Efektīva siltuma enerģijas uzkrāšana Lana Migla, Dr. sc. ing., RTU BIF Siltuma, gāzes un ūdens tehnoloģijas institūta pētniece žurnāls "Būvinženieris" (2023.gads; Nr. 90)

1. 124 125
Būvinženieris Nr. 90
Ņemot vērā pašreizējo situāciju
enerģētikā, esam ieinteresēti lietot
visus iespējamos siltumenerģijas
avotus, arī tos, kurus kādreiz
uzskatīja par nenozīmīgiem,
nepastāvīgiem un dažādu citu
iemeslu dēļ neizmantojamiem.
Šie avoti varētu būt ne tikai saules siltumener-
ģija, kam raksturīga nepastāvība, bet siltuma
akumulācija, kas būtiski var paaugstināt bio-
masas katla lietderīgi saražotās enerģijas dau-
dzumu un ekonomēt kurināmo. Tas tāpēc, ka
katlu var kurināt retāk un nominālā jaudā,
kas samazina gan katla aizsērēšanas riskus,
gan pelnu daudzumu utt. Aizvien vairāk tiek
piedāvātas tehnoloģijas, kas atgūst siltumu no
tehnoloģiskajiem procesiem vai no notekūde-
ņiem. Šiem siltuma avotiem raksturīgs mainī-
gums. Aktuāla ir arī elektrības biržas cena,
iespējams, ir brīži, kad īpaši izdevīgi lietot
elektrību karstā ūdens sagatavošanai, bet daž-
kārt šī izdevīguma nav, līdz ar to akumulācija
var pildīt uzkrāšanas funkciju.
Uzkrāšana īstermiņā vai ilgtermiņā
Neizmantotās enerģijas pārpalikums tiek uz-
krāts jeb akumulēts, uzglabāts un nodots pa-
tērētājam jeb izlādēts, kad tas nepieciešams.
Atkarībā no laika, cik ilgi šis siltums ir jāuz-
glabā, izšķir īstermiņa (dažas stundas vai die-
nas) un ilgtermiņa (līdz pat sezonai) enerģijas
uzkrāšanu.
Īstermiņa siltumenerģijas akumulācijai
visbiežāk izmanto akumulācijas tvertnes, un
ir izpētīts, ka dabiskās stratifikācijas ievēroša-
na tvertnēs būtiski uzlabo akumulācijas efek-
tivitāti. Stratifikācija ir ūdens masas ar dažā-
dām īpašībām (blīvums, temperatūra), kas
veido slāņus, kuri darbojas kā šķēršļi ūdens
sajaukšanai. Līdz ar to ir svarīgi siltuma avo-
tus un patērētājus pieslēgt tvertnes līmeņos,
kas atbilst temperatūras slānim, lai izvairītos
no siltumnesēja miksēšanās.
Pilnībā pietiek, lai tikai augšējais slānis tik-
tu nodrošināts ar augstāko temperatūru, pie-
mēram, karstā ūdens vajadzībām, nav nepie-
ciešams tērēt enerģiju visas tvertnes uzsildīša-
nai un uzturēšanai tik augstā temperatūrā.
Tāpat arī, lai maksimāli efektīvi izmantotu
saules enerģiju, kas ne vienmēr sasniedz aug-
stu temperatūru, kolektoru loku pieslēdz ze-
mākajos līmeņos, lai radītu nosacījumu – ja
saules enerģijas nepietiks, tad cits siltuma
avots to piesildīs līdz nepieciešamajai tempe-
ratūrai, un šī priekšuzsildīšana arī samazinās
patērētās siltumenerģijas daudzumu.
Tā kā saules enerģija ir pieejama vasarā un
vislielākais siltumenerģijas patēriņš ir ziemā,
tad neviļus rodas vēlme šo saules siltumu uz-
glabāt ilgstoši, protams, runa ir par lieliem
apjomiem, nevis par vienu mājsaimniecību.
Tad tiek izmantoti sezonālie uzkrājēji. Sezo-
nas siltuma akumulatorus veido gan kā virs-
zemes, gan kā iedziļinātās slēgtās būves –
ūdens baseinus –, tāpat arī šim nolūkam iz-
manto piemērotas pazemes ūdens atradnes,
to horizontus, kā arī porainas gruntis un citus
piemērotus ģeoloģiskus veidojumus.
