Дослідження теплофізичних характеристик теплоакумулюючого матеріалу на основі декагідрату сульфату натрію в умовах багаторазового термоциклювання

Анотація

Декагідрат сульфату натрію завдяки здатності накопичувати значну кількість теплової енергії є один з найбільш перспективних матеріалів для застосування у теплових акумуляторах. Однак схильність до переохолодження та інконгруентне плавлення заважає повною мірою реалізувати його можливості. Для усунення недоліків пропонуються різні домішки, але комплексне вирішення цієї проблеми вимагає теоретичного та експериментального дослідження його теплофізичних властивостей при багаторазових фазових переходах. В даній роботі досліджені теплофізичні властивості теплоакумулюючого матеріалу на основі глауберової солі з різною кількістю принципово відрізняючихся за характером впливу домішок. Показано, що збільшення вмісту бури до 3% мас. забезпечує більшу стабільність температури фазового переходу. В результаті досліджень встановлені оптимальна кількість добавок, запобігаючих сегрегації,:  SiO2  - 6%, а КМЦ – 2%. Виявлено, що після 16 термоциклів найкраща ефективність акумулювання та віддачі тепла у теплоакумулючому матеріалі з 2% КМЦ: 97-98% від початкової. Проведена апробація теплоакумулюючого матеріалу з 2% КМЦ в реальних умовах в порівнянні з водяним акумулятором і зроблені оціночні розрахунки необхідної кількості глауберової солі для підвищення температури повітря у приміщенні на 10˚ С. 

Sodium sulphate decahydrate is one of the most promising materials for use in thermal storage due to its ability to store significant amounts of thermal energy. However, its tendency to overcool and incongruent melting prevents it from fully realising its potential. Various additives have been proposed to overcome the drawbacks, but a comprehensive solution to this problem requires theoretical and experimental study of its thermophysical properties under multiple phase transitions. In this work, the thermal properties of a heat storage material based on glauber's salt with different amounts of impurities that are fundamentally different in nature of their influence are investigated. It is shown that an increase in the borax content to 3% by weight provides greater stability of the phase transition temperature. As a result of the research, the optimal amount of additives preventing segregation was determined: SiO2 - 6%, and CMC - 2%. It was found that after 16 thermal cycles, the heat storage material with 2% CMC has the best efficiency of heat accumulation and transfer: 97-98% of the initial one. The heat storage material with 2% CMC was tested in real conditions in comparison with a water accumulator and the required amount of Glauber's salt to increase the air temperature in the room by 10˚ C was estimated.