2010. november 25. 16:25 - Gazz

Nyári meleg elraktározása télre

 Na ez megint nem egy szokásos bejegyzés lesz, hanem amolyan technikai jellegű. De ha egyszer ez a kérdés foglalkoztat, akkor nyilván erről írok. Mindenesetre megpróbálok közérthető lenni.

Mint azt korábban írtam, vettünk egy sorházat Zuglóban, amiről kiderült, hogy tele van hibával, ezért tetőcsere lett, újraalapoztuk, bevezettük a gázt, felújítottuk az elektromos hálózatot, a vízvezetékek jórészét is... A fűtés is készen van, egy Junkers kondenzációs kazán fűti a házat, eddig kitűnően ellátva a feladatát. A gáz és fűtésszerelőink rendes munkát végeztek, elég drága volt, de minden működik, gyorsan is dolgoztak, csak a hivatalok húzták az időt szokás szerint. Persze egy kóklerbe azért itt is belefutottunk. Amikor üzembe kellett volna helyezni a kazánt, kijött egy "szakértő", aki negyedóra múlva közölte, hogy a kazán rossz, és különben is keressünk más szakembert, mert ő Csepelről nem akar ide Zuglóba kijárni. Először nagyon kétségbe voltam esve, de a mondat második fele némi reményt adott azt illetően, hogy az illetőnek valószínűleg fogalma sem volt arról, hogy mit kellene a kazánnal kezdeni, s ezt az oltobelló dumát nyomta ahelyett, hogy a tudatlanságát beismerte volna. Szerencsére kárt nem csinált, pénzt nem kapott. Az áruház, ahol a kazánt vettük, ajánlott egy másik szerelőt, ő ki is jött, s gond nélkül üzembe helyezte a kazánt. Természetesen semmi baja nem volt.

Van tehát fűtésünk, melegvízünk, de az én agyam közben folyton azon jár, hogy mi lesz, ha már nem tudjuk a gázt megfizetni. Az biztos, hogy a gáz ára emelkedni fog a jövőben, tehát előbb vagy utóbb lépnem kell valamit. Az igazán tuti megoldás az lenne, hogy a nyáron összegyűjtött napenergiával fűtsük télen a házat. Első megközelítésben két lehetőség kínálkozik a napenergia tárolására.

