Research of dynamic characteristics for electric thermal storage
An important stage in the research of thermal processes in the solid heat storage elements of electric thermal storage (ETS) is to carry out experimental researches. Experimental researcheswere carried out in 2 phases: with thermal storage elements of magnesite with air channels of a re...
Gespeichert in:
| Datum: | 2016 |
|---|---|
| Автори та афіліації: |
|
| Ключові слова: | keywords |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2016
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/116 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871102967791222784 |
|---|---|
| author | Khimenko, A. |
| author_facet | Khimenko, A. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "A. Khimenko",
"institution": "Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine"
}
] |
| author_sort | Khimenko, A. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:10Z |
| description | An important stage in the research of thermal processes in the solid heat storage elements of electric thermal storage (ETS) is to carry out experimental researches. Experimental researcheswere carried out in 2 phases: with thermal storage elements of magnesite with air channels of a rectangular cross-section, and also with the thermal storage elements of chamotte with roundsection channels. Changing the temperature at selected points of thermal storage elements and of the ETS during the charge period and the heat output was recorded using a thermocouple chromel-alumel. The obtained experimental data were analyzedand compared with the results of computational researches. The marked feature of the dynamics of heating and cooling the thermal storage elements of chamotte and magnesite. To improve thedynamic characteristics of ETS possible combined use of thermal storage materials are considered. |
| first_indexed | 2025-07-17T11:36:41Z |
| format | Article |
| fulltext |
КОМПЛЕКСНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ НВДЕ ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 2 22
УДК 536.24:697.278
А.В.Хименко (Институт возобновляемой энергетики НАН Украины, Киев)
Исследование динамических характеристик электротепловых аккумуляторов
Проведены экспериментальные исследования динамических характеристик электротеплового аккумулятора (ЭТА). В ходе
эксперимента исследовались теплоаккумулирующие элементы из магнезита и шамота с воздушными каналами прямо-
угольного и круглого сечения. Получено распределение температуры в теплоаккумулирующих элементах, тепловой изоля-
ции в течение периода заряда и отдачи теплоты ЭТА. Также получены данные об изменении температуры воздуха в кана-
лах теплоаккумулирующих элементов и на выходе из ЭТА за полный цикл его работы. Проведен анализ и сравнение полу-
ченных экспериментальных данных. Библ. 4, рис. 2.
Ключевые слова: электротепловой аккумулятор, теплоаккумулирующий элемент, режим заряда и отдачи теплоты, экс-
периментальные исследования динамики тепловых процессов, распределение температурных полей.
ORCID 0000-0003-2612-969X
Постановка задачи. Для широкого внедре-
ния электротепловых аккумуляторов (ЭТА) в ка-
честве систем отопления как альтернативы газо-
вому отоплению необходимы комплексные ис-
следования, которые включают в себя как расчет-
ные, так и экспериментальные исследования теп-
ловых процессов в ЭТА в течение периода заряда
(нагрева) и отдачи теплоты. Подобные исследова-
ния проводятся для выявления факторов, которые
оказывают влияние на характер и динамику нагре-
ва и охлаждения теплоаккумулирующих элемен-
тов, с целью повышения динамических характери-
стик ЭТА в режиме заряда и отдачи теплоты.
В работах [1, 2] представлены результаты
численного моделирования теплообменных про-
цессов, которые протекают в теплоаккумули-
рующих элементах в режиме заряда и отдачи теп-
лоты. В этих работах рассматривались различные
схемы теплоаккумулирующих элементов, а также
смоделирован процесс нагрева и охлаждения этих
элементов для трех видов теплоаккумулирующе-
го материала [3].
Целью данной работы является проведение
экспериментальных исследований динамических
характеристик ЭТА для подтверждения данных,
полученных в результате численного моделиро-
вания теплообменных процессов в ЭТА.
Экспериментальные исследования проводи-
лись в 2 этапа: на первом этапе исследовались
динамические характеристики теплоаккумули-
рующих элементов из магнезита с прямоугольны-
ми воздушными каналами, а на втором – теплоак-
кумулирующие элементы из шамота с круглыми
воздушными каналами. На первом этапе экспери-
мента выход нагретого воздуха из ЭТА осуществ-
лялся из нижней его части, а на втором – из верхней
части ЭТА. Замеры температур проводились тер-
мопарами хромель-алюмель (ТХА) в керамической
оболочке с диапазоном измерений от минус 50°С до
1300°С. В зонах с высокими температурами термо-
пары укладывались в чехле из термостойкой ткани.
