蓄能技術(shù)

1、1相變蓄能技術(shù)及其應(yīng)用摘要摘要:相變蓄能技術(shù)是提高能源利用效率和保護(hù)環(huán)境的重要技術(shù)本文對(duì)相變蓄能技術(shù)中的相變材料進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，介紹了幾種常用的蓄能技術(shù)：顯熱蓄能技術(shù)、潛熱蓄能技術(shù)和熱化學(xué)蓄能技術(shù)。蓄能技術(shù)在建筑節(jié)能和電力調(diào)峰中應(yīng)用較多，并在其他節(jié)能領(lǐng)域也會(huì)具有很廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：相變材料；相變蓄能技術(shù)；建筑節(jié)能；電力調(diào)峰1.前言儲(chǔ)能技術(shù)可用于解決熱能供給和需求失配的矛盾，是提高能源利用效率和保護(hù)環(huán)境的重要技術(shù)，在太陽(yáng)能利

2、用、電力調(diào)峰、廢熱和余熱的回收利用以及工業(yè)與民用建筑采暖與空調(diào)的節(jié)能等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，已成為世界范圍的研究熱點(diǎn)。利用相變材料的相變潛熱來(lái)實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存和利用，提高能效和開(kāi)發(fā)可再生能源，是近年來(lái)能源科學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域中一個(gè)十分活躍的前沿研究方向。相變儲(chǔ)能材料是指在其物相變化過(guò)程中，可以與外界環(huán)境進(jìn)行能量交換（從外界環(huán)境吸收熱量或者向外界環(huán)境放出熱量），從而達(dá)到控制環(huán)境溫度和能量利用目的材料。與顯熱儲(chǔ)能相比，相變儲(chǔ)能具有儲(chǔ)能密度高、

3、體積小巧、溫度控制恒定、節(jié)能效果顯著、相變溫度選擇范圍寬、易于控制等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、太陽(yáng)能利用、采暖和空調(diào)、供電系統(tǒng)優(yōu)化、醫(yī)學(xué)工程、軍事工程、蓄熱建筑等眾多領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的前景。相變蓄能在暖通空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用主要分為兩大類：一是把相變材料與建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，如相變墻板、相變天棚和相變地板；二是相變供暖空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用。2.相變材料簡(jiǎn)介相變儲(chǔ)能材料（PCM）是一種具有特定功能的物質(zhì)。它能在特定溫度或溫度范圍（相變溫度）下發(fā)生

4、物質(zhì)相態(tài)的變化，并且伴隨著相變過(guò)程吸收或放出大量的相變潛熱，所以可用來(lái)儲(chǔ)熱或蓄冷。相變儲(chǔ)能與顯熱儲(chǔ)能相比具有儲(chǔ)能密度高、儲(chǔ)能放能近似等溫、過(guò)程易控制等特點(diǎn)，非常適于解決能量供給與需求失衡的難題。相變儲(chǔ)能材料應(yīng)符合如下要求：（1）在熱性能方面，要有合適的相變溫度、較大的相變潛熱、合適的導(dǎo)熱性能（導(dǎo)熱系數(shù)一般宜大)；（2）在化學(xué)性能方面，要求性能穩(wěn)定、相變可逆性好、過(guò)冷度小、無(wú)毒、不易燃、具有較快的結(jié)晶速度和晶體生長(zhǎng)速度，并要求在相變過(guò)程中

5、不應(yīng)發(fā)生熔析現(xiàn)象，以免導(dǎo)致相變介質(zhì)化學(xué)成分的變化；（3）在物理性能方面，要求體積膨脹率小、蒸汽壓低而密度較大；（4）在經(jīng)濟(jì)性能方面，應(yīng)當(dāng)原料易購(gòu)、價(jià)格便宜。相變材料的種類很多，存在的形式也各種各樣。迄今為止，人們研究過(guò)的天然和合成的相變材料已超過(guò)4300多種。美國(guó)Dow化學(xué)公司對(duì)近兩萬(wàn)種的相變材料進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)只有1%的相變材料可以進(jìn)一步研究。從材料的化學(xué)組成來(lái)看，可分為無(wú)機(jī)相變材料、有機(jī)相變材料和混合相變33.3熱化學(xué)蓄能技術(shù)在一定