  • Kémiai formában történő raktározás. Ennek a megoldásnak az előnye a nagy energiasűrűség, a hátránya pedig az energiaátalakítás közbeni veszteségek. Eleve a legjobb napelem 22% körüli hatásfokkal alakítja át a fényenergiát elektromos energiává. Emellett ezek a napelemek igencsak drágák is. A keletkezett energiát akkumulátorokban kell tárolni, ezek drágák, nehezek, elővigyázatosan kezelendők, és egy idő után tönkremennek. Előnye a dolognak, hogy az akkumulátorokba bármilyen módon előállított energia betölthető, olcsó éjszakai áramból, otthoni gázmotorral előállított áramból származó energia, szélenergia. Az így eltárolt energiával télen hőszivattyút hajthatunk, amely minden egyes kivett kilojoulhoz négyszer annyi hőenergiát ad hozzá. Sajnos az akkumulátorok energiasűrűségén azért lehetne még javítani bőven. Az igazi az lenne, ha valamiféle üzemanyagot lehetne előállítani a nyáron gyűjtött napenergiával. Ha a hidrogént normálisan lehetne tárolni, akkor az ideális megoldás az lenne, hogy a nyáron megtermelt hidrogénnel télen áramot termelnénk, az árammal pedig hőszivattyús fűtést üzemeltetnénk télen. Oláh György kémikus találmánya, a metanollal működő üzemanyagcella tudna valami hasonlót produkálni, csak sajnos ennek a hatásfoka és a tartóssága még jócskán hagy kívánnivalót maga után. A metanol azért jobb a hidrogénnél, mert folyadék lévén, nagyon jól tárolható (akár hordókban az udvaron), míg a hidrogén nyomás alatt még a fémtartályok vastag falán is átdiffundál szépen-lassan. Ha sikerül metanolcella problémáit a kutatóknak kiküszöbölni, akkor a metanol lesz az az energiahordozó, amivel meg lehet oldani a mostaninál nagyságrendekkel olcsóbb fűtést (is, meg az olcsó autózást is). Talán mire nyugdíjas leszek, kiforrja magát ez a technológia, de egyenlőre nem pálya.
  • Fizikai formában történő energiatárolás. Ennek a módszernek az a nagy előnye, hogy nem kell az energiát egyik formából a másikba alakítgatni, amely a veszteségek biztos forrása, hanem egyszerűen annyi történik, hogy egy nagy tömegű anyagot nyáron felmelegítünk, majd egy hőcserélővel télen a kívánt hőmérséklet szerint adagolva szépen kinyerjük a hőt a tárolóból. A problémát itt elsősorban a fizikai hőtárolás alacsony energiasűrűsége jelenti. Ahhoz, hogy egy lakóház télire való fűtéséhez szükséges energiát eltároljunk, iszonyat mennyiségű hőtároló anyagra van szükség. Persze vannak trükkök, amivel az energiasűrűséget növelni lehet. Nézzük, mik a lehetőségeink:
  1.  Nagy fajhőjű anyagot kell választanunk. Kézenfekvő választás a víz, amelynek az összes hozzáférhető anyag közül a legnagyobb a fajhője. Hátránya a dolognak, hogy vízzel csak a 40-100 C° közötti tartományban tudunk dolgozni. Egy téli szezonra minimum 150 m³ víz szükséges, és ezt hőszigetelten kell tudnunk tárolni. Csak a méretek érzékeltetése végett ehhez egy akkora úszómedence kell, amelynek a felülete egy átlagos sorház alapterületével egyezik meg, és két méter mély. Mindezt víz és hőszigetelt medencében eltárolva. Finoman szólva drága beruházás....