Схемы экспериментальной установки для 2-х эта-
пов эксперимента, а также места установки термо-
пар показаны на рис. 1, где:
Т1 – измерение температуры в стенке канала
теплоаккумулирующего элемента в нижней и
верхней зоне ЭТА;
Т2 – измерение температуры нагреваемого
воздуха в нижней и верхней зоне ЭТА;
Т3 – измерение температуры нагретого воз-
духа на выходе из ЭТА;
Т4 – измерение температуры на поверхности
корпуса ЭТА;
Т5 – измерение температуры в толще тепло-
аккумулирующего элемента ЭТА;
Т6 – измерение температуры в толще тепло-
вой изоляции в нижней и верхней зоне.
© А.В. Хименко, 2016
КОМПЛЕКСНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ НВДЕ ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 2 23
а
б
в
Рис. 1. Схема проведения эксперимента по исследованию динамических характеристик теплоаккумулирующих
элементов ЭТА: а, б – схема ЭТА с теплоаккумулирующими элементами с прямоугольными воздушными каналами
(стандартная конструкция) и с каналами круглого сечения с указанием мест установки термопар ТХА; в – места установки
термопар ТХА в теплоаккумулирующих элементах в нижней и верхней зоне ЭТА.
КОМПЛЕКСНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ НВДЕ ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 2 24
На рис. 2 представлены результаты экспериментальных исследований.
0
100
200
300
400
500
600
700
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Время τ, ч
Т
ск
, °
С
Тск1_н Тск1_в Тск2_н Тск2_в
А
0
100
200
300
400
500
600
700
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Время τ, ч
Т
в_
ск
, °
С
Тв_ск1_в Тв_ск2_н Тв_ск2_в Тв_ск1_н
б
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Время τ, ч
Т
, °
С
Тиз_н Тиз_в Тс1 Твых
в
0
100
200
300
400
500
600
700
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Время τ, ч
Т
ск
, °
С
Тск1_н Тск1_в Тск2_н Тск2_в
г
КОМПЛЕКСНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ НВДЕ ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 2 25
0
100
200
300
400
500
600
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Время τ, ч
Т
в_
ск
, °
С
Тв_ск1_н Тв_ск1_в Тв_ск2_н Тв_ск2_в
д
Рис. 2. Результаты экспериментальных исследований: а, г – изменение температуры Тск в стенке канала теплоаккуму-
лирующих элементов с каналами прямоугольного сечения и с каналами круглого сечения соответственно в нижней и верх-
ней зоне в течение периода заряда и отдачи теплоты; б, д – изменение температуры нагреваемого воздуха в канале Тв_ск в
теплоаккумулирующих элементах с каналами прямоугольного сечения и с каналами круглого сечения соответственно в
нижней и верхней зоне в течение периода заряда и отдачи теплоты; в – изменение температуры тепловой изоляции Тиз в
нижней и верхней зоне, на поверхности корпуса Тс1 и нагретого воздуха на выходе из ЭТА Твых .
Результаты. На основании анализа получен-
ных экспериментальных данных можно отметить
следующее:
1. Наблюдается резкое падение температур
Тск1_н и Tв_ск1_н в режиме отдачи теплоты (рис. 2 а, 2
б соответственно). Таким образом, имеет место не-
равномерное распределение температурных полей
между воздушными каналами теплоаккумулирую-
щих элементов из магнезита в нижней зоне ЭТА.
2. Имеет место равномерный нагрев и охлаж-
дение теплоаккумулирующих элементов из шамота
(рис. 2 г).
3. Установлено, что температура тепловой изо-
ляции в нижней зоне Тиз_н в режиме нагрева выше,
чем в верхней зоне Тиз_в, а в режиме охлаждения по
истечении 3 часов темп охлаждения тепловой изо-
ляции верхней зоны становится менее интенсив-
ным, чем в нижней зоне и, как следствие, выше
температура тепловой изоляции имеет место уже в
верхней зоне (рис. 2 в).
4. Температура воздуха на выходе из ЭТА Твых
резко повышается сразу после окончания периода
нагрева и включения вентилятора со 180°С до
300°С. В дальнейшем в течение периода отдачи
теплоты наблюдается равномерное ее снижение
(рис. 2 в).
