点, 增大了换热面积, 从而使整个系统的总供热COP 值显著提高, 节能效果明显。
工业余热或废热的回收与应用
在冶金、化工等多个工业部门中存在的工业余热和废热大多是间断的或不连续的, 为了使这些不稳定的热能得以回收与利用, 可以应用相变储能材料将这些热能储存起来, 必要时再将储存的能量释放出来, 这样既可以降低工业企业的能耗, 又可以减少由一次能源转化为二次能源时产生的各种有害物质对环境的污染[ 19] 。例如, 李爱菊等[ 20] 成功制备了N a2SO4 / SiO2定形复合储能材料, 以改善工业炉窑中高温烟气余热回收换热器中相变储能材料的性能。K. Nagano 等[ 21]利用Mg ( NO3 ) 2 # 6H2O 作为主储热材料、MgCl2 #6H2O 作为添加剂调节相变温度, 可以有效应用于发电系统产生的城市废热( 60~ 100 e ) 的回收。吕磊磊等[ 22] 研究了利用相变储能材料的复合相变储热器即把相变储热器和水结合起来回收空调的冷凝热, 既具有节能又具有环保的特点。 农业温室应用
温室在现代农业中有着举足轻重的地位, 它在克服恶劣的自然气候、拓展农产品品种和提高农业生产效率等方面具有重要的价值, 可以控制适宜农作物生长的温度和湿度环境[ 20] 。为了获得最佳的温室内条件, 必须使其在冬季加热而在夏季供冷, 早期的作法是使用燃油来进行加热或供冷, 近年来则是通过太阳能温室来取代传统的燃油进行加热或供冷, 它是利用相变储能材料收集和储存大量的太阳辐射热能实现热能的储存与释放。例如, zt rk[ 23] 采用石蜡作为相变储能材料来加热一个地面面积为180 m2 的温室, 以检验其季节性热能储存效果, 其温室加热的潜热储存系统结构示意图如图1 所示, 研究结果表明, 相变储能材料可以用于温室的能源储存和湿度控制, 以获得理想的温室内条件。
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四. 相变材料在建筑节能中的应用
相变储能建筑材料应用于建材始于1981年,由美国能源部太阳能公司发起,1988年由美国能量储存分配办公室推动此研究。20世纪90年代以PCM处理建筑材料(如石膏板、墙板和混凝土构件等)的技术发展起来了。目前已开发的出各式的相变材料用于混凝土、天花板、墙体、窗户和地板中,利用太阳能蓄热或电力负荷低谷时期的电力来蓄热或蓄冷,使建筑室内和室外之间的热流波动幅度减弱、作用时间被延迟,从而降低室内温度波动,提高舒适性,节约能耗[23-26]。
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太阳能+相变材料地板采暖原理图:
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安装在屋顶的太阳能热水器通过水泵经导管将热水输送到地板的相变材料储热器中将热能存储起来,当温度在在21.C 之下之上(70.F)波动时,地板下面的相变材料储热器吸收或释放热能量。并在需要时释放为室内采暖。太阳能相变材料储热器可使室温在整个冬季保持在21.C (70.F)的范围,完全不受气候的影响。 相变墙体
相变墙体是美国20世纪80年代中期开始研究的一种建筑围护结构,是含有相变材料的墙体。PCM墙板的蓄热能力使其能够在采暖或空调关闭之后相当长一段时间,将房间温度保持在人体感觉舒适温度范围内,还可以在较短时间内快速储存和释放大量的热量。
图2相变材料胶囊的剖面图 图3具有相变天花板的夜间供暖系统相变天花板相变天花板
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相变天花板[27]工作原理是:白天利用百叶窗反射太阳能,将太阳能反射到天花板上,天花板中的相变材料熔化蓄存,夜间相变材料凝固放热供暖。原理如图3所示:
考虑到人对居住建筑舒适性的要求,用于建筑的相变材料必须满足以下几个条件[26]:
1、相变材料的相变温度必须在室内舒适温度范围附近; 2、相变材料不能从原始建筑基材中泄漏、耐久性好;
3、须在固定温度下熔化及固化,即必须是可逆相变,不发生过冷现象(或过冷 度很小);
4、相变材料必须与建材相结合,相容性好; 5、无毒,不易燃,体积膨胀小,价格低。 其他应用
相变材料除了应用于建筑节能中,在很多方面都有应用,如:太阳能方面,工业余热方面、液化天然气、电力调峰、农业温室、纺织、医疗保健、航空航天等多方面都有广泛研究。
五. 相变材料研究存在问题及发展方向
存在问题:耐久性问题,经济性问题,储能材料本身储能性能问题。 发展方向:1.开发新型复合型储能材料[27] 2.开发多元相变储能材料 3.进一步提高材料本身的性能[1]
有机相变储能材料:固体成型好、不易发生相分离及过冷现象、腐蚀性较小、性能较稳定。 无机相变储能材料:过冷度大、易产生相分离和老化变质等不利影响 ,具有一定的腐蚀性。所以,有机相变物质具有较好的储能可逆性和稳定性,是相变储能复合材料的重要发展方向。 参考文献:
[1] 陈爱英,汪学英.相变储能材料应用及其应用[J].洛阳工业高等专科学报, 2002,12 NO.4
[2] 张丽芝,张庆.相变储热材料.化工新型材料,1998,27(2):19 [3] 陈爱英,汪学英,曹学增. 相变储能材料的研究进展与应用[J],材料导报,
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