Сегодня - 18.09.2019

Солнце про запас

24 апреля 2019

Ученые ФИЦ «Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН» участвуют в создании установки SWS-HEATING (СCВ-отопление), которая будет накапливать солнечное тепло летом для того, чтобы обогревать с его помощью здание зимой. Использовать ее планируется в небольших домах в Европе (в том числе и северной). Новосибирские исследователи разрабатывают для этой установки один из основных компонентов — селективные сорбенты воды.

Проект SWS-HEATING, в который вошли представители многих европейских научных организаций, получил грант Европейского Союза «Горизонт 2020». SWS-HEATING в значительной степени построен на использовании разработанных в Институте катализа СО РАН новых селективных сорбентов воды (СCВ или Selective Water Sorbents, SWS). Российские исследования для этого проекта возглавляет руководитель группы энергоаккумулирующих процессов и материалов ИК СО РАН доктор химических наук Юрий Иванович Аристов.
 

«Горизонт 2020» — крупнейшая в истории Европейского Союза программа по исследованиям и инновациям с бюджетом около 80 миллиардов евро, рассчитанная на семь лет (с 2014 по 2020 г.). Она должна поспособствовать увеличению числа инновационных технологий, открытий и перспективных разработок путем продвижения идей из научных лабораторий на рынок.

 
«Селективные сорбенты воды — это композитные адсорбенты, состоящие из пористой матрицы, внутрь пор которых помещена неорганическая соль, способная взаимодействовать с парами. В качестве матрицы могут использоваться обычные пористые адсорбенты, такие как силикагель, оксид алюминия, природные пористые материалы, — рассказывает ведущий научный сотрудник ИК СО РАН доктор химических наук Лариса Геннадьевна Гордеева. — Летом солнечное тепло используется для того, чтобы высушить такой адсорбент, то есть десорбировать с него пары воды. Если появляется потребность в тепле, мы соединяем сухой адсорбент с испарителем, в котором находится рабочая жидкость (например, вода), и происходит обратный процесс, адсорбция, при этом выделяется теплота, которую можно использовать для обогрева».
 
Установка будет работать следующим образом: сначала солнечное тепло собирается с помощью коллекторов (стеклянных трубок, внутри которых течет теплоноситель), а затем делится на три части. Первая применяется для нагрева воды (до 60 °C) для мытья и бытовых нужд, вторая идет на то, чтобы «зарядить» накопитель, то есть регенерировать адсорбент, а третья отправляется в тепловой буфер, который позволяет осуществлять перераспределение между первыми двумя системами. Например, если в данный момент горячая вода в доме не используется, а емкость с ней уже полностью нагрета, то через буфер можно передать тепло в запасающую часть. Накопитель позволит хранить его долгое время, обеспечивая нагрев дома в зимний период.
 
 
Для запуска процесса адсорбции (отдачи тепла) адсорбент соединяют с испарителем. Здесь важно, чтобы в испарителе была плюсовая температура, хотя бы 3—5 °C. Если на улице температура отрицательная, то его необходимо подогреть. Предполагается осуществлять это с помощью тех же солнечных коллекторов. Именно поэтому SWS-HEATING не подходит для использования в Сибири и большинстве других регионов России, однако в Европе для этой установки очень благоприятные условия. Предполагается, что с помощью подобных систем можно будет обеспечивать порядка 60 % тепловой энергии, требующейся небольшому частному дому на севере Европы, и около 80 % — на юге.
 
Ученые рассматривают два варианта отопления дома по технологии SWS-HEATING: теплый пол (35 °C, для Европы такой температуры достаточно) и батареи с горячей водой (55 °C). Планируется сконструировать и протестировать установку на 500 килограммов адсорбента. 
 

Батареи в домах в России обогреваются теплоносителем температурой 70—100 °C.

 
В SWS-HEATING участвуют 16 организаций — как университеты, научно-исследовательские институты, так и производственные компании, они отвечают за изготовление блоков, из которых будет состоять установка. Координатор проекта профессор Сотириос Кареллас работает в Греции, в Афинском национальном техническом университете. За синтез и исследование свойств адсорбента помимо ИК СО РАН отвечает также Институт передовых энергетических технологий им. Н. Джордано в Италии. 
 
«Сейчас готовность технологии оценивают на уровень TRL3 (TRL — это европейская методика оценки уровня готовности технологий к внедрению на рынок) — доказанная концепция, основная возможность реализации которой продемонстрирована в лаборатории, на теоретическом и экспериментальном уровнях. То есть мы синтезировали эти адсорбенты в пробирках, изучили равновесие и кинетику адсорбции паров воды на них и другие свойства, показали, что они характеризуются высокой энергозапасающей емкостью. В рамках проекта SWS-HEATING планируется довести прибор до уровня TRL5. А это уже технология, прошедшая тестирование в реальных условиях. Конечная цель проекта — создание установок, которые будут продаваться на рынке и которые можно инсталлировать в уже существующие дома», — говорит Лариса Гордеева.
 
Сейчас стоит задача создать прототип для обогрева специального модельного здания — не жилого, но имитирующего по своим параметрам обычный дом на одну-две семьи. На этом прототипе планируется проверить работу солнечных коллекторов, теплообменников, сорбентов, программного обеспечения, которое будет осуществлять автоматизированное управление системой. Протестируют технологию SWS-HEATING в двух городах: в Регенсбурге на севере Германии и в Стокгольме (Швеция). Кроме того, планируется провести анализ и подобрать адсорбенты для Мадрида (Испания).
 
Одним из преимуществ селективных адсорбентов воды является относительно невысокая цена. Их можно синтезировать на основе очень дешевых природных материалов, таких как расширенный вермикулит. Он обладает большим пористым пространством и при этом характеризуется высокой емкостью. Соли, которыми будут наполнять адсорбенты, также по стоимости недорогие. По сегодняшним оценкам, цена адсорбентов в Европе будет порядка пяти евро за килограмм. Емкость запасания теплоты: 1,1 — 1,3 ГДж на метр кубический. 
 

За счет теплоты, запасенной в кубометре адсорбента, можно нагреть до кипения три тысячи чайников по литру воды.

 
«Мы провели несколько десятков циклов адсорбции — десорбции и не увидели никаких изменений ни в структуре адсорбентов, ни в их адсорбционных свойствах. В проекте целевой показатель — тысяча циклов, это более 50 лет службы»,— комментирует Лариса Гордеева.
 
Проект рассчитан на четыре года, сейчас заканчивается первый. Планируется, что к 2030 году, после того как будет достигнут уровень TRL-5, эти установки можно будет продавать тысячами или даже десятками тысяч единиц в год. 
 
Диана Хомякова
 
Иллюстрация Анастасии Голышевой
 
Ваша оценка: Нет Средняя: 3 (1 vote)
Поделись с друзьями: 
 

comments powered by HyperComments

Система Orphus