相變蓄能電采暖應(yīng)用基礎(chǔ)

張寅平zhangyp@清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系2006.6相變蓄能電采暖應(yīng)用基礎(chǔ)研究1內(nèi)容1.蓄能電采暖的重要性2.相變材料(PCM)特性3.近期相變蓄能研究工作一覽4.定形相變電采暖地板5.高溫相變蓄能電暖器6.結(jié)束語(yǔ)21.蓄能電采暖意義重大中國(guó)未來(lái)的發(fā)展，能源是瓶頸問(wèn)題

70%能源來(lái)自煤，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染建筑能耗占社會(huì)總能耗27.8％每年新建建筑面積逾10億平米

采暖能耗比例大，采暖區(qū)面積680萬(wàn)平方公里，占國(guó)土面積72％。3各氣候建筑熱工分區(qū)的住房居住面積分布(1997年)

4供電負(fù)荷及特性的預(yù)測(cè)北京電力負(fù)荷峰谷差逐年加大蓄能式電采暖大有作為5現(xiàn)有電采暖存在的問(wèn)題大多不具備蓄能功能；加大了電網(wǎng)峰谷差；無(wú)法利用夜間廉價(jià)電，運(yùn)行費(fèi)用高；蓄熱電鍋爐以蓄熱水箱來(lái)蓄熱。顯熱蓄熱電暖器熱舒適性差。6蓄能式電采暖意義改善城市能源消耗結(jié)構(gòu)和城市環(huán)境；對(duì)電網(wǎng)削峰填谷，提高電廠的設(shè)備利用率；節(jié)省用戶的采暖費(fèi)用。

72.相變材料特性(PCM)

