Streszczenie: W pracy przedstawiono badania współczynnika przejmowania ciepła dla wymiennika.
W tym celu wykorzystano skraplacz chłodziarki zanurzony w parafinie stanowiącej materiał zmiennofazowy możliwy do wykorzystania podczas procesu magazynowania energii solarnej. Podczas eksperymentu pole temperatury na zewnętrznej powierzchni wymiennika rejestrowano kamerą termowizyjną. Na podstawie uzyskanych wyników, przedstawiających temperatury na powierzchniach żeber, dla przykładowo wybranego elementu opracowano własną metodykę wyznaczania współczynnika przejmowania ciepła.
Korzystając z bilansu ciepła dla elementarnej objętości układu zbiornika wypełnionego PCM zamodelowano proces akumulacji ciepła w zasobniku. W tym celu wykorzystano zmierzone wartości współczynnika przejmowania ciepła. Do wykonania obliczeń zaproponowano model matematyczny oraz własny algorytm obliczeniowy zaprogramowany w środowisku Matlab. Zastosowana metodologia pozwala na odpowiednie sterowanie procesem ładowania oraz rozładowania zasobnika solarnego wypełnionego materiałem zmiennofazowym.
Dodatkowo dla okresu jesienno-zimowego i zimowo-wiosennego zaproponowano układ hybrydowy, w którym systemy odnawialnych źródeł energii stanowią pompa ciepła
z wymiennikiem gruntowym oraz kolektor słoneczny z akumulatorem energii w postaci substancji zmiennofazowej. Zasobnik solarny stanowi dodatkowe dolne źródło ciepła dla pompy ciepła. Przy takiej współpracy uzyskujemy efekt ekologiczny w postaci wyższej wartości współczynnika wydajności grzejnej pompy ciepła. Dodatkowo układ jest przedsięwzięciem opłacalnym, gdyż okres jego eksploatacji znacznie przewyższa obliczony prosty okres zwrotu nakładów.
Abstract: The paper presents heat transfer coefficient research on a heat exchanger. Therefore the refrigerator condenser was immersed inside paraffin that can be PCM applied during solar energy storage. During the experiment an infrared camera registered the temperature field on the outer surface of the heat exchanger. The results presented the temperature on the ribs surface. For the selected element the own methodology of heat transfer coefficient was determined.
Heat accumulation process inside the PCM tank was modelled using heat balance for elementary system volume. For that purpose measured heat transfer coefficient values were applied. The calculations were performed using mathematical modelling as well as own calculation algorithm developed in Matlab environment. The presented methodology enables the control of charging and discharging process of solar tank with Phase Change Material.
For the autumn-winter and winter-spring time the hybrid system was proposed with the renewable energy sources: ground source heat pump and solar collectors with PCM as energy accumulator. Solar tank is an additional lower heat source for a heat pump. Such a cooperation presents ecological effect, since the heat pump coefficient of performance is higher. What is more the system is economic, which was proved with the calculated simple payback period much shorter than the working time of the installation.
