热量热量-蓄冷和蓄热的三种方式1显热蓄冷或蓄热,2相变蓄冷

1、王如竹热环境工程蓄冷和蓄热的重要性它是缓解能量供求双方在时间、强度和 地点上不匹配的有效方式，是合理利用 能源以及减小环境污染的有效途径，是 热能系统（广义）优化运行的重要手段。蓄冷和蓄热的三种方式lo显热蓄冷或蓄热，2o相变蓄冷或蓄热3。化学反应蓄冷或蓄热。由于相变过程是一近似等温过程，相变潜热较 显热大得多，使相变蓄冷或蓄热具有蓄能密度 高、易与运行系统匹配、易控制等优点，因此 往往成为蓄能系统的首选形式。冰畜冷技术/ PCM蓄热技术与广义节能峰谷电差价蓄冷（冰、水、气体水合物）蓄热（PCM材料，室温及100度左右蓄热） 美国加州公共设施中心节能示范：2层2656平 方米建筑面积，VAV+

2、冰蓄冷+变频水泵、风 机+低温送风+蒸发冷凝器代替冷却塔+热泵 30%节能效果7个冰蓄冷罐，1330吨时蓄冷量，提供1095吨时满负荷调峰冷量Figure 1: (Left) Custom built unit and thermal ice storage tanks(Righf丿 Custom built unit layoutFigure 1: (Left) Custom built unit and thermal ice storage tanks(Righf丿 Custom built unit layoutDSupply AirHDAir| | | 二 J rr=T=ri,Rel

3、ief Fantvaporative CondensorMake-u' Tank-TService Plug (Typ)ReliefArControl oom AC Unit1 Economizer O5(Z ouvof/Dampe(vfd| (vfd|ess Door)Control RoomCwsK I Do“ 1Exhaust r Louderbl 川Exhausl fDisconnectLight Switch Figure 1: (Left) Custom built unit and thermal ice storage tanks(Righf丿 Custom built

4、 unit layout冰蓄冷原理Figure Thermal energy storage process schematic.Figure 2: Ice iheiiml 订则选汎 sysietu in Rilz tllon Pliva. jell: I lie Plaza. Riglit: the imdiLne nx>m冰浆蓄冷及其输送rmynivf laiFfllllTrnrrtmiH laaiM tmiN w OTdlwrg:r films"怦甘CWIrtwcorrflwngnortwligninligniniu ItWTUic-eiknyt)xhriQfl larA

5、frcriMMirig twicccMiMIFigure 3: -ayoui <>t ihc ice slurry hisctl ihcrnxil 幻仆皿 4 sy si cm在日本,75%的空调系统采用水蓄冷，25%的空调系统采用了冰蓄冷。两者各 有特点。前者的缺点是，蓄冷密度较小; 后者的缺点是制冷机的COP较低。二相变蓄冷和蓄热 “高温”相变材料的蓄冷系统可克服上两 缺点，因此寻找、研制合适的相变材料 成为近期空调畜冷材料研究者的研究热 点。“高温聊目变蓄冷材料分为两大类，一 类是传统相变材料，如优态盐等，一类为 新型材料，如潜热微乳剂(Latent heat microem

6、ulsion) 等。1优态盐以十水硫酸钠为主要成分的“高温相变蓄冷材料-优态 盐蓄冷材料第一次相变过程的融解热(100次以后) 179(122)kJ/kg融点9.5-10°C凝固点8.0 °C密度1.47(kg/liter)导热系数075(093)W/mK采用该优态盐蓄冷系统的特点是：(1)充冷水温度为 34。匚因止匕可用现有輛常规冷水机组；(2)采用圆管施 放相变材料，蓄冷槽中的园管堆积率(随机平行放置)为6062%; (3)若按蓄冷槽放水的上限温度为12°C计,该蓄冷槽的蓄冷密度是水蓄冷槽的34倍。2气体水合物气体水合物(gas hydrate)是一种新型蓄

7、冷“相变”材料，它具有与冰相似的结构, 有望在空调蓄冷系统中应用的水合气为 HFC-134a,其“相变温度”(实际上是临界 分解温度)为8-10°C,略高于常规空调系 统的制冷机出水温度(7°C),为此，需要在 水合气中加添加剂，使其“相变温度"略下 降,以适合空调蓄冷之用3功能热流体在普通储热流体中混入性能稳定的细微(直径 內微米量级)相变材料，则构成了所谓的功能热 流体(functionally thermal fluid) (1)潜热型微乳剂(Latent heat microemulsion)在石蜡(。戶2时2)中加入微量的表面活性剂 (surfactan

