Које течности за пренос топлоте се користе у Demax соларним топлотним системима?

Основне опције за течности за пренос топлоте за Demax соларне топлотне системе

Вода: Најбоље за низкотемпературне, под притиском Демакс инсталације

За соларне топлотне апликације које раде испод 100 степени Целзијуса, вода остаје једна од најекономнијих и најефикаснијих опција доступних као течност за пренос топлоте. Предности воде произилазе из њеног релативно високог специфичног топлотног капацитета (око 4,18 кДж на кг К), док је потребна мала пумпана снага. Када се хлади са системом под притиском Demax, вода је идеална јер не може да кипе, и сигурна је и еколошки прихватљива. Међутим, вода замрзне на 0 степени Целзијуса, и као резултат тога, ови системи раде само у регионима без мраз. Када су системи у опасности од замрзавања због зимских услова, техничари морају потпуно да исцеде воду како би избегли оштећење. Цифри о перформанси континенталних медитеранских кућа показују да је 2023. године ESTIF (Европска соларна термална индустрија) доказала да су инсталације на бази воде постигле око 60% сезонске ефикасности.

Решења усредсређена на безбедност и заштиту од замрзавања

Када је реч о заштити од замрзавања, мешавине пропиленгликола и воде су много обећавајуће. Они раде и до минус 30 степени Целзијуса и мање су опасни од других доступних опција које користе етилен гликол и могу бити опасни када пролазе. Ове мешавине такође спречавају корозију када се системи конструишу користећи одговарајуће водиче од нерђајућег челика и одређених других пластика. На негативној страни, мешавина пропиленгликола и воде може бити 30 до 50 посто густија од воде на 20 степени Целзијуса, тако да пумпе морају да раде много теже. Међутим, пошто тако добро управљају ниским температурама, они су течност за пренос топлоте за већину локација у Северној Америци и Северној Европи. Недавно су произвођачи такође постигли побољшање додавањем специфичних специјалних хемикалија течности које смањују брзину разлагања течности. Када се течности тестирају у Демаксовим системима у затвореном циклусу према прописаним индустријским стандардима, процењује се да течности трају 5-7 година.

Тхермално стабилни силиконски течности и ваздух: Специјализоване употребе у соларним топлотним апликацијама без притиска и при повишеним температурама

Силиконске течности за пренос топлоте су једини течности који остају у послу дуги временски период у не-натиснутим отвореним концентрисаним соларним топлотним системима који раде на повишеним температурама између 200 и 400 °C. Силиконске течности такође имају способност преноса топлоте неопход Међутим, течности за пренос топлоте се не користе у системима у којима је ваздух радна течност. У комбинацији са системом отворене петље, ваздух обезбеђује поузданост рада и лакоћу одржавања у не-натисничним соларним топлотним системима. Комбинација ових специјализованих течности, чак и ако је оптимизована, чини мање од 15 посто укупног броја светских соларних топлотних установа.

Овај број долази из најновије анализе тржишта из иницијативе Међународне агенције за енергију SolarPACES 2024.

Кључни критеријуми за избор соларних термалних течности за пренос топлоте

Термичка стабилност и отпорност на деградацију

Са течностима за пренос топлоте (ХТФ) у соларним термичким апликацијама, очекује се да ће бити хемијски стабилни у дугорочном периоду, морајући бити у близини 200 степени Целзијуса за продужено трајање (чак и године) у неким случајевима. Када су течности хемијски нестабилни, постоје негативне импликације за систем у целини, укључујући смањење топлотних перформанси. У неким документованим случајевима, течности су претрпеле смањење топлотних перформанси од 22% у периоду од пет година. Ово је често због повећаног вискозитета изазванг оксидацијом течности и накнадним формирањем улога. Такви услови такође резултирају повећаним одржавањем и смањеном перформансом разменувача топлоте. Иако инхибитори оксидације могу да ублаже неке од горе поменутих проблема, потребно је да се више фокусира на компатибилност течности са системским материјалима током времена. Системски материјали као што су бакар и алуминијум, па чак и гума у неким запљуцима вентила, могу доживјети разне хемијске реакције са течношћу током времена. Посебно, са притиснутим системама Демакс, процењује се да је стопа корозије око 30% већа са течностима које су стабилне у поређењу са течностима које су нестабилне.

Ова врста зноја не само да скраћује живот опреме. Такође значајно повећава буџете за одржавање на дугом путу.

Избор течности дуж климатских зона на тржишту соларне топлоте у Северној Америци и Европи

Избор течности мора се строго придржавати у вези са екстремним климатским условима у региону инсталације.

