蓄能技術(shù)

1、1相變蓄能技術(shù)及其應用摘要摘要:相變蓄能技術(shù)是提高能源利用效率和保護環(huán)境的重要技術(shù)本文對相變蓄能技術(shù)中的相變材料進行了簡要的介紹，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)和熱化學蓄能技術(shù)。蓄能技術(shù)在建筑節(jié)能和電力調(diào)峰中應用較多，并在其他節(jié)能領(lǐng)域也會具有很廣闊的應用前景。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環(huán)境的重要技術(shù)，在太陽能利

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)域具有廣泛的應用前景，已成為世界范圍的研究熱點。利用相變材料的相變潛熱來實現(xiàn)能量的儲存和利用，提高能效和開發(fā)可再生能源，是近年來能源科學和材料科學領(lǐng)域中一個十分活躍的前沿研究方向。相變儲能材料是指在其物相變化過程中，可以與外界環(huán)境進行能量交換（從外界環(huán)境吸收熱量或者向外界環(huán)境放出熱量），從而達到控制環(huán)境溫度和能量利用目的材料。與顯熱儲能相比，相變儲能具有儲能密度高、

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，在航空航天、太陽能利用、采暖和空調(diào)、供電系統(tǒng)優(yōu)化、醫(yī)學工程、軍事工程、蓄熱建筑等眾多領(lǐng)域具有重要的應用價值和廣闊的前景。相變蓄能在暖通空調(diào)領(lǐng)域的應用主要分為兩大類：一是把相變材料與建筑圍護結(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)的應用。2.相變材料簡介相變儲能材料（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，并且伴隨著相變過程吸收或放出大量的相變潛熱，所以可用來儲熱或蓄冷。相變儲能與顯熱儲能相比具有儲能密度高、儲能放能近似等溫、過程易控制等特點，非常適于解決能量供給與需求失衡的難題。相變儲能材料應符合如下要求：（1）在熱性能方面，要有合適的相變溫度、較大的相變潛熱、合適的導熱性能（導熱系數(shù)一般宜大)；（2）在化學性能方面，要求性能穩(wěn)定、相變可逆性好、過冷度小、無毒、不易燃、具有較快的結(jié)晶速度和晶體生長速度，并要求在相變過程中

5、不應發(fā)生熔析現(xiàn)象，以免導致相變介質(zhì)化學成分的變化；（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)濟性能方面，應當原料易購、價格便宜。相變材料的種類很多，存在的形式也各種各樣。迄今為止，人們研究過的天然和合成的相變材料已超過4300多種。美國Dow化學公司對近兩萬種的相變材料進行了測試，發(fā)現(xiàn)只有1%的相變材料可以進一步研究。從材料的化學組成來看，可分為無機相變材料、有機相變材料和混合相變33.3熱化學蓄能技術(shù)在一定

6、的溫度范圍內(nèi)某些物質(zhì)吸熱或放熱時，會產(chǎn)生某種熱化學反應。利用這一原理構(gòu)成的蓄冷技術(shù)稱之為熱化學蓄能技術(shù)。目前正常研究、開發(fā)的氣體水臺物蓄冷技術(shù)可以算作熱化學蓄冷技術(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反應所產(chǎn)的化學反應熱來蓄冷。制冷／制熱潛能儲存技術(shù)有獨特的優(yōu)點：(1)制冷潛能儲存系統(tǒng)不需要采用絕熱保溫措施，能量可以在常溫下無限期地儲存。(2)能量以溶液化學勢能形式儲存，儲存設(shè)備只

7、是結(jié)構(gòu)非常簡單的儲液罐而已。(3)單位質(zhì)量工作溶液的儲能密度大于目前已使用或正在研究的蓄冷介質(zhì)的儲能密度，可使能量儲存系統(tǒng)的體積減小。(4)制冷／制熱潛能儲存系統(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／制熱潛能儲存系統(tǒng)可以將多種能量轉(zhuǎn)換成溶液的化學勢能并被儲存起來，在需要時可較容易地轉(zhuǎn)換成冷或熱能。(6)制冷／制熱潛能儲存系統(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，或同時轉(zhuǎn)換成冷、熱能。(8)制冷／制熱潛能儲存系統(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)的應用4.1相變蓄熱技術(shù)用于被動式太陽房我國幅員遼闊，西北和西南地區(qū)太陽輻射能十分豐富，大力發(fā)展被動式太陽房是我國節(jié)能建筑發(fā)展的重要方面。相變蓄熱技術(shù)能有效解決太陽能的貯存問題，因而將相變蓄熱與被動式太陽房結(jié)

9、合將能達到更好的建筑節(jié)能效果。在被動式太陽房的具體設(shè)計中，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)，應用在陽光可以照射到的墻體和地板上。在冬季白天，太陽光照射在裝有PCM的地板和墻體上時，PCM可以吸收熱量產(chǎn)生固一液相變，從而儲存熱量：到了夜間，室內(nèi)溫度降低，PCM再一次產(chǎn)生液一固相變，將白天儲存的熱量釋放出來，從而達到提高室內(nèi)空氣溫度的作用。在夏季的夜晚，在引入室外冷風對房間進行冷卻降溫的同時，PCM發(fā)生液一固相

10、變將熱量進一步釋放出來；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，以達到降低室內(nèi)溫度，減少常規(guī)能耗的作用。相變蓄熱圍護結(jié)構(gòu)(圖5)因其安裝方便，成本相對較低，其適用性強，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)通風技術(shù)，而相變蓄冷換熱器將成為自然冷卻(fr