Numerická a experimentální studie thermal storage jednotky s PCM pro solární vzduchové systémy

Numerical and experimental investigation of a PCM-based thermal storage unit for solar air systems

journal article in Web of Science

en

A general problem of most solar thermal systems is the need for thermal storage in order to balance supply and demand of heat over a certain period of time. A possibility to employ latent heat of fusion in phase change materials (PCMs) for thermal energy storage in air-based solar thermal systems was investigated using laboratory experiments and numerical simulations. A heat storage unit containing 100 aluminium panels filled with a paraffin-based PCM was used in the investigations. The experiments were carried out in a lab environment with an electric air heater as a heat source. A numerical model of the unit was developed and implemented as a type in the TRNSYS 17 simulation tool. The results of the simulations with the developed model show a good agreement with experimental results. Subsequently, the model was used for a parametric study analysing the influence of certain parameters. The performed investigations showed a potential of the use of latent heat thermal storage in air-based thermal systems with a narrow temperature operation range.

Obecný problém většiny solárních systémů je nutnost vytvoření zásoby tepla za účelem schopnosti vyrovnávat rozdíly mezi požadavky na odběr a dodávku tepla v určitém časovém horizontu. V příspěvku byla zkoumána možnost využití latentního tepla fázovém přeměny u materiálů s fázovými změnami (PCM). Byla provedena experimentální měření a numerické simulace. Pro studii byla použita heat storage jednotka obsahující 100 hliníkových panelů naplněných PCM na bázi parafínu. Experimenty byly provedeny v laboratoři a elektrický ohřívač byl použit jako zdroj tepla. Dále byl vyvinut numerický model zkoumané jednotky a implementován jako typ pro simulační software TRNSYS. Výsledky získané simulacemi a vyvinutým modelem vykazují dobrou shodu s experimentálním měřením. Numerický model byl následně použit pro parametrickou studii vlivu různých parametrů na provoz jednotky. Provedená studie prokázala potenciál využití thermal storage přístupu s využitím latentního tepla fázové přeměny a jeho aplikaci ve vzduchových systémech s úzkým teplotním intervalem provozu.

A general problem of most solar thermal systems is the need for thermal storage in order to balance supply and demand of heat over a certain period of time. A possibility to employ latent heat of fusion in phase change materials (PCMs) for thermal energy storage in air-based solar thermal systems was investigated using laboratory experiments and numerical simulations. A heat storage unit containing 100 aluminium panels filled with a paraffin-based PCM was used in the investigations. The experiments were carried out in a lab environment with an electric air heater as a heat source. A numerical model of the unit was developed and implemented as a type in the TRNSYS 17 simulation tool. The results of the simulations with the developed model show a good agreement with experimental results. Subsequently, the model was used for a parametric study analysing the influence of certain parameters. The performed investigations showed a potential of the use of latent heat thermal storage in air-based thermal systems with a narrow temperature operation range.

thermal storage, heat storage jednotka, latentní teplo, materiály s fázovou přeměnou, solární vzduchové systémy

thermal storage, heat storage unit, latent heat, phase change materials, solar air systems

2014

06.01.2014

Elsevier

Švýcarská konfederace

0378-7788

68A

1

488–497

10