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第四章热能储存技术及其应用2010-06-11能源与动力工程学院2本章内容1.1热能储存基本原理1.2热能储存方式及材料1.3工业余热储存1.4蓄冷空调技术1.5蓄热与建筑节能1.6储能与日常生活2010-06-11能源与动力工程学院31.5蓄热与建筑节能一、概述二、相变蓄热建筑材料三、相变蓄热建筑构件四、相变蓄能与供暖空调系统结合2010-06-11能源与动力工程学院4一、概述¾现代建筑朝着高层化发展，要求围护结构所用材料为轻质材料。但轻质材料的热容较小，故室内温度波动大，舒适性差；同时还增加供热空调负荷，导致建筑能耗上升。¾相变材料加入到普通建筑材料中，制成具有较高热容的轻质建筑材料，如相变石膏板、相变混凝土等，使轻质建筑重型化。2010-06-11能源与动力工程学院5一、概述¾相变材料应用场合：低温相变材料，蓄冷；室温相变材料，建筑围护结构；50-60℃相变材料，太阳能热储存；高温相变材料：工业余热。¾相变材料应用方式：装在容器中，以储能器件形式；与其它基体材料复合，制成相变储能复合材料。2010-06-11能源与动力工程学院6一、概述¾相变储能建筑构件：利用相变储能建筑材料构筑的建筑围护结构,如相变墙、地板等。¾相变储能建筑的益处：降低室内温度波动，提高室内舒适度；减小供暖空调设备容量，降低系统运行费用；提高可再生能源利用率，提高建筑节能效果。2010-06-11能源与动力工程学院7二、相变蓄热建筑材料¾相变蓄热建筑材料的制备：直接混合法：将相变材料熔化或以粉末状在建筑材料（如石膏板、混凝土板）制造过程中直接掺混进去；浸泡法：将多孔建材如砖、石膏板、混凝土块等浸泡在加热熔化的相变材料中，依靠毛细作用相变材料被吸入建材的孔隙中；封装法：将小的相变材料颗粒封闭在高分子聚合物薄膜中，再掺加进建筑材料中。2010-06-11能源与动力工程学院8二、相变蓄热建筑材料¾相变石膏板：石膏板中的相变材料微胶囊扫描电镜照片2010-06-11能源与动力工程学院9¾相变混凝土：2010-06-11能源与动力工程学院10三、相变蓄热建筑构件¾相变墙：外墙表面传热示意图(Ⅰ保温层;Ⅱ空心砖;Ⅲ定形相变材料板)室外0x1x2x3x内侧辐射qr,in外侧辐射qr,out外侧对流hout内侧对流hinⅠⅡⅢ室内2010-06-11能源与动力工程学院11相变地板定形PCM贮能式地板辐射采暖系统地板结构的剖面图y10y2y3y4木板空气层定形相变材料保温层热辐射对流换热y2010-06-11能源与动力工程学院12相变吊顶2010-06-11能源与动力工程学院13相变建筑构件的储能效果¾计算案例：房间尺寸3m×3m×3m，南墙开有2m×1.5m双玻窗，北墙有0.9m×2m木门与另一房间或走廊相邻。定形相变材料板贴附于墙或顶的内表面，或成为地板结构中的一层。图3.5模拟房间示意图:(a)模拟房间A在建筑中的位置;(b)置有定形相变材料板的房间A结构剖面(a)(b)A北墙屋顶SSPCM地板门窗2010-06-11能源与动力工程学院14房间围护结构材料和定形相变材料的热物性材料密度(kgm-3)比热(kJkg-1.oC-1)导热系数(Wm-1.oC-1)总传热系数(Wm-2.oC-1)定形相变材料8501.00.2---空心砖14001.050.58---钢筋混凝土板25000.921.74---保温层(EPS)301.380.042---木板5002.50.14---窗---------3.01门---------0.8752010-06-11能源与动力工程学院15室外气温和南墙太阳辐射的逐时变化情况024487296120-20-15-10-505101520室外气温太阳辐射solarradiationonthesouthwall(Wm-2)BeijingJanuary1to5outdoortemperature(oC)time(hour)010020030040050060070080090010002010-06-11能源与动力工程学院16不同相变温度下的逐时室温变化0244872961201012141618202224Hm=120kJkg-1LPCM=20mm无相变材料tm=18oCtm=20oCtm=22oCtm=24oCindoortemperature(oC)time(hour)2010-06-11能源与动力工程学院17不同相变潜热下的逐时室温变化(Hm,kJkg-1)0244872961201012141618202224tm=20oCLPCM=20mm无相变材料Hm=30Hm=60Hm=90Hm=120Hm=150indoortemperature(oC)time(hour)2010-06-11能源与