中温太阳能空气集热器应用研究

选用真空管空气集热器、采用相变储热、组成直接式中温热风系统,探索利用太阳能为工业用户提供中低温热空气,作为干燥、烘干、养护等热过程的热源。利用改性乙酰胺作为相变材料进行储热,相变温度为77.9~82.5℃、潜热为240 k J/kg。系统热风温度可达到220℃;实现了稳定的太阳能热风供热系统,可以为末端提供较为稳定的热源。     

含碳二元系相变储热材料储热性能分析选择北大核心CSCD

相变储热技术与聚光太阳能发电技术相结合可以提高太阳能的利用率,减缓化石燃料燃烧带来的环境压力。本文通过分析相变储热材料的选择标准,对筛选出具有研究价值的含碳二元系相变储热材料的性能特别是热物理性能进行分析。研究发现,硅、硼、铝、铬、铁单质材料与碳元素形成的二元化合物或固溶体具有较高的熔点,形成的含碳二元系相变储热材料在高温相变储热领域应用前景广阔。在含碳二元系相变储热材料中,Fe-C二元合金可满足高温相变储热系统1100~1500℃的相变储热要求,当合金为含碳4.3%的Fe-C共晶成分时,Fe-C二元合金的相变潜热理论值为611 kJ/kg,热导率约为(40±16)W/(m·K),相变温度为1148℃,具有相对其他合金成分更为优异的综合储热性能可用于聚光太阳能热发电系统储热。     

太阳能辅热相变蓄能火炕供暖系统实验研究

将相变蓄能和毛细管网型太阳能采暖两种技术同时运用于火炕供暖上,通过实验研究相变蓄能材料和太阳能毛细管网低温热水联合辅助供暖时对室内温度和舒适性的影响,得出普通房间炕头、炕中、炕尾的平均温度分别为65.70、43.28、39.82℃,温差大于20℃,而采用该系统的房间炕头、炕中、炕尾的平均温度分别为40.96、39.06、37.52℃,温差最大仅为3℃;夜间炕面温度下降阶段,铺有相变材料的炕面温度下降缓慢,在00:00~07:00之间均高于普通火炕炕面温度,优势明显。新模式下的房间白天室内平均温度比普通房间高14.31℃,夜间比普通房间高7.21℃,可改善农居室内及炕面的热舒适性。     

相变储能太阳能热泵系统的试验研究

文章建立了相变储能太阳能热泵系统试验平台,介绍了系统的运行方式以及各个部分的运行原理,选取典型日进行试验,并对试验数据进行分析。分析结果表明:相变储能太阳能热泵系统能够满足北方农村的供暖需求,可以保证白天室内的温度达到22℃,COP的最大值为6.3;太阳能热泵系统停止工作后,相变储能箱可以保证室内温度达到供暖的需求温度7 h,起到了"削峰填谷"的作用,运行费用显著降低;相变储能太阳能热泵系统解决了单纯电加热供暖方式费用高、能耗高的问题,具有显著的节能性。     

石蜡高岭土相变储热材料的制备及表征

为克服太阳能不连续与不稳定引起的建筑物室内温度波动的现象,文章以石蜡与高岭土为试验原料,制备一种用于建筑墙体隔热保温的新型高岭土基相变储热材料。采用XRD,SEM,FTIR和DSC测试方法研究了相变储热材料的结构与性能。结果表明：高岭土具有良好的吸附性能,能物理吸附大量的石蜡至其孔隙结构;石蜡高岭土相变储热材料的熔融和冷凝温度分别为27.5,25.3℃,熔融和冷凝相变潜热值分别为33.5,32.9J/g;服役期间,石蜡未从储热材料中泄露,也未与高岭土化学键合;经1 000次循环试验后,储热材料的相变温度与相变潜热值变化不显著。高岭土优异的吸附能力赋予了该储热材料优异的吸储热能力。高岭土与石蜡较好的物理化学相容性使储热材料具有优良的化学稳定性。     