Sajūtamie un latentie siltuma uzkrājēji
Siltuma uzkrāšanai izmantotos materiālus ie-
dala divās kategorijās. Pirmā – sajūtamie (sen-
sible – angļu val.) siltuma uzkrājēji, kas uzglabā
siltumu, izmantojot vielas siltumietilpību, uz-
pildot un izlādējot uzglabāšanas sistēmu. Šie
siltuma uzkrājēji ir, piemēram, ūdens, smiltis,
akmeņi, ķieģeļi. Tiem raksturīgi, ka mēs varam
sajust to siltumu. Otrā kategorija – latenti sil-
tumakumulācijas (LHS) materiāli, kas tiek
saukti arī par fāžmaiņas materiāliem (FMM),
jo tiem ir spēja emitēt jeb absorbēt enerģiju,
mainot fizikālo stāvokli no šķidra uz cietu vai
no cieta uz šķidru utt. Latentie uzglabāšanas
materiāli tiek klasificēti, pamatojoties uz to fi-
zikālo stāvokļu maiņu, pēc darba temperatūras
diapazona vai pēc to izcelsmes.
Sajūtamajiem jeb sensible siltuma uzkrājē-
jiem raksturīgs lineārs uzkrātās siltumenerģi-
jas daudzums temperatūras maiņas gadījumā.
Savukārt latentie uzkrājēji fāzes maiņas brīdī
akumulē enerģiju, bet nemaina temperatūru,
līdz ar to tie spēj akumulēt vairāk enerģijas.
Pateicoties šai īpašībai, mēs varam samazināt
tilpumu un stabilizēt temperatūras izmaiņas.
Energoefektivitāte
Efektīva siltuma
enerģijas uzkrāšana
Lana Migla, Dr. sc. ing., RTU BIF Siltuma, gāzes un ūdens
tehnoloģijas institūta pētniece
ŶĞƌŔŝũĂƐ
ƵnjŬƌĈƓĂŶĂ
WĂƚĤƌĤƚĈũƐ
^ĂƵůĞƐƐŝůƚƵŵĞŶĞƌŔŝũĂ
ƚŐƻƚĂŝƐƐŝůƚƵŵƐ
ŝŽŵĂƐĂƐŬĂƚůƐ
ůĞŬƚƌţďĂ;ďŝƌǎĂƐĐĞŶĂͿ
ZĂǎŽƓĂŶĂƐƉƌŽĐĞƐƵƐŝůƚƵŵƐ
ŝƚŝŵĂŝŶţŐŝƐŝůƚƵŵĂĂǀŽƚŝ
6DMnjWDPDLV
VLOWXPV
8]NUƗWƗVHQHUƧLMDVGDXG]XPV
7HPSHUDWnjUD
7HPSHUDWnjUD
8]NUƗWƗVHQHUƧLMDVGDXG]XPV
6DMnjWDPDLV
VLOWXPV
/DWHQWDLV
VLOWXPV
6DMnjWDPDLV
VLOWXPV
TV TV
Tb Tb
Tk
ŵĞŶĞƌŔŝũĂ x
1 2
2 4
3 6
4 8,5
5,5 10
7 11
9 12
11 11
15 10
18 9
21 8
24 6
26 5
25 5
22 6
18 7
14 9
11,5 11
9 13
6,5 15
4 17
1 18
0 14
0 8
0 2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
ƐŝůƚƵŵĞŶĞƌŔŝũĂƐƉĂƚĤƌŝźƓ WŝĞĞũĂŵĈƐŝůƚƵŵĞŶĞƌŔŝũĂ
ŶĞƌŔŝũĂƐ͕ŬĂƐ
ũĈƵnjŬƌĈũ

2. 126 127
Būvinženieris Nr. 90
Energoefektivitāte
Dažādi fāžmaiņas materiāli
Atkarībā no tehnoloģijām un darba tempera-
tūras lieto atšķirīgus fāžmaiņas materiālus.
Parafīna vaski ir īpaši interesanti, jo tie ir
daudzsološi fāžu maiņas materiāli. Šis vasks ir
drošs, uzticams, paredzams un viens no lētā-
kajiem materiāliem. Parafīni ir ķīmiski inerti,
kausēšanas laikā tiem ir pavisam nelielas til-
puma izmaiņas. Tos lieto noteiktā temperatū-
ras diapazonā – no -20 līdz +120 grādiem, kas
piemērots tādiem procesiem kā telpu apsilde
un dzesēšana, karstā ūdens sagatavošana, sil-
tumsūkņu sistēmu darbība un visu veidu
enerģijas uzglabāšana. Parafīniem ir laba sil-
tuma uzglabāšanas spēja, turklāt ir pierādīts,
ka šie materiāli sacietē bez pārdzesēšanas.
Tiem ir arī tādas priekšrocības kā ķīmiskā
stabilitāte daudzu kušanas un sacietēšanas
ciklu laikā, saderība ar lielāko daļu materiālu.