5. Температура поверхности корпуса ЭТА Тс1
практически постоянна в течение периода отдачи
теплоты, а в режиме заряда резко возрастает с 30°С
до 70°С (рис. 2 в).
6. Температура нагреваемого воздуха Тв_ск
в каналах теплоаккумулирующих элементов из
магнезита в течение периода нагрева выше, чем
аналогичный параметр у шамотных элементов,
т.е. температурные напоры между температурой
стенки воздушных каналов Тск и температурой
нагреваемого воздуха Тв_ск в каналах теплоакку-
мулирующих элементов из магнезита заметно
ниже (рис. 2 а, 2 б), чем у элементов из шамота
(рис. 2 г, 2 д).
7. В момент включения вентилятора сразу по-
сле окончания режима заряда ЭТА наблюдается
кратковременный скачок температуры Тв_ск2 в ниж-
ней и верхней зоне ЭТА с шамотными элементами
примерно на 100°С (рис. 2 д).
Выводы. В результате проведенных экспери-
ментальных исследований динамических характе-
ристик ЭТА получены данные о распределении
температур в теплоаккумулирующих элементах из
магнезита и шамота в течение периода заряда и
отдачи теплоты, а также значения температуры
воздуха в каналах теплоаккумулирующих элемен-
тов и на выходе из ЭТА и распределение темпера-
туры в толще тепловой изоляции ЭТА. Проанали-
зировав полученные распределения температур Тск
в стенке каналов теплоаккумулирующих элемен-
тов, можно сделать вывод о том, что темп нагрева
теплоаккумулирующих элементов из шамота не-
много выше, чем у элементов из магнезита. В ре-
жиме отдачи теплоты темп охлаждения значитель-
но выше у шамотных элементов в сравнении с бо-
лее низким темпом охлаждения магнезитовых теп-
лоаккумулирующих элементов. Этот эффект объ-
КОМПЛЕКСНІ ЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ НВДЕ ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 2 26
ясняется обратной зависимостью изменения коэф-
фициента теплопроводности магнезита от темпера-
туры, тогда как у шамота изменение коэффициента
теплопроводности прямо пропорционально росту
температуры [4]. Отмеченные особенности дина-
мики нагрева и охлаждения теплоаккумулирующих
элементов прослеживаются и в результатах расчет-
ных исследований [1, 3], которые качественно со-
гласуются с данными экспериментальных исследо-
ваний, выполненных в данной работе, с расхожде-
нием порядка 10%.
1. Тарасова В.А. Выбор рациональных геометрических
параметров элемента электрического теплового аккумулятора
[Текст] / В.А. Тарасова, А.В. Хименко // Вісник НТУ "ХПІ".
Серія: Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування. –
Х.: НТУ "ХПІ", 2013. – № 13(987). – С. 110–115. – Бібліогр.:
8 назв. – ISSN 2078–774Х.
2. Хименко А.В. Оценка и анализ тепловых параметров
твердых теплоаккумулирующих элементов в режиме заряда
и отдачи тепла электрического теплового аккумулятора
[Текст] / А.В. Хименко // Вісник НТУ "ХПІ". Серія: Енерге-
тичні та теплотехнічні процеси й устаткування. – Х.: НТУ
"ХПІ", 2014. – № 13(1056). – С.156-161. – Бібліогр.: 7 назв. –
ISSN 2078-774Х.
3. Хименко А.В. Эффективность применения теплоакку-
мулирующих материалов в электрических тепловых аккумуля-
торах [Текст] / А.В. Хименко // Стратегия качества в промыш-
ленности и образовании: тезисы доклада IX Международной
научно-практической конференции, Болгария, 31 мая – 7 июня.
– Варна, 2013. – С. 219–223.
4. Промышленные печи [Текст]: справ. руководство для
расчетов и проектирования / Е.И. Казанцев. – 2-е изд. доп. и
перераб. – М.: Металлургия, 1975. – 368 с.
REFERENCES
1. Tarasova V.A. The choice of rational geometrical
parameters of electric heat storage [Text] / V.A. Tarasova, A.V.