基于碟式聚光系统的Al-Si相变储热锅炉试验

基于多碟式太阳能聚光器,设计开发Al-Si合金的相变储热锅炉,并进行了试验。对锅炉储热过程的压力、蒸汽温度及Al-Si合金相变过程的温度变化测试结果表明,在8:00¹4:30,太阳平均直射辐射强度不足550 W/m2的条件下,相变温度为577℃的铝硅合金在高温储热过程中能充分加热锅炉中的水介质,产生250℃的饱和蒸汽及400℃的过热蒸汽,蒸汽压力达到3.5 MPa。     

高温相变胶囊梯级储热系统实验研究北大核心CSCD

中高温相变储热及再利用的方式是低碳经济与工业生产的有效手段。为了更高效地实现工业高温废热的利用,本工作设计搭建并测试了一套高温相变胶囊梯级储热系统,采用了两种不同相变温度的多元碳酸盐材料作为储热材料,对换热工质空气的不同进口温度和进口流量的储放热过程进行了实验研究,研究内容主要包括储热罐中的温度变化、储热量以及储放热过程完成时间。实验结果表明在进口温度为500℃的工况下,系统的储热量可以达到30000 kJ,系统进口流量的提高会缩短储热时间,对系统总储热量影响较小,并分析了不同工况下储热罐体内相变材料平均液相率对系统总储热量的影响。同时测试发现系统中设置的空气预热器使得系统的高温尾气与常温进气进行热量交换,可以有效实现高温尾气的余热利用。相变实验的研究结果为高温相变储热技术的实际应用提供了系统运行参数的影响规律和优化准则,具有很高的参考价值。     

Na_(2)CO_(3)/电石渣复合相变储热材料制备与性能北大核心CSCD

为循环利用工业固体废弃物,降低储热系统成本,以工业固废电石渣替代传统骨架材料,采用冷压烧结法创新制备7种不同配比的Na_(2)CO_(3)/电石渣复合相变储热材料,利用差示扫描量热法、恒速增压法、电子显微法、高温热冲击法、X射线衍射法、红外吸收光谱法等方法研究其储热性能、力学性能、微观结构、热循环稳定性和化学兼容性。结果表明,电石渣与碳酸钠结合可形成性能优异的复合相变储热材料;电石渣与碳酸钠质量比为52.5∶47.5时制备的复合相变储热材料(NC5)综合性能最佳,储热密度在100~900℃内达到993 J/g,抗压强度达到22.02 MPa,最高导热系数为0.62 W/(m·K);样品NC5中不同组分均匀分布,组分间具有良好的兼容性;样品NC5经100次加热/冷却循环后仍具有优异的储热性能,可为固废资源化利用和低成本储热材料研发提供技术支持。     

可用于低中温热能储存的四元硝酸盐/埃洛石/石墨定型复合材料的制备与研究北大核心CSCD

本工作报道了一种通过冷压-热烧结法制备的具备低熔点、宽温域的复合定型相变材料,其中相变基体材料为硝酸钠、亚硝酸钠、硝酸钾和硝酸钙的共晶硝酸盐,结构支撑材料为埃洛石纳米管,导热增强材料为石墨。利用差示扫描量热仪、激光导热仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和傅里叶红外光谱仪等测试手段对复合相变材料的储热性能和物理化学性能进行实验研究,结果表明:复合材料的相变温度和分解温度分别为91.3℃和627.5℃,可使用温度区间为536.2℃,优于目前文献已有报道数据。在温度为25~625℃内,其储热密度达到630.15 kJ/kg;添加10%的石墨后复合材料的热导率从0.58 W/(m·K)提高到了1.18 W/(m·K);由于埃洛石纳米管具有中空管状结构,经高温烧结后四元硝酸盐能够吸附在埃洛石纳米管中,能有效解决熔盐材料的腐蚀、泄漏以及热分解问题;埃洛石纳米管和石墨的加入没有与熔盐材料发生化学反应,证明了复合材料具备良好的化学稳定性。经100次循环后,复合相变材料的相变温度和相变潜热波动值小于3.5%,具有较好的循环稳定性。本研究丰富了熔融盐复合相变材料的配方体系和使用温度范围,为其在工业余热回收以及低中温储热领域的应用提供了基础。     