1. у вези са Скандинавске земље и Централна Европа: Заштита мора бити обезбеђена до 30 °C. У ту сврху, мешавина пропиленгликола и воде у односу од 50:50 је де факто стандард за распоређивање Demax у хладним климама, јер одржава преко 85% ефикасности преноса топлоте воде

2. Уколико је потребно. Средоземље и југозападни део Сједињених Држава: Температуре стагнације редовно прелазе 300 °C. Стога, стагнационе температуре захтевају високу температурну стабилност у комбинацији са ниским притиском паре. У том погледу, силикони су бољи од гликола јер је њихов притисак паре 40% нижи од гликола на врхунским оперативним температурама, чиме се смањује учесталост активирања олакшавања притиска и, стога, губитак течности.

3. Уколико је потребно. Североисточне Сједињене Државе као пример хибридне климе: Потребно је имати дизајн двоструке заштите. Најновија генерација пенки од угљен-углерода има способност да остане пумпана испод 25 °C и да издржи топлотну деградацију на температурама до 290 °C. Ово омогућава годишњу безбедност рада без угрожавања ефикасности.

Иако њихова употреба повећава вискозитет за 1215%, што доводи до повећаног напора пумпања и већих пречника пумпа, очигледан је тренд ка употреби топлотно стабилнијих течности, упркос додатним безбедносним ограничењима које они намећу.

Упоређење перформанси у ефикасности, безбедности и компатибилности система у соларним термичким апликацијама

Термофизички компромиси у вези са специфичном топлотом, вискозитетом и енергијом пумпања

Укупна топлотна перформанса сваке течности анализирана је у односу на три физикохемијске карактеристике течности: капацитет складиштења топлотне енергије течности (специфична топлота), дебљина течности (вискозитет) и топлотна распадљивост течности (термална стабилност). Вода је одличан апсорботор топлотне енергије (специфична топлота је око 4,18 кЈ на кг на степен К). Међутим, уз употребу воде у овим системима настају проблеми јер температуре могу пасти испод тачке замрзавања. У тим случајевима, потребна је употреба мешавина гликола, иако су течности 30 до 50 % вискозније од воде. Овај додатни отпор вискозног течности захтева да пумпе раде више посла, што обично доводи до повећања потрошње енергије од 15 до 30% у великим индустријским системима, смањујући нето соларну енергију која се прикупља. Иако силиконске течности нису толико вискозни када се загреју, њихова специфична топлота је ограничена на опсег од 1,5 до 1,8 кДж. Стога би оператер који користи силиконске течности морао да промовише два пута већи проток течности него што би било потребно за воду. Овакво управљање течностима повећава потребу за већим пумпама, повећава трошкове повезане са електричном енергијом и повећава оптерећење одржавањем.

Пробања у стварном свету на соларним централама са параболичким стамбеним стамбеним стамбеним стамбеним стамбеним стамбеним стамбеним стамбеним стамбеним стамбеним стамбеним стамбеним стамбеним стамбеним стамбеним ста Значајно је да се течности које су мање од нормалног брже разлагају и да могу постати 50 - 80 посто вискозније након само 5 година, што утиче на проток. Због тога инжењери морају у суштини да проценију било коју нову течност са сваком компонентом система са којом ће доћи у контакт, укључујући резервоаре за експанзију, вентили и посебно разменилаче топлоте за лемене плоче.

Често постављана питања

Која је главна предност употребе воде као течности за пренос топлоте у Demax системима?

Вода је ефикаснија у преношењу топлоте јер има већи специфични топлотни капацитет од других течности. Његова ниска температура у областима без мраз и ниски губици енергије пумпања чине га веома пожељним течношћу.

Које су предности употребе мешавина пропиленгликола/воде у хладним климама?

Ове мешавине су густије од воде и сигурније су од варијанти етилен гликола. Они су омиљена опција у хладним регијама због њихове ниске температурне отпорности и повећане вискозитета, посебно у Северној Америци и Северној Европи.

Које су карактеристике силиконских течности које им омогућавају да се користе у апликацијама на високим температурама?

Силиконске течности поседују изузетну топлотну стабилност, што им омогућава да се користе у апликацијама на високим температурама, као што су концентрисани соларни топлотни системи. Осим тога, силиконске течности имају низак притисак паре, што минимизира шансе за активацију олакшања притиска на врхунским температурама.

Који су последице критеријума за избор на климу региона када се бира течност за пренос топлоте?

Да би се максимизовала поузданост и ефикасност система, заштита од замрзавања од течности за пренос топлоте треба користити у хладним подручјима, док течности које поседују високу топлотну стабилност треба користити у врућим подручјима.