  2. Megnövelt hőmérséklet tartomány. A víznél szinte minden anyagnak rosszabb a fajhője, viszont sok esetben lényegesen nagyobb hőmérsékleti tartományban üzemeltethetőek. Példának okáért, ha apró szemcsés kavicsot használunk hőtároló közegnek, akkor akár 300 fokig is elmehetünk a hőmérséklettel. Így ugyan nagyobb tömegű anyagot kell használnunk, de az térfogatra a nagyobb sűrűség miatt nem jelent többet, mint víz esetén, viszont a kihasználható hőmérséklet tartomány nem korlátozódik a 40-100C° tartományra. A gond ott van, hogy ehhez olyan nappanel kell, ami nem vízzel működik, hanem valamilyen szintetikus olajjal, mint hőközvetítő közeg. Mindemellett a vezetékezésnél speciális forrasztástechnológiát kell alkalmazni, ami kibírja, emellett itt különlegesen jó hőszigetelést kell alkalmaznunk, mert a hő annál könnyeben szökik, minél nagyobb a hőmérséklet különbség a hőtároló anyag és környezete között. Ha ezeket sikerül megoldanunk, akkor 300C° felfűtési hőmérsékletet feltételezve durva közelítéssel harmad akkora térfogaton is el tudjuk tárolni a szükséges hőmennyiséget. A gyakorlatban ennek a magas hőmérsékletű hőtárolásnak nem igazán kiforrott a technológiája, a kereskedelemben kapható napelemek nem is alkalmasak arra, hogy ilyen magas hőmérsékletet elő tudjanak állítani.
  3. Fázisátalakulás energiájának kihasználása. Ha az anyag halmaz vagy fázisállapot változáson megy keresztül, akkor ott az egyszerű fajhőnél jóval nagyobb energia szabadul fel, vagy kötődik le. Ha sikerülne olyan anyagot találnunk, ami a könnyen kezelhető 40-100 C° hőmérséklettartományban fázisátalakuláson is keresztülmegy, akkor a betáplált energiát nem csak hő formájában tudjuk tárolni, hanem ehhez még hozzájön egy meglehetősen jelentős fázishő is, amely igen jelentősen javítja a közeg hőtároló képességét. Praktikus okokból - mivel a hőtároló térfogatának minimalizálására törekszünk, a folyadék → gáz átmenet nem jöhet szóba. Ugyan ez a fázisátalakulás tudná a legtöbb hőt eltárolni, de a gáz halmazállapotú terméket nem tudjuk tárolni. Így a szilárd → folyadék fázisátalakulás jöhet csak szóba, mint energiatároló fizikai folyamat. Tehát olyan anyagra van szükségünk, amelynek olvadáspontja a kitűzött, könnyen kezelhető 40-100 C° tartományban van, olcsón beszerezhető, nem mérgező. A jó hír az, hogy félnapos keresgéléssel az interneten két ilyen anyagra is rá sikerült bukkannom. Az egyik a paraffin, ami a gyertyák alapanyaga. Körülbelül 60C°-on olvad. A hőtárolónk nyáron tehát úgy működne, hogy amikor a napelem elkezdi fűteni, akkor a szilárd paraffint melegítené 60 fokig, ott a paraffin elkezdene megolvadni, majd miután teljesen megolvadt, a folyékony paraffin melegedne tovább. Azonos térfogaton így a paraffin mintegy másfélszer annyi hőt tud eltárolni, mint a víz. Van egy ennél jobb anyag is, a nátrium-acetát, amelynek a hőtároló képessége  ebben a hőmérséklet tartományban az olvadáshőjének köszönhetően a vízének kétszerese.
  4. Olvadáshő helyett kihasználhatjuk a vízoldható anyagok oldáshőjét is, bár ez már átmenet a kémiai és fizikai energiatárolás között. Mindenki tudja, hogy a konyhasó meleg vízben jobban oldódik, mint hideg vízben. Ha a hőtároló tartályunkba vizet és konyhasót teszünk, majd elkezdjük emelni a hőmérsékletet, akkor a konyhasó elkezd oldódni a vízben, közben pedig jelentős mennyiségű hőt köt le, ami akkor szabadul fel, amikor az oldat el kezd hűlni. A gyakorlatban annyit látunk, hogy a hőtároló alján hűléskor kiválik a só, a közeg hőmérséklete meg alig változik. Itt a gondot az jelenti, hogy nem lehet tetszőleges a víz mint oldószer, és az adott kémiai anyag aránya. Az oldáshő miatti energiaelnyelést sem egyszerű dolog számolni, ugyanis az oldáshő hőmérséklet és koncentráció függő, így inkább csak tapasztalati úton lehet meghatározni, hogy mekkora hőkapacitású az így kialakított rendszer. Az oldáshő táblázatokat figyelve az ammónium-nitrát tűnik a leginkább ígéretes anyagnak mivel könnyen hozzáférhető, és a fajlagos oldáshője is elég magas. 