6、的溫度范圍內(nèi)某些物質(zhì)吸熱或放熱時(shí)，會(huì)產(chǎn)生某種熱化學(xué)反應(yīng)。利用這一原理構(gòu)成的蓄冷技術(shù)稱之為熱化學(xué)蓄能技術(shù)。目前正常研究、開(kāi)發(fā)的氣體水臺(tái)物蓄冷技術(shù)可以算作熱化學(xué)蓄冷技術(shù)中的一種。氣體水合物蓄冷技術(shù)從物質(zhì)狀態(tài)變化形式上可以劃入潛熱蓄冷技術(shù)。但從蓄冷原理上是由化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)的化學(xué)反應(yīng)熱來(lái)蓄冷。制冷／制熱潛能儲(chǔ)存技術(shù)有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：(1)制冷潛能儲(chǔ)存系統(tǒng)不需要采用絕熱保溫措施，能量可以在常溫下無(wú)限期地儲(chǔ)存。(2)能量以溶液化學(xué)勢(shì)能形式儲(chǔ)存，儲(chǔ)存設(shè)備只

7、是結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單的儲(chǔ)液罐而已。(3)單位質(zhì)量工作溶液的儲(chǔ)能密度大于目前已使用或正在研究的蓄冷介質(zhì)的儲(chǔ)能密度，可使能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的體積減小。(4)制冷／制熱潛能儲(chǔ)存系統(tǒng)的制冷溫度范圍非常廣，理論上可以在70～60℃之間工作。(5)制冷／制熱潛能儲(chǔ)存系統(tǒng)可以將多種能量轉(zhuǎn)換成溶液的化學(xué)勢(shì)能并被儲(chǔ)存起來(lái)，在需要時(shí)可較容易地轉(zhuǎn)換成冷或熱能。(6)制冷／制熱潛能儲(chǔ)存系統(tǒng)所采用的物質(zhì)均是自然物質(zhì)，不影響環(huán)境。(7)儲(chǔ)存的潛能不僅可以轉(zhuǎn)換成冷能，而且還可以

8、轉(zhuǎn)換熱能，或同時(shí)轉(zhuǎn)換成冷、熱能。(8)制冷／制熱潛能儲(chǔ)存系統(tǒng)的基本設(shè)備與常規(guī)壓縮式和吸收式制冷系統(tǒng)相同，相關(guān)技術(shù)比較成熟。(9)儲(chǔ)存的潛能是以制冷的方式轉(zhuǎn)換成冷能，因此很容易將普通的制冷空調(diào)系統(tǒng)改造成為蓄能制冷空調(diào)系統(tǒng)。4.蓄能技術(shù)的應(yīng)用4.1相變蓄熱技術(shù)用于被動(dòng)式太陽(yáng)房我國(guó)幅員遼闊，西北和西南地區(qū)太陽(yáng)輻射能十分豐富，大力發(fā)展被動(dòng)式太陽(yáng)房是我國(guó)節(jié)能建筑發(fā)展的重要方面。相變蓄熱技術(shù)能有效解決太陽(yáng)能的貯存問(wèn)題，因而將相變蓄熱與被動(dòng)式太陽(yáng)房結(jié)

9、合將能達(dá)到更好的建筑節(jié)能效果。在被動(dòng)式太陽(yáng)房的具體設(shè)計(jì)中，可選擇相變溫度在18℃一20℃(室內(nèi)適宜溫度)的PCM蓄熱結(jié)構(gòu)，應(yīng)用在陽(yáng)光可以照射到的墻體和地板上。在冬季白天，太陽(yáng)光照射在裝有PCM的地板和墻體上時(shí)，PCM可以吸收熱量產(chǎn)生固一液相變，從而儲(chǔ)存熱量：到了夜間，室內(nèi)溫度降低，PCM再一次產(chǎn)生液一固相變，將白天儲(chǔ)存的熱量釋放出來(lái)，從而達(dá)到提高室內(nèi)空氣溫度的作用。在夏季的夜晚，在引入室外冷風(fēng)對(duì)房間進(jìn)行冷卻降溫的同時(shí)，PCM發(fā)生液一固相

10、變將熱量進(jìn)一步釋放出來(lái)；到了白天，室內(nèi)溫度升高，PCM再次發(fā)生固一液相變吸收室內(nèi)熱量，以達(dá)到降低室內(nèi)溫度，減少常規(guī)能耗的作用。相變蓄熱圍護(hù)結(jié)構(gòu)(圖5)因其安裝方便，成本相對(duì)較低，其適用性強(qiáng)，有望被廣泛使用。此外，PCM石膏板材、相變蓄熱地板和天花板等材料都是很有發(fā)展前景的節(jié)能措施。4.2相變蓄冷空調(diào)技術(shù)用于節(jié)能建筑自然冷卻(freecooling)系統(tǒng)是利用環(huán)境溫度的晝夜變化為樓宇制冷的空調(diào)通風(fēng)技術(shù)，而相變蓄冷換熱器將成為自然冷卻(fr