中低温相变储热技术在供暖领域的研究应用

电能替代已成为国内城市供暖的主要方向,储热技术可以将谷电以热的形式储存起来并实现热能的稳定输出,从根本上解决电采暖成本过高的问题。中低温相变储热以其储热密度高、储释热过程温度恒定等优势成为研究热点。中低温相变储热材料的研究主要集中于有机石蜡类及无机水合盐类,目前已有应用案例中主要为水合盐类材料,但其仍存在循环稳定性差、导热性差、腐蚀性等问题。在对相变储热装置的实验室研究中,通过设计并联螺旋盘管、填充筛网、壳管式结构等方式可以有效改善相变材料的传热性能,但在实际工程应用中,相变储热装置内以圆管换热器及带翅片的换热器为主。目前已有案例的中低温相变储热供热系统有两种,一种是电锅炉+相变储热装置,另一种是将电加热、储热装置放置在一个结构中,两者各有优劣。相对其他几种储热技术,中低温相变储热技术具有初始投资中等、运行成本较低、限制条件较少等优点,但也存在诸多问题有待解决。研发综合性能优异的高储热密度、长循环寿命、高导热、低腐蚀、低成本的相变储热材料,优化换热器及储热装置的内部结构设计,实现强化换热仍是未来相变储热供暖领域的研究方向,实现智能调节控制、降低系统投资成本是储热供暖系统的发展方向。     

组合相变材料储热系统的储热速率研究

建立了组合式柱内封装相变材料熔化－固化循环相变储热系统的物理模型,用有限差分法进行了数值模拟求解。结果表明,与采用单一相变材料的传统储热系统相比,在给定相变材料组合方式和传热流体进口温度条件下,传热流体流量存在最佳值;选用三种石蜡作用相变材料和水作传热流体的模拟计算结果表明,相变速率可提高１５％￣２５％左右。     

相变储热微胶囊储热调温效果的研究

采用原位聚合法用蜜胺树脂包覆了一种相变点为24℃，相变热为225．5J／g的有机复合相变材料，并对所制备的相变储热微胶囊的储热调温效果进行了评价。采用扫描电镜对微胶囊表面形态进行了观察；采用示差扫描量热仪对微胶囊的相变点和相变热进行了测定；绘制了微胶囊的步冷曲线。实验结果表明：微胶囊呈球形，粒径分布均匀，平均粒径为5—6μm；表面光洁且致密；相变储热微胶囊基本上不影响相变材料的相变点和相变热；相变微胶囊节能效果实验表明，相变材料的贮能过程具有可逆性和连续性，节能效果达到15．6％。初步证明相变储热微胶囊具有很好的储热调温效果。     

组合式相变材料组分配比与储热性能研究

采用焓法对组合式相变材料(PCM)储热系统的相变过程进行了数值计算,分析了组合式相变材料中各个PCM组分质量分数的变化对系统储热性能的影响。结果表明,对于组合式相变材料储热系统,存在着最优组分配比,使得系统的储热性能达到最佳。     

硬脂酸正丁酯/聚苯乙烯定形相变材料实验

采用真空吸附法制备了硬脂酸正丁酯/聚苯乙烯定形相变材料,利用差示扫描量热仪研究了定形相变材料的热性能,真空吸附的定形相变材料的熔解温度为16.8℃,凝固温度为20.6℃,潜热值分别为72.3J/g和72.9J/g;1000次循环的DSC测试表明定形相变材料具有良好的稳定性;红外光谱扫描结果说明两种材料的融合没有结构的变化。结果表明,真空吸附的硬脂酸正丁酯/聚苯乙烯定形相变储热材料的相变温度合适、相变潜热大、热稳定性好,适合用作温室低温相变储热材料。     