A felsorolt opciók alapján eléggé nyilvánvaló, hogy házilagos körülmények között rendkívül költség és helyigényes egy akkora hőtároló kialakítása, amely elég nagy ahhoz, hogy a ház téli fűtésigényét ellássa. A legígéretesebbnek a metanol előállítás ígérkezik, de erre még sokat kell várni, mire piacképes lesz a technológia. A többi módszer költség és helyigénye akkora, hogy nem gazdaságos a megépítésük. Kisebb méretekben, pld. fatüzelés használata esetén a hőtároló megoldásoknak van létjogosultságuk, és felsorolt trükkök alkalmazásával jobb hőtárolókat tudunk kialakítani, mint az általánosan elterjedt mai víztartályok. ( Fatüzelés esetén azért kell hőtartály, mert a fa égése során rövid idő alatt szabadul fel nagy energia, és ezt célszerű egy tárolóban elraktározni, majd onnan igény szerint felszabadítani.)

Ennyit mára a tudomány és a technika szépségeiről.

Kis muzsi a végére:

 

15 komment

A bejegyzés trackback címe:

https://gazz.blog.hu/api/trackback/id/tr122472858

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

pecoshop 2010.12.09. 13:19:36

az életben nem lesz gazdaságos.

lavinia 2011.03.09. 10:12:05

Két kérdésem lenne.
1.Lehetséges-e, hogy a közeljövőben a napenergiát és a geotermikus technológiát ötvözve viszonylag olcsón kiépíthető rendszert építsenek ki a szakemberek?
2.A geotermikus rendszer kiépíthető-e oly módon, hogy a nem vizet keringtet a rendszer, hanem egy valamilyen olaj+kolloid töltésű kiváló hővezető anyag a saját tágulásánál fogva cirkulál?
Foglalkozik valaki ilyesmivel?
Köszi

Gazz 2011.03.09. 10:32:12

@lavinia: a napelemek télen sosem érnek el akkora hatásfokot, hogy biztosan alapozni lehessen rájuk. Borús napokon nyilvánvalóan nem termelnek elég hőt. A jó hír az, hogy amikor viszont süt a nap, akkor egy jó hőtárolóval kombinálva az adott nap fűtésigényét télen is ki tudják elégíteni.
Nem ördögtől való ötlet viszont a napelem és a légkazán kombinációja. Ugyanis a napelem (itt a hőelemre gondolok, nem az áramtermelőre) hatásfoka növelhető úgy, hogy a benne felmelegedett vizet egy hőszivattyús megoldással továbbmelegítjük. Ez ugyan nem geotermikus megoldás, ellenben valószínűleg igencsak gazdaságos. Hátránya a dolognak, hogy a hőszívattyú részt nappal kell működtetni, amikor drágább az áram.
A második kérdés nagyon érdekes felvetés, de önmagában nem működőképes. Ugyanis ezen a módon legfeljebb csak olyan hőmérsékletet tudsz elérni, mint a talajhőmérséklet. Magától nem lesz ennél melegebb a folyadék, kell még egy kompressziós kör ahhoz, hogy a fűtési hőmérséklet kialakuljon. A talajszondák hőbegyűjtő körének cirkulációja viszont nagy valószínűséggel megoldható ilyen módon, csak esetleg nem elég gyors. Ellenben automata, nem kell hozzányúlni, s az olaj a korrózió ellen is véd.
Nem tudok róla, hogy itthon valaki ezzel foglalkozna. Elég sok hőszivattyús hirdetést átnéztem, de most hallok erről először.

lavinia 2011.03.09. 12:03:48

Ha elérünk egy bizonyos mélységet a talajban, ahol a hőmérséklet kb.80C, és a vezeték hőszigetelése olyan jó, hogy nagyon kevés a hőveszteség, akkor elképzelhető lenne egy 'öncirkulációs' rendszer?

Gazz 2011.03.09. 12:17:08

@lavinia: Igen. De az kb. 1000 méter mélyen van. százmilliókba kerül odáig lefúrni.
Egerszalókon kb 400 méter mélyre kell fúrni.
Harkány ilyen szempontból a legjobb, olvastam régebben, hogy ott már harminc méteres mélységben melegvíz van.

lavinia 2011.03.09. 14:07:29

Egy kb 5000-nél nagyobb lélekszámú település esetén nem lenne kifizetődő?
Amúgy köszönöm a türelmes válaszokat a kérdéseimre.