Izvēloties FMM, ir jāņem vērā tā kušanas
temperatūra, kas nosaka to brīdi, kad vielas
temperatūra būs nemainīga, bet enerģija tiks
akumulēta vai izlādēta.
Ir pieejamas dažādas FMM formas jeb
konteineri – granulas, iepakojumi, paneļi,
bumbas vai šķidrumi, kas piemēroti sūknēša-
nai. Tie var būt rūpnieciski iekapsulēti HDPE
(high-density polyethylene) vai dažādos metā-
los.
Siltuma uzkrāšanas sistēmu var uzlabot ar
FMM papildināšanu dažādos veidos, piemē-
ram, tiešā FMM iestrādāšana polimērā un ie-
kapsulēšana, izmantojot mikrokapsulāciju vai
makrokapsulāciju. Notiek daudz dažādu pēt-
niecisko mēģinājumu iestrādāt FMM kon-
strukcijās, lai stabilizētu temperatūru telpās,
lai pa dienu saules ietekmē telpa neuzkarst.
Mazāk izpētīts lauks ir panākt, ka tos var in-
tegrēt akumulācijas tvertnēs, piemēram, ar
plāksnītēm vai caurulītēm, kurās iepildīts
FMM. Šajā gadījumā akumulācijas tvertne
darbojas tāpat kā iepriekš, tikai mainās tās sil-
tuma uzkrāšanas īpašības, līdz ar to var mai-
nīt siltuma uzkrāšanas ilgumu.
Stabilizējoties temperatūrai tvertnē, pieaug
kopējā sistēmas siltuma uzkrāšanas efektivi-
tāte. Samazinās papildu siltuma avota izman-
tošana piesildīšanai, līdz ar to panākot zemā-
kas CO2
emisijas.
Ļoti interesants produkts ir HeatStixx –
rūpnieciski sagatavoti kapsulēti fāžmaiņas
materiāli nūjiņas vai plāksnītes formā. To
priekšrocības ir optimizētas materiālu īpašī-
bas salīdzinājumā ar parastajiem FMM iekap-
sulējumiem, jo kapsulu formas veicina pilnī-
gu FMM izkušanu un sacietēšanu, līdz ar to
latentā siltumenerģija tiek izmantota pilnībā.
Tiem ir augsta izturība pret cikliem – līdz pat
10 000 – un augsta fāžu maiņas stabilitāte.
HeatStixx var pielāgot gandrīz jebkurai uzgla-
bāšanas tvertnei, tiem nav nepieciešama īpaša
apkope ekspluatācijas laikā.
FMM konteineru konstrukcijai ir būtiska
nozīme vienmērīgas fāžu pārejas nodrošinā-
šanai, tas ir, vienmērīgai kušanai un sacietēša-
nai. Tāpēc pētījumi vērsti uz konteineru
konstrukcijām, lai maksimāli uzlabotu sil-
tumapmaiņu. Lielākā FMM priekšrocība ir
tā, ka tie var uzglabāt tādu pašu enerģijas
daudzumu kā ūdens tvertne, tikai vairākas
reizes mazākā tilpumā. Tāpēc tos ir ļoti prak-
tiski uzstādīt arī tur, kur ir ierobežota telpa
vai kur platība ir ļoti dārga. Latentā siltuma
enerģijas uzkrāšana paver iespējas veicināt
Dažādas formas fāžmaiņu materiālu konteineri. Attēli no interneta.
aukstais ƻĚĞŶƐ
ŬĂƌƐƚĂŝƐƻĚĞŶƐ
FMM
El-TEN vai cits avots
^ĂƵůĞƐŬŽůĞŬƚŽƌŝ
ĂŬƵŵƵůĈĐŝũĂƐ
ƚǀĞƌƚŶĞ
FMM integrēšana akumulācijas tvertnē. Martina Ruiza (MartinRuiz) pētījums Siltumenerģijasuzglabāšanastvertne
(ThermalEnergyStorageTankBuild).
HeatStixxintegrēti akumulācijas tvertnē.
saules un citu zema potenciāla siltuma avotu
izmantošanu, jo tiek panākta stabilāka tem-
peratūra akumulācijā, kas bieži ir svarīga da-
žādām vajadzībām un tehnoloģiskiem proce-
siem. Fāžmaiņas materiāliem ir diezgan aug-
stas izmaksas, bet inovācijas strauji ienāk
mūsu ikdienā.
Rīgas Tehniskās universitātes Būvniecības
inženierzinātņu fakultātes (RTU BIF) Siltu-
ma, gāzes un ūdens tehnoloģijas institūtā no-
tiek pētījums par šādu materiālu izmantošanu
siltumenerģijas akumulēšanā. Pētījuma mēr-
Latentās siltumenerģijas uzkrāšanas sistēmas shēma.