Khimenko // Visnyk NTU "KhPI". Seriia: Enerhetychni ta
teplotekhnichni protsesy y ustatkuvannia. – Kh.: NTU "KhPI",
2013. – № 13(987). – Pp. 110-115. Bibliography: 8 issues. –
ISSN 2078-774Х. (Rus)
2. Khimenko A.V. Evaluation and analysis of thermal
parameters of solid heat storage elements in the charge mode and
heat return from the electric thermal storage [Text] /
A.V. Khimenko // Visnyk NTU "KhPI". Seriia: Enerhetychni ta
teplotekhnichni protsesy y ustatkuvannia. – Kh.: NTU "KhPI",
2014. – № 13(1056). – Pp. 156-161. – Bibliography: 7 issues. –
ISSN 2078-774Х. (Rus)
3. Khimenko A.V. The effectiveness of heat storage
materials in electrical thermal storage [Text] / A.V. Khimenko //
Strategy of quality in industry and education: Proceedings of the
IX scientific and practical conference, Bulgaria, 31 May –
7 June. – Varna, 2013. – Pp. 219–223. (Rus)
4. Industrial furnaces [Text]: Reference manual for calcula-
tions and design / Ye.I. Kazantsev. – 2-e izd. dop. i pererab.
– М.: Metallurgiya, 1975. – 368 p. (Rus)
А.В.Хіменко (Інститут відновлюваної енергетики НАН
України, Київ)
Исследование динамических характеристик электротеп-
ловых аккумуляторов
Проведено експериментальні дослідження динамічних хара-
ктеристик електротеплового акумулятора (ЕТА). В ході
експерименту досліджувалися теплоакумулюючі елементи з
магнезиту і шамоту з повітряними каналами прямокутного
і круглого перетину. Отримано розподіл температури в
теплоаккумулюючих елементах, тепловій ізоляції протягом
періоду заряду і віддачі теплоти ЕТА. Також отримані дані
про зміну температури повітря в каналах теплоаккумулю-
ючих елементів і на виході з ЕТА за повний цикл його робо-
ти. Проведено аналіз і порівняння отриманих експеримен-
тальних даних. Бібл. 4, рис. 2.
Ключові слова: електротепловий акумулятор, теплоакуму-
люючий елемент, режим заряду і віддачі теплоти, експери-
ментальні дослідження динаміки теплових процесів, розпо-
діл температурних полів.
Khimenko A.V., (Institute of Renewable Energy, NAS of
Ukraine)
Research of dynamic characteristics for electric thermal
storage
Conducted experimental researches of dynamic characteristics of
electric thermal storage (ETS). In the experiment studied the heat
storage elements of magnesite and chamotte with air channels of
rectangular and circular cross-section. Obtained distribution of
temperature in heat storage elements, thermal insulation during the
charge period and heat output ETS. Also, obtained data about the
change of air temperature in the channels of heat storage elements
and at the outlet of ETS over a complete cycle of its operation. Con-
ducted the analysis and comparison of the obtained experimental
data. References 4, figures 2.
Keywords: electric thermal storage, heat storage element, the
charge mode and the heat output, experimental researches of dy-
namic thermal processes, the distribution of temperature fields.
SYNOPSES
An important stage in the research of thermal processes in
the solid heat storage elements of electric thermal storage (ETS)
is to carry out experimental researches. Experimental researches
were carried out in 2 phases: with thermal storage elements of
magnesite with air channels of rectangular cross section, and
also with the thermal storage elements of chamotte with round
section channels. Changing the temperature at selected points of
thermal storage elements and of the ETS during the charge pe-
riod and the heat output was recorded using a thermocouple
chromel-alumel. The obtained experimental data were analyzed
and compared with the results of computational researches.
Marked feature of the dynamics of heating and cooling the ther-
mal storage elements of chamotte and magnesite. To improve the
dynamic characteristics of ETS possible combined use of ther-
mal storage materials are considered.