Gazz 2011.03.09. 14:18:25

@lavinia: Ahhoz sajnos kevés egy kút, több kell. Másrészt azt is figyelni kell, hogy mekkora a lenti kőzet hővezető képessége. Ha alacsony, akkor a kút közvetlen közelében kihűl a talaj a hőcsapolás miatt, és a hőutánpótlás lassú csak, ergó nem lehet folyamatosan működtetni. Ha lenn vizes közeg van, az jó, mert az jól vezeti a hőt, de akkor is több kút kell.
Két kúttal akkor lehet megúszni, ha bőséges hozamú termálvíz tör fel. Akkor azzal annyi a teendő hogy felhozzuk, keringetjük a távfűtő rendszerben, a visszatérő még langyos víz maradék hőtartalmát hőszivattyúval hasznosítjuk további házak fűtésére. (Az energiaszorzó ebben az esetben akár 7-8szoros is lehet, ami azt jelenti, hogy egy kilowattóra villanyenergiával 8 kilowattóra hőt tudunk termelni. Sima talajvíz esetén a szorzó a legjobb rendszerekben 5.) Célszerű a langyos vizet kettéválasztani, egyik feléből hőt kivenni, amivel a másik felét vissza lehet melegíteni használható hőmérsékletre. Végül a már kihűlt vizet vissza kell sajtolni a másik kútba.

fchris82 2013.10.25. 10:46:24

Erre a bejegyzésre csak most találtam rá. Lenne néhány észrevételem. Mind a szilárd/folyadék fázisátmenetnél, mind pedig a oldáshősnél probléma lehet, hogy mikor a hőt veszed ki a rendszerből, a hőátadó felület mentén kezd hűlni a rendszer, ezért ott fog megindulni a kristályosodás, vagy az anyag megszilárdulása, ami utána hőszigetelni fog. Pont úgy, mint amikor a fagyasztóban elkezd kiválni a jég. Ezt a problémát pedig vagy a hőtároló közeg rendszeres cirkulációjával vagy pedig más módon, de kezelni kell (ultrahangos rezegtetés?) Mondjuk megoldás lehet az is, ha a kívánt tartományban a kiváló anyag folyadék halmazállapotú.

Azt sem szabad elfelejteni, ha lassan vonsz ki hőt, akkor az oldat túltelítetté válhat, míg egyszer csak hirtelen indul meg a kiválás, kristályképződés, egyszerre nagyon sok hőt leadva.

Hiányoltam a hőszigetelés kérdését, amivel nagyban befolyásolható, hogy mennyi hőre van szükség összesen, vagy éppen az, hogy pont hőszivattyúval a 40-100 fokos tartomány lehet akár 10-100 fokos is.

fchris82 2013.10.25. 11:06:30

A nátrium acetát nem olvad meg, 324 fokon elbomlik. Nem az oldatára gondolsz és az oldáshőjére? Ezt használják a pattintgatós tasakokban hőtárolásra. Forró vízbe rakva feloldódik, majd lassú hűtés hatására az oldat túltelített lesz, amiben hanghatásra beindítható a kristályosodás. De az meg megint olyan, hogy egyszerre ad le nagyon sok hőt.

Gazz 2013.10.25. 11:08:41

@fchris82: De, az oldatára gondoltam. Ha egyszerre ad le sok hőt, viszont azt nem veszem ki a rendszerből, akkor feltételezésem szerint visszaoldódik egy része.

kubikos1 2017.01.06. 00:18:36

A méret a lényeg: itt (www.dlsc.ca/reports/JUL2015/Goundbreaking_Solar_Case_Study.pdf) 52 ház közösen őrzi a nyári hőt. Községi méretekben még gazdaságosabb lehet.

Gazz 2018.05.08. 20:10:25

@Krumpli Bogart: Jól hangzik, de valójában - mivel a bomlás nem teljes, vagyis nem víz és széndioxid a végtermék - jóval kevesebb hőt termel, mintha ugyanazt a szerves anyagot elégetnénk. Ezért jőval nagyobb méretekre van belőle szükség.
süti beállítások módosítása