Секція 1 товарознавство та ринок непродовольчих товарів теплоаккумулирующие материалы на основе фазовых превращений

В.Д. Александров, д.х.н., профессор

Д. П. Лойко*, профессор

В.А. Постников, к.х.н., доцент

С.А. Фролова, к.х.н., доцент

О.В. Соболь, к.х.н., доцент

А.Ю. Соболев, ассистент

В.В. Остапенко, аспирант

Донбасская национальная академия строительства и архитектуры, г. Макеевка

*Донецкий национальный университет экономики и торговли

имени  Михаила  Туган-Барановского, г. Донецк

Об эффективности использования теплоты фазового превращения кристаллогидратов свидетельствуют различные литературные сведения и изобретения. Так был разработан теплоаккумулирующий материал (ТАМ), позволяющий повысить теплоаккумулирующую способность и обеспечить автономное регулирование теплового режима здания. Стеновая панель здания включает наружную стенку, выполненную из светопрозрачного материала и заполненную глауберовой солью, которая выполняет роль защитного экрана, становясь то прозрачной для солнечных лучей при плавлении, то непрозрачной, и уменьшает теплопотери при кристаллизации.

ТАМ применяют и в электроаккумулирующих устройствах для отопительных систем, которые накапливают тепло ночью – в периоды сниженного тарифа на электроэнергию. Теплоаккумулирующие материалы используют в системах охлаждения радиоэлектронной аппаратуры в условиях периодической нагрузки. ТАМ применяют также для создания различных термостатирующих устройств, сосудов и устройств для сохранения пищи и жидкостей в горячем и холодном состояниях, в различных областях, где требуется аккумулирование тепловой энергии. Т.о., фазопереходные ТАМ плавящиеся в области от -20+60°С интересны для применения в системах отопления и охлаждения с использованием солнечной энергии, тепловых насосов и т.д.

Высокая плотность гидратов органических солей открывает возможность создания компактных изотермических аккумуляторов тепла. Проведенные в последнее время исследования позволяют надеяться на успешное решение таких проблем применения гидратов, как переохлаждение, устойчивость к многократному термоциклированию (1000 циклов и более) при сохранении высокой теплоаккумулирующей способности.

Для использования в качестве ТАМ к кристаллогидратам и их солям предъявляют следующие требования: соль должна быть доступна в больших количествах; соль должна быть сравнительно дешевой; фазовый переход кристаллогидрата должен обладать эффектом скрытой теплоты, т.е. соль при плавлении должна накапливать большое количество тепла; кристаллогидрат должен иметь незначительное переохлаждение при кристаллизации; кристаллогидрат должен обладать хорошей воспроизводимостью свойств на протяжении большого числа фазопереходных циклов без серьезного ухудшения эффекта скрытой теплоты; фазовый переход должен происходить вблизи реальной температуры плавления кристаллогидрата; приготовление кристаллогидрата для применения должно быть сравнительно простым; соль должна быть безвредной (нетоксичной, невоспламеняющейся, негорючей, некорродирующей); способ упаковки соли или ее кристаллогидрата в контейнер и материал контейнера должны обеспечивать наилучшие условия передачи тепла к соли и от нее.

На кафедре «Физики и физического материаловедения» нашей академии проводятся научные исследования синтеза кристаллогидратов тиосульфата, сульфата, сульфита, ацетата натрия, из собственной кристаллизационной воды и водных растворов, парафина и других соединений. Получены новые результаты, позволившие установить устойчивые параметры экзо- и эндотермических эффектов, области метастабильности переохлажденных растворов, зависимости параметров кристаллизации от термической предыстории растворов и других факторов. Планируется расширение класса изучаемых веществ и построение диаграмм состояния двойных и тройных кристаллогидратов, как надежный источник для создания ТАМ. Немаловажное значение для разработчиков ТАМ является изучение не только переохлаждений относительно линии ликвидус, но и относительно линии солидус, учет экзо – и эндотермических эффектов полиморфных превращений, эффектов гидратации и дегидратации и перехода от одного кристаллогидрата к другому одной и той же соли.

Для изучения особенностей поведения ТАМ в процессе плавления и кристаллизации в условиях, приближенным к реальным, а также определения оптимальных режимов эксплуатации предложена и реализована схема экспериментальной тепловой установки с теплоаккумулятором (рис.1).

а	б
Рисунок 1 - Экспериментальная тепловая установка с теплоаккумулятором: а – принципиальная схема, б – внешний вид

Разработки кафедры «Физики и физического материаловедения» ДонНАСА находят широкое применение в различных областях народного хозяйства и дают значительный экономический эффект.