Стаття надійшла до редакції 10.05.16
Остаточна версія 08.06.16
|
| id | veorgua-article-116 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Russian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:00:43Z |
| publishDate | 2016 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/58/42d0c3b51e60d76ea63e45289a06c758.pdf |
| spelling | veorgua-article-1162026-07-18T06:32:10Z Research of dynamic characteristics for electric thermal storage Исследование динамических характеристик электротепловых аккумуляторов Дослідження динамічних характеристик електротеплових акумуляторів Khimenko, A. electric thermal storage heat storage element the charge mode and the heat output experimental researches of dynamic thermal processes the distribution of temperature fields електротепловий акумулятор теплоакумулюючий елемент режим заряду і віддачі теплоти експериментальні дослідження динаміки теплових процесів розподіл температурних полів электротепловой аккумулятор теплоаккумулирующий элемент режим заряда и отдачи теплоты экспериментальные исследования динамики тепловых процессов распределение температурных полей An important stage in the research of thermal processes in the solid heat storage elements of electric thermal storage (ETS) is to carry out experimental researches. Experimental researcheswere carried out in 2 phases: with thermal storage elements of magnesite with air channels of a rectangular cross-section, and also with the thermal storage elements of chamotte with roundsection channels. Changing the temperature at selected points of thermal storage elements and of the ETS during the charge period and the heat output was recorded using a thermocouple chromel-alumel. The obtained experimental data were analyzedand compared with the results of computational researches. The marked feature of the dynamics of heating and cooling the thermal storage elements of chamotte and magnesite. To improve thedynamic characteristics of ETS possible combined use of thermal storage materials are considered. Проведены экспериментальные исследования динамических характеристик электротеплового аккумулятора (ЭТА). В ходе эксперимента исследовались теплоаккумулирующие элементы из магнезита и шамота с воздушными каналами прямоугольного и круглого сечения. Получено распределение температуры в теплоаккумулирующих элементах, тепловой изоляции в течение периода заряда и отдачи теплоты ЭТА. Также получены данные об изменении температуры воздуха в кана-лах теплоаккумулирующих элементов и на выходе из ЭТА за полный цикл его работы. Проведен анализ и сравнение полученных экспериментальных данных. Проведено експериментальні дослідження динамічних характеристик електротеплового акумулятора (ЕТА). В ході експерименту досліджувалися теплоакумулюючі елементи змагнезиту і шамоту з повітряними каналами прямокутного і круглого перетину. Отримано розподіл температури в теплоаккумулюючих елементах, тепловій ізоляції протягомперіоду заряду і віддачі теплоти ЕТА. Також отримані дані про зміну температури повітря в каналах теплоаккумулюючих елементів і на виході з ЕТА за повний цикл його роботи. Проведено аналіз і порівняння отриманих експериментальних даних. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2016-06-23 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/116 Vidnovluvana energetika ; No. 2 (45) (2016): Scientific and Applied Journal Vidnovluvana energetika; 22-26 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 2 (45) (2016): Научно-прикладной журнал Возобновляемая энергетика; 22-26 Відновлювана енергетика; № 2 (45) (2016): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 22-26 2664-8172 1819-8058 ru https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/116/72 Copyright (c) 2016 A. Khimenko https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | electric thermal storage heat storage element the charge mode and the heat output experimental researches of dynamic thermal processes the distribution of temperature fields Khimenko, A. Research of dynamic characteristics for electric thermal storage |
| title | Research of dynamic characteristics for electric thermal storage |
| title_alt | Исследование динамических характеристик электротепловых аккумуляторов Дослідження динамічних характеристик електротеплових акумуляторів |
| title_full | Research of dynamic characteristics for electric thermal storage |
| title_fullStr | Research of dynamic characteristics for electric thermal storage |
| title_full_unstemmed | Research of dynamic characteristics for electric thermal storage |
| title_short | Research of dynamic characteristics for electric thermal storage |
| title_sort | research of dynamic characteristics for electric thermal storage |
| topic | electric thermal storage heat storage element the charge mode and the heat output experimental researches of dynamic thermal processes the distribution of temperature fields |
| topic_facet | electric thermal storage heat storage element the charge mode and the heat output experimental researches of dynamic thermal processes the distribution of temperature fields електротепловий акумулятор теплоакумулюючий елемент режим заряду і віддачі теплоти експериментальні дослідження динаміки теплових процесів розподіл температурних полів электротепловой аккумулятор теплоаккумулирующий элемент режим заряда и отдачи теплоты экспериментальные исследования динамики тепловых процессов распределение температурных полей |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/116 |
| work_keys_str_mv | AT khimenkoa researchofdynamiccharacteristicsforelectricthermalstorage AT khimenkoa issledovaniedinamičeskihharakteristikélektroteplovyhakkumulâtorov AT khimenkoa doslídžennâdinamíčnihharakteristikelektroteplovihakumulâtorív |