相變潛熱大

相變過(guò)程近似等溫過(guò)程8相變材料熱物性測(cè)定系統(tǒng)熱性能研究

相變材料研制

模型實(shí)驗(yàn)冰蓄冷空調(diào)蓄熱電暖器相變地板相變吊頂功能熱流體相變墻基礎(chǔ)層面應(yīng)用層面建筑環(huán)境控制3.近期相變蓄能研究工作一覽94.定形相變蓄熱地板電采暖10地板采暖對(duì)流采暖頭部過(guò)熱理想采暖方式不同采暖方式室內(nèi)空氣溫度分布近似于理想模式11國(guó)內(nèi)起外研傾究現(xiàn)盡狀日本胖已應(yīng)季用固陷液相溝變蓄撞熱地慚板采名暖；在北本美、國(guó)歐洲似等地蒜，地拴板采行暖形岡式已傳經(jīng)得蜂到了廣理泛的戲應(yīng)用喇；中國(guó)匠熱水悼低溫?fù)陷椛浣缘匕宀凸┡瘍r(jià)技術(shù)粘發(fā)展非很快,電熱輻騙射采定暖方還式也忍有應(yīng)南用，漂但還魂沒(méi)有鑰研究躬相變蓄面熱式超地板排采暖慨。1213普通悠固液漏相變跡材料踢的缺瞎點(diǎn)相分針離需封劑裝、筒容器鍵貴容器鉛的附海加熱植阻大容器竿泄漏定形國(guó)相變榴材料苗可克禿服此師缺點(diǎn)糊，相變套過(guò)程妹中材歡料形瘡狀不泄變。14定形喊相變賺材料遠(yuǎn)照片Tm=2淹0oC,邀3見(jiàn)5oC,手5遞0oCHm=1量00蓮-1蘋(píng)80片kJ累/k茶g15定形渠相變察材料極與混羨凝土該混合水泥定形相變材料1612341．會(huì)隔熱視層2．電熱岸膜3．燒定形渣相變餡材料歲層4．地板PC縫M材料障夜間噸吸熱畢，白漸天放豆熱。4.特1被動(dòng)泥式相才變蓄棗能地給板電漏采暖暈系統(tǒng)174.閉1被動(dòng)挑式相飛變蓄井能地?cái)喟咫姾聿膳瘻\系統(tǒng)夜間知加熱瞇階段筒，表科面熱流流修槳正因冤子白天掉散熱屬階段間，表旗面熱貌流為主要湖影響兵因素?cái)U(kuò)為：許相變禾溫度喜和地相板熱咸阻。若熱哄負(fù)荷別需求哪變化諸不大攻，要模使散梢熱速箏率穩(wěn)渣定，巧即增穗大相繪變地潤(rùn)板導(dǎo)異熱系舟數(shù)，冒或增再大地殘板表竄面覆流蓋層灰熱阻唇。18（a）實(shí)驗(yàn)?zāi)X房間拿（b）電熱恐膜（c）定形把相變糕板錘（d）地板定形隔相變?cè)叫顭峒姛釅旱匕鍧娬掌╝）（b）（c）（d）19實(shí)驗(yàn)恨房間坊逐時(shí)珍室溫——實(shí)驗(yàn)頂在20嘆05年的1月到3月連勢(shì)續(xù)進(jìn)李行，掠測(cè)量具時(shí)間俊為50天大部蘭分時(shí)骨間室筒溫保員持在15終-2旁5℃之間沃，平熟均耗炭電量5.犯4賊kW戶h/天20模擬抗研究北京普通房間室溫和地面溫度的計(jì)算結(jié)果通過(guò)改變加熱面積控制的采暖季室內(nèi)溫度變化使用地效果付：普饑通房露間中備，此軋采暖宅系統(tǒng)垃能達(dá)詞到較熊舒適鳥(niǎo)的效上果，具每天攜可節(jié)鑰省4元錢互；控制撫方式釣：通彈過(guò)控教制地廟板加秩熱面卡積，稈可使戰(zhàn)采暖沫季室信內(nèi)溫鬼度保案持在16摘-2護(hù)5℃。21設(shè)計(jì)闖原則也：相鴉變潛樣熱足辛夠時(shí)張，設(shè)噸計(jì)中很應(yīng)重這點(diǎn)考開(kāi)慮相鳥(niǎo)變溫恭度和婦空氣裂層熱乘阻；此結(jié)各果與把分析疲結(jié)論炒一致鐵。影響嘆因素秒敏感襖性分抖析22結(jié)合桃太陽(yáng)懲能空愉氣集簽熱器4.惡2送風(fēng)旺式相垃變蓄卡熱地農(nóng)板電雁采暖煉系統(tǒng)234.喜2送風(fēng)盯式相腫變蓄廳熱地什板電緒采暖罷系統(tǒng)夜間岸加熱躲階段感，表羨面熱糾流修晉正因嬸子為白天散熱階段，送風(fēng)熱流為主要屬影響傍因素求為：抗相變農(nóng)溫度桃和送碑風(fēng)速見(jiàn)率。要使傲夜間簽散熱芬速率春小，摩白天押供熱坑能力葬大，秤可增井大覆丸蓋層錦熱阻帖，且振使地錯(cuò)板送易風(fēng)能割力強(qiáng)雹。24實(shí)驗(yàn)珠研究實(shí)驗(yàn)醉時(shí)間適為20冶04年2月，呼北京房間3m朽(深)×含2m湊(寬)×待2m銅(高)25通過(guò)配送風(fēng)達(dá)使平互均最蹦高室嗚溫提行高了8℃；可通置過(guò)調(diào)音節(jié)送絨風(fēng)速世率方僑便的敞調(diào)節(jié)貢室溫背。實(shí)驗(yàn)偉房間片測(cè)試夢(mèng)結(jié)果26模擬阿研究控制窯方式姿：通輔過(guò)控沙制送杯風(fēng)啟場(chǎng)?；蚩匪惋L(fēng)衛(wèi)速率糾，可誤使工績(jī)作時(shí)悄間室饞溫基招本保驢持舒卸適；使用碎效果士：此比采暖突系統(tǒng)踢每天?？晒?jié)暴省2.凱1元。27影響篇因素烘敏感芳性分甲析設(shè)計(jì)秩原則兆：相叫變潛兼熱足異夠且厘導(dǎo)熱印系數(shù)客大于0.講2W蜜/moC時(shí)，存設(shè)計(jì)洲中應(yīng)助重點(diǎn)祥考慮民相變搭溫度蚊和送涼風(fēng)速梯率；此結(jié)護(hù)果與制分析槽結(jié)論搖一致徹。28在清勸華節(jié)芬能實(shí)命驗(yàn)樓言中的漸應(yīng)用PC屈M航fl異oo謙r:杯1緊00醒0緩m2295.高溫礎(chǔ)相變?nèi)恍顭嵴措娕l(xiāng)豐器30Th孩e映DS希C母cu譽(yù)rv峽e懼of刪T喉H5孤76高溫圖相變脹材料TH劣57釋631TH峰57吃6熱物最性密度（kg/m3）2700比熱(kJ/kg··K)1.038

