Electric Thermal Storage, central heating systems, low-stack emission, storage heating
Abstrakt
Praca przedstawia koncepcję elektrycznego akumulacyjnego systemu ogrzewania budynków. System ten umożliwia wykorzystanie taniej energii elektrycznej i magazynowanie jej w postaci ciepła a następnie wykorzystywanie go do celów grzewczych przez 24 godziny na dobę. Proponowany układ składa się z elektrycznych elementów grzewczych, które są osadzone w złożu stałym. Złoże ogrzewane jest tanią energią elektryczną w godzinach dolin zapotrzebowania Krajowego Systemu Elektroenergetycznego.
Głównym celem niniejszej pracy było opracowanie i walidacja eksperymentalna modeli matematycznych pracy akumulatora ciepła o nowej konstrukcji nagrzewanego energią elektryczną. Opracowane procedury numeryczne pozwalają na wyznaczanie przebiegu temperatury powietrza opuszczającego złoże ogrzewacza akumulacyjnego w czasie, przy dobranych parametrach pracy układu, tj. natężenie przepływu powietrza w obiegu i wody w instalacji centralnego ogrzewania oraz ilości ciepła zakumulowanego w złożu.
Zaproponowane są dwa modele: model jednowymiarowy, w którym złoże traktowane jest jako medium porowate o skupionej pojemności cieplnej, i model dwuwymiarowy uwzględniający rozkład temperatur w elementach ceramicznych złoża i ściankach rur stalowych. Zapisane różniczkowe równania bilansu ciepła zostały rozwiązane za pomocą Metody Objętości Kontrolnych.
Zaproponowana instalacja ogrzewania wodnego z akumulatorem ciepła stanowi przyjazną dla środowiska alternatywę w stosunku do rozwiązań wykorzystujących paliwa konwencjonalne do celów grzewczych.
The thesis presents the concept of a sensible heat Electric Thermal Storage (ETS) system dedicated to household central heating. ETS is the technology of converting off-peak electricity into heat and using it in household heating 24 hours a day. An ETS system is comprised of electric heating elements which are embedded within a high-density solid matrix. Since the thermal energy is stored in the solid matrix during off-peak hours and is discharged during peak hours, it results in significant savings in the household heating cost.
A numerical model is developed to analyze the performance of the ETS unit, the central component of the presented system. The energy conservation equations for the solid matrix and air domains are formulated. Two models are proposed: one–dimensional lumped capacitance model where solid matrix is treated as a porous medium, and two–dimensional model that takes into account temperature distribution within the ceramic elements of the bed and steel tubes. The governing system of differential equations with boundary and initial conditions is solved using the Finite Volume Method. The developed model allows determining the air temperature at the outlet of the Electric Thermal Storage unit.
The proposed heating system meets the air quality requirements imposed by the environmental regulations and is an efficient and environmentally friendly heating systems for residential buildings.
