Повышает эффективность батареи на 20 %: инженеры UST Inc. протестировали грунтовый аккумулятор тепла

В современном мире энергоэффективность становится ключевым трендом, охватывающим все отрасли – от строительства до промышленности. Одним из наиболее перспективных направлений считаются технологии сохранения тепла. Специалисты UST Inc. разработали лабораторный прототип и математическую модель грунтового аккумулятора тепла. Интеграция разработки в транспортно-инфраструктурные комплексы uST открывает новые возможности для создания экологичного и экономичного транспорта. 

Интеграция в комплексы uST

Грунтовый аккумулятор тепла функционирует благодаря способности почвы концентрировать и сохранять тепло. В землю или специальный резервуар помещают трубы, по которым циркулирует теплоноситель – вода или антифриз. Когда тепло в избытке, система накапливает его, а при необходимости – возвращает для обогрева.

Комплексы uST подходят для внедрения таких решений: вертикальные теплообменники грунтовых аккумуляторов можно размещать внутри опор или других элементов инфраструктуры. Модульная конструкция, прочность и долговечность комплексов делают их оптимальными для интеграции с подобными накопителями. Летом аккумулятор собирает избыточное тепло, а зимой – отдаёт его для отопления станций, технических помещений или близлежащих объектов.

Кроме того, такие системы можно использовать для предварительного прогрева аккумуляторов транспортных средств, что позволяет увеличить их ёмкость на 15–20 % при низких температурах. Это способствует снижению эксплуатационных расходов и уменьшению углеродного следа транспорта.

Особенности экспериментальной установки

В основе лабораторного образца – цилиндрический резервуар объёмом 180 л, заполненный песком. Для уменьшения теплопотерь контейнер снабжён многослойной теплоизоляцией: боковые стенки покрыты пенофолом, торцы – пенопластом.

Теплообмен осуществляется через U-образную трубку, расположенную вдоль вертикальной оси аккумулятора. Нагрев выполняется с помощью электрического бойлера, работающего по двум независимым контурам циркуляции.

Для мониторинга параметров по всему объёму аккумулятора размещена сеть из 50 температурных датчиков, установленных на пяти уровнях на разном расстоянии от нагревательного элемента. Такая система позволяет подробно отслеживать распределение температуры внутри устройства.

Факторы, влияющие на эффективность

В ходе экспериментов аккумулятор нагревался водой до температуры +42 °C. Это значение близко к тем, которые можно получить в реальных условиях без дополнительного подогрева. Инженеры исследовали различные режимы охлаждения (естественное и принудительное), а также анализировали теплопотери при температурных перепадах от +27 до +42 °C.

Ключевыми факторами, определяющими эффективность работы аккумулятора, оказались:

• физические свойства материала, из которого изготовлен аккумулятор;
• геометрические параметры (соотношение объёма и площади поверхности);
• качество теплоизоляции;
• характеристики потоков теплоносителя;
• продолжительность циклов зарядки и разрядки;
• время хранения тепла;
• конструкция нагревательных элементов.

Также выяснилось, что эффективность системы зависит от глубины залегания грунтовых вод: для сохранения высокой производительности сваи не должны доходить до уровня воды.

Большие перспективы  

Инженеры UST Inc. создали и подтвердили математическую модель установки. В дальнейшем это позволит проводить численные эксперименты и оптимизировать параметры аккумуляторов для различных комплексов.

Технологии накопления тепла в грунте открывают перспективы для кардинальной перестройки энергетического баланса. Включение этих инноваций в состав транспортной инфраструктуры uST позволяет решать логистические задачи, уменьшая финансовые издержки и экологическое воздействие по сравнению с традиционными видами транспорта.