導(dǎo)熱系數(shù)(W/m·K)160

相變潛熱(kJ/kg)560熔點(diǎn)(℃)5763233樣機(jī)Ⅰ型樣機(jī)Ⅱ型風(fēng)道內(nèi)無(wú)肋片風(fēng)道內(nèi)有肋片樣機(jī)外形尺寸（寬×高×寬mm3）供暖面積（m2）電加熱功率（W）樣機(jī)質(zhì)量（kg）Ⅰ型600×780×17010～20180073Ⅱ型620×790×19010～2018007834高溫皺相變帶蓄熱涼電暖羞器結(jié)豎構(gòu)風(fēng)道映內(nèi)無(wú)范散熱端肋片撓為Ⅰ型、妻風(fēng)道述內(nèi)有來(lái)散熱悄肋片奸為Ⅱ型35實(shí)驗(yàn)寒結(jié)果障及分吼析

電加熱功率1540W溫度曲線

電加熱功率1810W溫度曲線

TH帆57舟6相變廊溫區(qū)往：57兵0℃妖-5跡78筋℃，出范現(xiàn)溫常度平留臺(tái)；機(jī)殼倡外壁柏面溫現(xiàn)度低承于80穗℃，滿楚足安膠全的栽要求凱。不同午電加靈熱功供率下寧實(shí)驗(yàn)恥結(jié)果36HeatingPower(W)15401810Sensibleheatchargetime（h）4.583.66Latentheatchargetime（h）3.412.92Latentheatdischargetime（h）4.324.86Sensibleheatdischargetime（h）11.6812.56Averageheatdischargeratewithpoweron(W)517506Averageheatdischargeratewithpoweroff(W)515512Averageheatdischargeratein24hours(W)516510Heatstorageratio（％）687137重復(fù)察性實(shí)沙驗(yàn)T(oC)38華亭幸嘉園首用戶裝測(cè)試互結(jié)果霧及分刮析華亭嘉園高溫相變蓄熱電暖器溫度測(cè)點(diǎn)布置示意圖中央委空調(diào)旨，各邪房間狀風(fēng)機(jī)蒼盤(pán)管挨獨(dú)立爭(zhēng)控制瞇，總鐮面積臂：14痕0平米造，測(cè)鎮(zhèn)試房題面積昆：17罩.5平米呈。39測(cè)試泉結(jié)果測(cè)試面時(shí)間蓮：20筍04剛.1當(dāng).2塘0-丹3.桿15；蓄熱努電暖然器運(yùn)詢行時(shí)切間：1.幕29朵-3佩.1標(biāo)5,共計(jì)47天。各測(cè)點(diǎn)溫度曲線

40

室內(nèi)平均溫度曲線

41耗電測(cè)量測(cè)堡試結(jié)仆果每平泄方米長(zhǎng)采暖槽面積侮耗電鬼量為25業(yè).5經(jīng)W電暖器耗電量（度）電價(jià)耗電費(fèi)用（元）折合采暖標(biāo)準(zhǔn)年單位采暖面積運(yùn)行費(fèi)用（元/m2）高溫相變蓄熱電暖器502北京市采暖優(yōu)惠電價(jià)100.419.8普通電暖器502北京市采暖優(yōu)惠電價(jià)180.735.742安寧肥里南易區(qū)用蔑戶測(cè)帽試結(jié)俯果及格分析安寧里南區(qū)高溫相變蓄熱電暖器溫度測(cè)點(diǎn)布置示意圖集中臭供熱澇，總鳴面積持：86平米底，測(cè)叢試房丸沒(méi)安調(diào)裝散筆熱器核，面坑積：20己.2平米艙。43測(cè)試汪結(jié)果測(cè)試扒時(shí)間月：20邪04別.1奇.3蓄1-臺(tái)3.執(zhí)15蓄熱告電暖綱器運(yùn)昆行時(shí)衣間：2.車6-中3.組15，共愚計(jì)39天。各測(cè)點(diǎn)溫度曲線

44室內(nèi)平均溫度曲線45蓄熱夢(mèng)與普端通電積暖器休耗電執(zhí)費(fèi)用曲比較房間走建筑閣面積精：20檔m2；采暖都熱指愉標(biāo)：當(dāng)?shù)嘏豕?jié)能距建