8、t)，弄制成石蜡微粒，将其混入水中, 可构成性能独特的潜热型微乳剂，其中石蜡为 悬浮相，水为连续相。CJ4H30-水构成的潜热型 微乳剂，其融点为5.8°C,桂能较稳定，其粘性与 水差别不大，可望用于空调蓄冷系统。 (2)潜热型微封装材料(Latent heat microcapsule)在溶液(连续相)中将悬浮的细微相变材料用薄膜包上则 构成了潜热型微封装材料。典型的封装技术如下：使包 装材料在相变微粒的冷却过程中固化并沉积其上，这种 技术称为凝聚技术。为了使微封装材料在水中稳定悬浮，其平均直径应在1 lOpun范围内，此外，还需加入一些表面活化剂以增强悬 浮效果。微封装膜层一般很

9、薄，仅为2-10mm,因此它 的热阻很小。为防止PCM泄漏，常采用双层膜，外膜为 亲水性材料，如三聚氧(酰)胺树脂，聚苯乙烯和聚酰胺， 内膜为疏水性材料，如聚氟化物。清华大学张寅平等人在国家自然科学基金资助下，进行 了潜热型微乳浆和微胶囊的研制及其储传热机理和应用 研究，取得了初步成果，研制出了直径为微米量级的14 烷相变微胶囊和微乳浆，其中相变微乳浆黏性比水稍大, 農示岀技好的流动和热性能。定形相变蓄热材料和固-固相变材料 4.1定形相变材料定形相变材料是由相变材料和高分子材料组成的混合 贮能材料，相变材料一般为石蜡（作为芯材），高分 子材料一般为HDPE （高密度聚乙烯，具有较高的融 点，

10、作为囊材），后者作为支撑和密封材料将石蜡包 容在其组成的一个个微空间中，因此在相变材料发生 木目变时，定形相交材疯能葆持一定的形状，冃不会有 相变材料泄漏，与普通固液相变材料相比，它不需封 装器具，减小了封装成本和封装难度，避免了材料泄 漏的危险，增加了材料使用的安全性，减小了容器的 传热热阻，有利于相变材料与传热流体间的换热。定形相变材料也可与普通建筑材料如混凝土等混合， 制成相变建筑构件，还可利用定形相变板，制备相变 蓄热地板和相变墙板 4.2固-固相变丸固一固相变材料作为贮热介质有一特殊 优点：无需封装。季戊四醇C(CH2OH)4, 转变温度为188°C,转变热为322kJ/k

11、g, CH3(CH2OH)3 (转变温度为89°C,转变 热为139kJ/kg)都是很有前途的固一固相 变材料。二化学蓄能吸附式蓄能1. 吸附工质对分子筛-水，活性炭-甲醇収比，CaCl2-NH3基本特性：密度、空隙率、导热系数吸附性能：最大吸附量、平衡吸附量、吸附速度固化块状吸附剂的研制POOOOOO5Oo005o00o o20、更)O0.20.05 a52 a2500050)0503o.5 n a沸石一水的吸附等压线沸石一水的吸附等温线沸石一水平衡吸附方程（DA方程）拟合方程：xeq=0.261 x exp-5.36 x （T/Ts-1）173特点：沸石在温度较高（如250

12、76;C ）时仍然对水具有一 定的吸附能力；非线性吸附：沸石对水的平衡吸附量受压力的 影响很小。沸石一水吸附速度曲线樓型1(两个阶段吸附):'XlnX/(X-x)-x=kt (xX)、X=alnt+a2(%>X)6 2 8IX 11 o o O4OOO(bo上、支)Xt (min)模型2： dx/dt=k expGkyT)(兀对 x)090吸附式空调样机实验系统主要技术方案吸附工质对（沸石一水）1. 热源温度高；2. 以水为制冷剂，环保、安全、价廉、蒸发潜热大;3. 冷凝温度高，沸石-水系统受冷凝压力的影响小；4. 沸石的物理化学性质很稳定，耐热性好。制冷循环方式（蓄冷+单吸附器

13、）1. 系统结构简单，阀门少，运行可靠，操作.控制方 便；2. 可以采用最佳的加热/冷却时间比，优化系统性能；3. 机组停止运行等特殊情况下仍可利用蓄冷提供冷量。实验室空调样机系统构成实验室空调样机实物图实验室空调样机简介工质对：140kg沸石，185kg水（制冷剂与蓄冷介质）吸附器：翅片管式换热器，管内通换热流体冷7疑器：板式换热器，水冷蒸发器与蓄冷器：组合为一体，通过蓄冷水泵的 运行使制冷剂与蓄冷介质（均为水）进行换热空调负荷：风机盘管或带加热器的的水箱烟气/空气发生装置：以柴油燃烧器产生的烟气作 为高温热源；以鼓风机吹入的空气为低温热源内燃机车空调样机系统构成安装空调样机的东风4B-23

