Energilagring i ackumulatortank.

Transkript

1 Umeå Universitet Tillämpad fysik och elektronik Anders Åstrand Laboration Energilagring i ackumulatortank. (Inom kursen Energilagringsteknik C 5p) Reviderad: AÅ AÅ

2 Inledning Ackumulatortanken som används i laborationen är en del i ett solvärmesystem med tre olika typer av solfångare. Värmet från solfångarna kan kylas bort med hjälp av en aerotemper eller lagras i ackumulatortanken, se bilaga 1. Det finns även möjlighet att samtidigt köra systemet som två separata system och då använda en elpatron för lagring i ackumulatortanken. Solvärmekretsen kyls då av aerotempern. Metod och utrustning I den här laborationen används en del av utrustningen i solvärmesystemet. Den del som används här visas i figur 1, för att få en uppfattning om dess del i det kompletta solvärmesystemet, se bilaga 1. Kallvatten Flödesmätare C2 Flödesmätare C4 Elpatron P3 RV50 AV52 AV49 AV51 Kylare AV53 AV 57 AV56 AV54 Svävkroppsmätare Flödesmätare C3 Kallvatten Figur 1 Den del av solvärmesystemet som används vid laddning av ackumulatortank med hjälp av en elpatron.

3 Reglering av flödet i systemet görs med RV50. Flödet kan direkt avläsas på en svävkroppsmätare i systemet. Flödet mäts även med pulsgivande flödesmätare, C4, som är kopplad till loggern. Flödesmätare C2 och C4 ger 5040 pulser/liter, C3 ger 5700 pulser/liter. För reglering av flödet vid kylning används kallvattenkranen och svävkroppsmätaren som sitter på väggen intill kranen. Flödet mäts och loggas via C2. Termoelement används för mätning av temperatur i olika punkter i ackumulatortanken Termoelementen är av typ T, vilka är tillverkade av koppar och konstantan. Dessa är kopplade till en datalogger. Hur de olika mätpunkterna är kopplade till loggern framgår av kabelschema, se bilaga 2. Värmebärarvätskan består av vatten blandat med 50 % etylenglykol vilken cirkuleras i systemet med hjälp av en cirkulationspump, P3, av typen Grundfos UPS Uppgifter om värmebärarvätskans specifika värmekapacitet finns i bilaga 3. Glykolblandningens densitet är 1060 kg/m 3. I tanken finns tre olika värmeväxlare som placerats på olika höjd från tankens botten. Det finns även möjlighet att lägga in horisontella stabilisatorer för att påverka skiktningen i tanken, se figur 2. För detta ändamål finns skivor av både vanlig respektive perforerad aluminiumplåt. 745 Centrumrör med termoelement varje 50 mm från botten, totalt 16 st mätpunkter VVX VVX VVX Figur 2 Invändiga mått i ackumulatortanken.

4 Utförande Laddning av tank och start av mätning: Om ni har valt att använda stabilisatorer så lägg dem på rätt nivå i ackumulatortanken. Akta termoelementen, speciellt det som sitter just över den nedre nivån. Kontrollera att avtappningskranen i tankens botten är stängd och fyll sedan upp tanken med kallvatten. Nivån skall vara just över öronen som flytlocken vilar på. Lägg på flytlocken och tankens isolerande lock. Välj önskad värmeväxlare för laddningen med hjälp av AV56 respektive AV57. Information om loggning finns i bilaga 4. Starta pumpen P3 och ställ in önskat flöde med hjälp av svävkroppsmätaren och RV50, samt slå på värmaren i läge 2kW. Värmaren har en termostat som är inställd på ca 45 C. Laddningen av tanken bör pågå minst 12 timmar. Uttag av värme ur tank under fortsatt laddning: Anslut kallvattenslangen till den övre värmeväxlarens anslutningar. Kontrollera att kallvattnet går in i den anslutning där flödesmätaren, C2, stitter. Den andra anslutningen ansluts till en slang till avlopp. Öppna kallvattenkranen till önskat flöde, det sitter en svävkroppsmätare på väggen intill kranen. Uttag av värme ur tank utan fortsatt laddning Som alternativ till uttag av värme under fortsatt laddning kan man välja att studera vad som händer om uttaget sker utan att laddning fortsätter. Stäng i så fall av elpatronens värmare och stäng av cirkulationspumpen P3. Notera tiden. Avslutning av mätning: Avsluta loggningen enligt bilaga 4. Stäng av kallvattenkranen och värmaren. Kontrollera att tankens avloppsslang är utlagd till avloppet och töm sedan tanken genom att öppna avtappningskranen i tankens botten.