应用于太阳能热发电站的高岭土基相变储热材料的制备

由于高岭土具有优异的吸附性和包覆性,文章以高岭土为载体,硬脂酸钠为相变材料,制备出一种新型的高岭土/硬脂酸钠相变储热材料,并利用XRD,SEM,FTIR和DSC现代测试技术对该相变储热材料的结构和各项性能进行研究。分析结果表明:高岭土和硬脂酸钠之间存在吸附关系,二者未发生化学反应;高岭土基相变储热材料的熔融、冷凝温度分别为252.86,256.91℃,熔融、冷凝相变潜热值分别为109.25,109.01 J/g;经500次热循环后,高岭土基相变储热材料的储热性能没有明显降低,高岭土与硬脂酸钠之间的结合方式也没有发生变化。     

相变蓄热水箱的设计与运行特性研究

以肉豆蔻酸/膨胀石墨作为储热相变材料,分析肉豆蔻酸/膨胀石墨应用于水箱蓄热的可行性,计算出相变蓄热水箱临界取热温差为103.1℃,研制一种具有均流结构的相变蓄热水箱,并在此基础上设计一套用于测试相变蓄热水箱运行特性的实验系统。实验研究不同蓄热温度、储热单元数量和水箱内不同流速下相变蓄热水箱的蓄/放热特性。研究结果表明:融化过程中,较大的温差能加快相变材料的蓄热速率;在凝固过程中,为使储热单元热量释放出最多的可利用热量,水箱内水流速率取0.012m/s较适宜;相变单元可有效降低水箱内热水温度的下降速率,在包含150L蓄热介质的水箱中,取热温差为30℃,流量为3.3L/min的情况下,当蓄热单元占用水箱体积9.84%时,可比相同体积常规蓄热水箱多提供20%温度不低于40℃的热水。     

相变储能围护结构在建筑节能中的应用CSCD

相变材料具有高效的能量储存功能。相变材料与建材基体结合,制成一种具有储热功能的围护结构。该围护结构可发挥相变储热功能,降低建筑室内温度波动,增强建筑热舒适度,能够更加有效地减少建筑物运行能耗,从而实现建筑节能。本文对当前现有相变材料的优缺点、相变材料在不同围护结构中的应用、相变储能围护结构对室内热环境的影响及对建筑运行能耗的影响、相变储能围护结构应用的经济性等方面进行了分析,提出相变储能围护结构在工程应用中所存在的不足及其发展前景。     

Application of energy storage enclosure with phase change materials in building energy saving

相变材料具有高效的能量储存功能。相变材料与建材基体结合,制成一种具有储热功能的围护结构。该围护结构可发挥相变储热功能,降低建筑室内温度波动,增强建筑热舒适度,能够更加有效地减少建筑物运行能耗,从而实现建筑节能。本文对当前现有相变材料的优缺点、相变材料在不同围护结构中的应用、相变储能围护结构对室内热环境的影响及对建筑运行能耗的影响、相变储能围护结构应用的经济性等方面进行了分析,提出相变储能围护结构在工程应用中所存在的不足及其发展前景。     

用于墙体中的固-固相变材料储热性能的研究

使用固一固相变材料作为墙体中的储能材料不会发生渗漏．能增加墙体的蓄热能力，减小室内温度波动，减少建筑能耗。通过实验研究了多元醇类相变材料组成的二元体系在不同组成下的储热性能，从材料的相变温度和相变潜热分析其应用于墙体中的可行性。研究结果表明：在一定的组成下，多元醇二元体系可达到墙体储能要求的相变温度，且相变潜热较大，是理想的墙体相变储能材料。     

A numerical investigation into the charge behaviour of a spherical phase change material particle for high temperature thermal energy storage in packed beds

基于高温相变材料,对填充床储热系统中储热单元球体的储热性能进行了模拟研究.研究了不同传热流体温度和球体直径对球体储热性能的影响规律,对导热为主的相变储热过程与导热和自然对流共同作用的相变储热过程进行了比较分析,同时还探讨了高温辐射换热的影响.结果表明,相变时间随球体直径的增大而增大,随传热流体温度的增大而减小.当考虑相变区域自然对流时,总的相变时间显著减少,和单纯导热相比,完全相变时间缩短了近16%.在导热和自然对流的基础上加上辐射传热后可以看出,辐射换热强化了球体内的传热过程,加快了相变材料的熔化速度,强化了自然对流的作用.