3. 128
Energoefektivitāte
ķis ir integrēt FMM saules dzesēšanas sistē-
mas siltuma akumulācijas tvertnē. Telpu dze-
sēšana ir energoietilpīga, tāpēc, ievērojot Ei-
ropas Savienības Zaļo kursu, ir svarīgi meklēt
alternatīvus risinājumus. Tā kā telpas uzkarst
saules starojuma ietekmē, tad tikai loģiski bū-
tu izmantot saules enerģiju telpu dzesēšanai.
Problēma ir tajā, ka saules kolektoru saražo-
tais siltums ir mainīgs – ne tikai nakts perio-
dā, bet arī dienas griezumā. Tāpēc liela uz-
manība jāpievērš šīs enerģijas uzkrāšanai.
Dzesēšanas iekārtas vajadzībām ir nepiecieša-
ma diezgan augsta (80 grādi) un stabila tem-
peratūra, tāpēc nepietiekamas saules enerģi-
jas pieejamības brīdī notiek piesildīšana no
cita siltuma avota, kas negatīvi ietekmē sistē-
mas lietderību. Tāpēc pētījums vērsts uz tem-
peratūras stabilizēšanu akumulācijas tvertnē,
kas būtiski samazina papildu siltuma avota
izmantošanu, tā ceļot saules enerģijas izman-
tošanas potenciālu telpu dzesēšanā. Pētījuma
rezultātus varēs izmantot arī citiem tehnolo-
ģiskajiem procesiem, kuriem nepieciešama
augsta un stabila temperatūra. BI
atgaita
0 60
0 61
0 67 `
0 68
0 68
0 69
0 72
0 78
0 80
turpgaita
0 80
0 79
0 70
0 68
0 68
0 67
0 66
0 61
0 60
50
55
60
65
70
75
80
85
00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00
ƚĞŵƉĞƌĂƚƻƌĂႏ
laiks
dǀĞƌƚŶĞƐƵnjůĈĚĞĂƌZdϲϵ
turpgaita atgaita
50
55
60
65
70
75
80
85
00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00
ƚĞŵƉĞƌĂƚƻƌĂԨ
laiks
dǀĞƌƚŶĞƐŝnjůĈĚĞĂƌZdϲϵ
atgaita turpgaita
ƵƓĂŶĂƐĚŝĂƉĂnjŽŶƐ
ƐĂĐŝĞƚĤƓĂŶĂƐĚŝĂƉĂnjŽŶƐ
atgaita
60
61
67 `
68
68
69
72
78
80
turpgaita
80
79
70
68
68
67
66
61
60
50
55
60
65
70
75
80
85
00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00
ƚĞŵƉĞƌĂƚƻƌĂႏ
laiks
dǀĞƌƚŶĞƐƵnjůĈĚĞĂƌZdϲϵ
turpgaita atgaita
50
55
60
65
70
75
80
85
00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00
ƚĞŵƉĞƌĂƚƻƌĂԨ
laiks
dǀĞƌƚŶĞƐŝnjůĈĚĞĂƌZdϲϵ
atgaita turpgaita
ƵƓĂŶĂƐĚŝĂƉĂnjŽŶƐ
ƐĂĐŝĞƚĤƓĂŶĂƐĚŝĂƉĂnjŽŶƐ
Šis raksts izstrādāts ar Eiropas Reģionālās
attīstības fonda atbalstu darbības
programmas Izaugsme un nodarbinātība
1.1.1. specifiskā atbalsta mērķa Palielināt
Latvijas zinātnisko institūciju pētniecisko un
inovatīvo kapacitāti un spēju piesaistīt ārējo
finansējumu, ieguldot cilvēkresursos un
infrastruktūrā 1.1.1.2. pasākumā Pēcdokto-
rantūras pētniecības atbalsts Latentā
siltuma uzkrājējs stabilai dzesēšanas
sistēmas darbībai Nr. 1.1.1.2/VIAA/4/20/661.
Pētījuma rezultāti, uzsildot un atdzesējot akumulācijas tvertni ar integrētiem FMM.
PiedāvĀjam Latvijā ražotas EI30 klases
ugunsdrošās durvis:
n ugunsdrošas divvērtņu durvis,
n ugunsdrošas durvis ar stiklojumu un slēpto furnitūru,
n ugunsdrošās durvis alumīnija kārbās.
www.livaabnord.lv
info@livaabnord.lv
Tel.: +371 2861 42 13
Uzņēmums ieguvis arī koksnes piegādes ķēdes sertifikātu un
piedāvā produktus ar 100% izejmateriālu izsekojamību.