5 Uppgifter Ni kommer att ges möjlighet att studera laddning och urladdning av ackumulatortanken på lite olika sätt i respektive labgrupp. Förhoppningsvis så har ni lite egna idéer över hur detta kan ske för att ni bäst skall kunna bestämma de olika parametrarna som är intressanta för studier av en ackumulatortanks funktion och optimering av lagring. Här följer några exempel på vad ni bör studera: 1. Beräkna tankens medeltemperatur som funktion av tiden vid laddning. Obs, ta hänsyn till värmeförluster till omgivningen. Tankens isolering kan antas ha en värmeledningsförmåga på ca 0,04 W/mK. 2. Jämför med uppmätta temperaturdata och bestäm medeltemperaturens variation med tiden. 3. Undersök hur den vertikala temperaturfördelningen förändras i tanken under laddning och urladdning. Redovisning Laborationen redovisas enligt instruktion från labhandledaren.

6 Exp Version BILAGA 1 Solfångare S1 S2 S3 Ovan tak Ovan tak Under tak Aerotemper, kan förbikopplas P3 Under tak El-patron ACK Exp P4 Radiator P1, P2 Kylare, vvx Kallvatten in Till radiator Valmöjlighet av sol-vvx, övre eller nedre Förstoring av ackumulatortanken

7

8

9 BILAGA 2 Termoelement i ackumulatortanken Kontakt 1, givare anslutna till AM25T nr 3861 Kanal Placering Stift 1 I centrum av tanken 5 cm från botten 2,3 2 I centrum av tanken 10 cm från botten 4,5 3 I centrum av tanken 15 cm från botten 6,7 4 I centrum av tanken 20 cm från botten 8,9 5 I centrum av tanken 25 cm från botten 10,11 6 I centrum av tanken 30 cm från botten 12,13 7 I centrum av tanken 35 cm från botten 14,15 8 I centrum av tanken 40 cm från botten 16,17 9 I centrum av tanken 45 cm från botten 18,19 10 I centrum av tanken 50 cm från botten 20,21 11 I centrum av tanken 55 cm från botten 22,23 12 I centrum av tanken 60 cm från botten 24,25 Kontakt 2, givare anslutna till AM25T nr 3861 Kanal Placering Stift 13 I centrum av tanken 65 cm från botten 2,3 14 I centrum av tanken 70 cm från botten 4,5 15 I centrum av tanken 75 cm från botten 6,7 16 I centrum av tanken 80 cm från botten 8,9 17 Vintervvx övre anslutning (nedre botten-vvx) mäts i slang 10,11 18 Vintervvx nedre anslutning 12,13 19 Sommarvvx övre anslutning (övre botten-vvx) 14,15 20 Sommarvvx nedre anslutning mäts i slang 16,17 21 Radiatorvvx övre anslutning ( i tankens översta del) mäts i slang 18,19 22 Radiatorvvx nedre anslutning ) mäts i slang 20, , ,25 Kontakt C, givare anslutna till AM25T nr 1968 Kanal Placering Stift 1 Fluidtemperatur, Värmare in 2,3 2 Fluidtemperatur, Värmare ut 4,5 3 Fluidtemperatur, Platt-vvx kylare in 6,7 4 Fluidtemperatur, Platt-vvx kylare ut 8,9 5 Fluidtemperatur, Kallvatten in 10,11 6 Fluidtemperatur, Kallvatten ut 12,13 Flödesgivare Givare Placering Logger Kanal C2 Kallvattenflöde till kyl-vvx i Acktank. (den översta) SMT-I/016 5 C3 Kallvattenflöde till Platt-vvx kylare SMT-I/016 6 C4 Varmvattenflöde till de två nedre vvx i Acktank. SMT-I/016 7

10

11 BILAGA 4 Uppsamling av mätdata Handledaren loggar in på mätdatorn till vilken ackumulatortanken och solvärmesystemet är anslutet. Ingångssidan visar aktuella temperaturer och flöden för solvärmesystemet, TFE Solpaneldata.

12 I övre vänstra hörnet ska du klicka på Program och välja Ackumulatordata för att komma till fönstret Ackumulatortank. Den första fliken som visas, Data senaste 7 dagarna, kan visa loggade data med ned till 1 minuts mellanrum. Default är 10 minuters mellanrum, vilket även är det enda sättet att se data som är mer än 7 dagar gammalt. Välj för vilken period du vill se data ååååmmdd ttmm och tryck på Skapa excel-fil. Följ instruktioner på vanligt sätt. Excelfilen kommer att bestå av 29 kolumner: Den första innehåller datum och tid, de följande 25 visar temperaturer OBS, kanal är ej aktiva). De sista tre kolumnerna visar flödet i liter/minut, uppmätt med flödesgivare C2 C4.