Long-term heat storage with NaOH

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Etrusco
10lunedì 7 agosto 2017 11:18
Accumulo termico: come catturarlo d'estate per utilizzarlo d'inverno (NaOH)

Long-term heat storage with NaOH




Abstract

To reach high solar energy fractions for building heat supply, several seasonal thermal storage techniques have been developed and tested so far. Besides ground storage techniques, thermo-chemical techniques with high heat storage capacity and virtually no heat losses in the storage state are most promising. This paper deals with closed sorption systems and focuses on the concept with sodium hydroxide (NaOH)–water as the working pair. In an experimental prototype system setup, vapor pressure and boiling temperatures of highly concentrated sodium lye, as well as heat charge and discharge processes of the storage under low-pressure conditions were analyzed or verified. The storage capacity is limited by the temperature levels of the produced heat and by the solidification of the NaOH lye. The results for the single-stage prototype show that for charging the storage, solar heat input at 150 °C is needed, and that, compared to conventional water storage, the system-volume-related heat capacity could be increased by a factor of 6 for low-temperature space heating (40 °C) and by a factor of 3 for domestic hot water supply (65–70 °C). Future systems shall be built as a double-stage system in one integral vacuum container, containing solution tanks, heat exchangers, piping, and pumps.

Fonte: Science Direct

Keywords

Thermo-chemical heat storage
Sorption
Sodium hydroxide
Seasonal storage

Etrusco
10lunedì 7 agosto 2017 11:19



  • Accumulo termico: come catturare il calore estivo per usarlo d’inverno






  • L’energia solare termica può essere conservata fino all’arrivo dell’inverno grazie ad un materiale economico e una tecnologia messa a punto dall’Empa







 


(Rinnovabili.it) – La Svizzera punta a un riscaldamento energetico completamente sostenibile, ma la strada è ancora lunga: nel 2014, il 71 per cento di tutti delle abitazioni private risultava scaldata da combustibili fossili. Una percentuale non troppo dissimile caratterizzava l’acqua calda consumata. Questi valori non interessano solo la nazione elvetica, ma è da qui che un team di ricercatori sta cercando di ribaltare la situazione. Come? Creando un modo per catturare l’energia termica dell’estate e impiegarla per il riscaldamento invernale. E dall’autunno del 2016, dopo diversi anni di ricerca, l’Empa (Eidgenössische Materialprüfungs-und Forschungsanstalt) ha realizzato un impianto su scala di laboratorio in grado di fare proprio questo: immagazzinare l’estate a lungo termine.


 


La teoria dietro questo tipo di accumulo termico è abbastanza semplice: se si versa dell’acqua in un becher contenente idrossido di sodio solido (NaOH) e concentrato, la miscela si riscalda. La diluizione è esotermica, vale a dire che viene rilasciata energia chimica sotto forma di calore. Inoltre, la soluzione di idrossido di sodio è altamente igroscopica e capace di assorbire vapore acqueo. Il calore di condensazione ottenuto come risultato contribuisce a riscaldare ulteriormente la soluzione.


 


Viceversa, se viene fornita energia termica (raccolta dal sole, per esempio) alla soluzione di idrossido di sodio diluito con acqua, l’umidità evapora rapidamente, aumentando la concentrazione e quindi memorizzando efficacemente l’energia fornita. Questa miscela concentrata può essere conservata per molti mesi (anche anni), finché il calore non è nuovamente liberato. I ricercatori Robert Weber e Benjamin Fumey si sono rimboccati per portare questo esperimento su scale più grandi.


 


In pratica, il supporto di memorizzazione è un liquido viscoso costituito da una soluzione di NaOH al 50 per cento che viene fatta gocciolare lungo un tubo a spirale (creata dagli scambiatori di calore normalmente presenti nelle caldaie istantanee), mentre assorbe il vapore acqueo e quindi trasmette il calore al tubo. Il procedimento funziona anche nel senso inverso, permettendo di accumulare calore. “Questo metodo consente all’energia solare per essere immagazzinata sotto forma di energia chimica dall’estate fino all’inverno”, spiega Fumey. “E non è tutto: il calore immagazzinato può anche essere trasportato altrove sotto forma di soluzione di idrossido di sodio concentrato, il che lo rende flessibile da usare.”


Anche se ancora in fase di prototipo, EMPA è attualmente alla ricerca di partner commerciali per contribuire a creare una versione compatta del sistema per uso domestico.




Etrusco
00lunedì 7 agosto 2017 11:20


  1. Fig. 1. Water storage volumes for four different solar collector areas, required for…



  2. Fig. 2. Charging and discharging process of the NaOH storage



  3. Fig. 3. The NaOH–H2O system



  4. Fig. 4. Vapor pressure curves of water [21] and solutions of NaOH in water [22]



  5. Fig. 5. Vapor pressure curves with temperature–pressure condition of the ideal and real…



  6. Fig. 6. The charging process with a double-stage cycle



  7. Fig. 7. The discharging process with a double-stage cycle



  8. Fig. 8. Experimental setup of the NaOH storage unit



  9. Fig. 9. Experimental setup of the NaOH storage unit, schematic representation of…



  10. Fig. 10. Detailed schematic representation of the charging process inside the process…




Tables (2)



  1. Table

  2. Table 1


 
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