14、69号内燃机车机车顶部的吸附式空调器部分机车空调样机简介工质对：130kg沸石，175kg水（制冷剂与 蓄冷介质）冷凝器：管翅式换热器，空冷蒸发器：喷淋式蒸发器空调负荷：两个驾驶室各装一个风机盘管 热源：以发动机出口烟气作为高温热源；以迎面风为低温热源实验时间：2001年3-8月循环过程针对系统的连续运行工况燃油量:14kg/h;烟气流量：850m3/h;空气流量：1000m3/h参考工况：蒸发温度厶厂7°C;冷凝温度Q/4(rc；吸附温度7L=80°C;解吸温度 =200 °C吸附式蓄能的热力分析与实验研究吸附式蓄冷的基本原理常见的显热蓄能和相变蓄能是以温差形式

15、将 能量储存起来的，蓄热或蓄冷过程中存在与 环境的换热，因此热量或冷量不能长期储存。吸附式蓄能是利用固体吸附剂对制冷剂的吸 附/解吸循环来实现能量的储存的，蓄能过 程无能量损失。吸附式蓄能相当于介质体积不发生变化的气-液相变蓄能，用于蓄热时利用的是吸附热（吸附热可以当成是气-液相变潜热与表面能之和），用于蓄冷时利用的是制冷剂的气-液相变潜能。 A - B - C：力口热解吸（能量输入） C - E：冷却与蓄冷 E - A：吸附放冷 3 图中（A-B-C-D-A）对应于 一般吸附制冷循环理论蓄冷量定义为放冷 过程可能得到的制冷量吸附式蓄冷的热力循环图QcfSt=（xrx3）Qfg吸附式蓄热的热力

16、分析吸附式蓄冷系统的放 冷过程可以是强制冷 却，也可以是绝热的。冷却放冷过程可以一 直进行到吸附床的温 度接近于冷却流体的 温度为止。吸附式蓄冷的绝热放冷过程绝热放冷-蓄冷过程 可以多次进行(E-F -G H IJ- K)，直到将所蓄 冷量全部放出。短期的吸附式蓄热系统实际上相当于不利用冷凝热的吸附式热泵系统。长时间蓄能的蓄热系统，蓄热量即为 吸附热，蓄热量和蓄冷量之比等于吸 附热与蒸发潜热之比：QhVstad/Qfg L5不同解吸温度下沸石一水系统的蓄冷量和蓄热量(To = 3O°C，Tev=5°C )吸附式蓄能实验蓄冷量和蓄热量单位质量沸石的最 大蓄冷量为597MJ,

17、最大蓄热量为 885MJO温度为20 °C的水 蓄能系统的蓄能量 为84kJ/kg;冰-水相变蓄能系 统的蓄能量为 333kJ/kgo吸附式蓄冷实验冷却放冷吸附床的温度首先由 于吸附作用迅速升高， 而后逐渐降低，制冷 功率则持续降低；冷却放冷过程的床温和制冷功率6420冷却放冷时间持续了 近7个小时，放冷结束 时的吸附床温度为 35°C,系统的总输出 制冷量为66.9MJ，由 此得到的放冷率085, COP=36. 2%吸附式蓄冷实验绝热放冷绝热放冷可以多次进 行。每次放冷结束时 的吸附床温度和释放 的冷量随放冷次数的 增加而逐次降低。与理论值相比，实验 过程结束时的床温较

18、 小而输出制冷量较大， 主要是由于系统与环 境的换热。T(°C)逐次绝热放冷过程的放冷率 和吸附床温度的关系302520 _P15匸>(D10 -50床温制冷功率与蒸发温度吸附床上部与制冷剂蒸汽相通，吸附作用由床上部向下部推进，床温由环境温度升高到最大值，制冷量由大变小。吸附式蓄冷原理在机车余热空调中的应用蓄冷循环的等吸附量冷却过程在机车停车时进行，使 系统的运行周期缩短，性能系数提高；在下一次运行开始时吸附床处于一个相对较低的温度, 可以迅速制冷；从前面的分析我们知道吸附式蓄冷系统在放冷过程刚 开始时的制冷功率 很大，并随着吸附过程的进行而 逐渐减小的，这与空调负荷的要求比较匹配。吸附式绝热放冷过程还可以满足机车在停车过程中短 期的空调需求。利用吸附式蓄冷的运行床温与制冷功率冷媒水温度和输出制冷功率利用吸附式蓄冷的运行室温与蒸发器温度利用吸附式蓄冷的运行过程与性能开始时为吸附过程，由于吸附热的作用床温迅速升高， 而后受空气冷却而