动力工程学院18四、相变蓄能与供暖空调系统结合3蓄能材料层6砂浆层4保温层5基础层1装饰层2砂浆层¾相变地板采暖系统水管相变地板热水采暖系统相变地板电采暖系统2010-06-11能源与动力工程学院19相变地板电加热系统a电加热膜b定性相变材料板c相变地板电加热系统结构示意2010-06-11能源与动力工程学院20结合夜间通风的相变吊顶空调系统堆积床式相变蓄能吊顶系统夜间室外空气日间室内空气空气出口PCM房间2010-06-11能源与动力工程学院21本章内容1.1热能储存基本原理1.2热能储存方式及材料1.3工业余热储存1.4蓄冷空调技术1.5蓄热与建筑节能1.6储能与日常生活2010-06-11能源与动力工程学院221.6储能与日常生活一、储能节能冰箱二、蓄热电热水器三、蓄冷棒和暖手袋四、相变蓄热电暖器2010-06-11能源与动力工程学院23一、储能节能冰箱¾一般冰箱的运行，起停频率越高，无用功耗越大。使用变频压缩机，可以降低此损失，但成本较高。¾利用储冷介质吸收制冷系统放出的冷量，而在系统停机时将冷量放出，可在不影响冰箱内温度的情况下减少冰箱的起停频率，达到节能的目的。2010-06-11能源与动力工程学院24一、储能节能冰箱¾分别在冷藏室和冷冻室的蒸发管上紧贴敷管储冷板，在各自内壁敷设箱壁储冷板。¾冷藏室敷管储冷板内充-16—-20℃储冷剂，箱壁储冷板内充0—2℃储冷剂；冷冻室敷管储冷板内充-24℃—-28℃储冷剂，箱壁储冷板内充-19℃—-23℃储冷剂。¾储冷板用高导热塑料制成，厚8-10mm，壁0.5-1mm。2010-06-11能源与动力工程学院25二、蓄热电热水器¾直热电热水器的功率一般在6kW左右，电表负荷大；采用蓄热型，可减小电加热功率。¾蓄热电热水器：两个容器—相变材料蓄热容器和水容器。蓄热容器内电加热器通电使相变材料融化蓄热，用热水时，该相变材料使换热管内水沸腾，形成高温蒸汽进入水容器将水加热。2010-06-11能源与动力工程学院26三、蓄冷棒和暖手袋¾蓄冷棒：将蓄冷剂封装在一棒状容器内，冰箱中蓄冷，用于身体释冷，可起到防暑降温的作用。¾取暖袋：将储热剂（醋酸钠，NaC2H3O2)封装在一塑料袋或容器内，室温相变，放热达半个小时以上。可通过在开水中加热，反复使用，是一种取暖的生活用品。2010-06-11能源与动力工程学院27三、蓄冷棒和暖手袋蓄冷棒暖手袋能源与动力工程学院28四、相变蓄热电暖器¾利用高温相变蓄热材料蓄热，将夜间廉价低谷电转化的热量蓄积起来，以供白天采暖使用。自制冷学科进展研究与发展报告，第七章，蓄冷蓄热2010-06-11能源与动力工程学院29四、相变蓄热电暖器¾该电暖器的优点是：①体积小，潜热蓄热密度高；②采用单元组装式设计，可根据家庭采暖负荷的不同而随意组装，使用灵活；③取暖器内无风扇，无噪音运行；④对加热器实行时间控制和温度控制并举的方式，既保证加热用低谷电，又保证蓄热原件温度不过高。2010-06-11能源与动力工程学院30Smallfrying-pan¾Onemorningamanwascrossinganarrowbridgewhenhesawafishermanontheshadybankofthedeep,smoothriverunderhim,sohestoppedtowatchhimquietly.Afterafewminutes,thefishermanpulledhislinein.Therewasabig,fatfishattheendofit.2010-06-11能源与动力工程学院31Smallfrying-panThefishermantookitoffthehookandthrewitbackintothewater.Thenheputhishookandlineinagain.Afterafewmoreminuteshecaughtanotherbigfish.Againhethrewitbackintotheriver.Then,thethirdtime,hecaughtasmallfish.Heputitintohisbasketandstartedtogetreadytogo.2010-06-11能源与动力工程学院32Smallfrying-panThemanonthebridgewasverysurprised,sohespoketothefisherman.Hesaid,Whydidyouthrowthosebeautiful,bigfishbackintothewaterandkeeponlythatsmallone?Thefishermanlookedupandanswered,Smallfrying-pan.2010-06-11能源与动力工程学院33¾Thisistheendofthischapter.