял, требуется уже 152 кДж. Очевидно, что температура таяния льда слишком мала для аккумулирования полезного тепла, и поэтому уже несколько десятков лет проводятся исследования с эвтектическими солями, имеющими более высокие температуры плавления. Наиболее широко изученной является общеизвестная глауберова соль, которая плавится при температуре 32,2°С и в процессе плавления аккумулирует 244 кДж на 1 кг. Поэтому применение таких солей приводит к существенному уменьшению объемов теплоаккумулирующих отсеков. К выбору подходящей соли для солнечного теплоаккумулятора предъявляются следующие требования:

• соль должна быть сравнительно дешевой;
• ее фазовый переход должен обладать хорошим эффектом скрытой теплоты, т.е. соль при плавлении должна накапливать большое количество тепла;
• соль должна быть доступна в больших количествах;
• соль должна обладать хорошей воспроизводимостью свойств на протяжении большого числа фазопереходных циклов без серьезного ухудшения эффекта скрытой теплоты;
• ее фазовый переход должен происходить вблизи от реальной температуры плавления соли;
• приготовление соли для применения должно быть сравнительно простым;
• соль должна быть безвредной (нетоксичной, невоспламеняющейся, негорючей, некорродирующей);
• способ упаковки соли в контейнер и материал контейнера должны обеспечивать наилучшие условия передачи тепла к соли и от нее.

В настоящее время на практике используются 2 вида веществ для теплоаккумуляторов скрытой теплоты:

• хлорид кальция;
• сульфат кальция (глауберова соль).

Хлорид кальция имеет точку плавления 29°C, тепловой эффект фазового перехода из твердого в жидкое состояние составляет 175,85 кДж/кг (при плотности 1,622 кг/м³). Аккумуляторам, использующим скрытую теплоту фазовых переходов, как и воде, свойственно явление переохлаждения, и при применении таких аккумуляторов особенно важно его предотвратить. Для аккумуляторов на основе хлорида кальция разработана и введена в практику добавка в виде хлористого стронция, который предовращает переохлаждение расплава и отличается большой надежностью. Аккумуляторы с использованием скрытой теплоты фазовых переходов, в которых теплоаккумулирующее вещество помещено в полиэтиленовые емкости, можно хранить в помещениях и применять в системе солнечного отопления. Такие вещества применяют и в аккумуляторных баках с воздушным и водяным нагревом.