相变蓄能电采暖应用基础

张寅平zhangyp@清华大学建筑技术科学系2006.6相变蓄能电采暖应用基础研究1内容1.蓄能电采暖的重要性2.相变材料(PCM)特性3.近期相变蓄能研究工作一览4.定形相变电采暖地板5.高温相变蓄能电暖器6.结束语21.蓄能电采暖意义重大中国未来的发展，能源是瓶颈问题

70%能源来自煤，造成严重的环境污染建筑能耗占社会总能耗27.8％每年新建建筑面积逾10亿平米

采暖能耗比例大，采暖区面积680万平方公里，占国土面积72％。3各气候建筑热工分区的住房居住面积分布(1997年)

4供电负荷及特性的预测北京电力负荷峰谷差逐年加大蓄能式电采暖大有作为5现有电采暖存在的问题大多不具备蓄能功能；加大了电网峰谷差；无法利用夜间廉价电，运行费用高；蓄热电锅炉以蓄热水箱来蓄热。显热蓄热电暖器热舒适性差。6蓄能式电采暖意义改善城市能源消耗结构和城市环境；对电网削峰填谷，提高电厂的设备利用率；节省用户的采暖费用。

72.相变材料特性(PCM)

相变潜热大

相变过程近似等温过程8相变材料热物性测定系统热性能研究

相变材料研制

模型实验冰蓄冷空调蓄热电暖器相变地板相变吊顶功能热流体相变墙基础层面应用层面建筑环境控制3.近期相变蓄能研究工作一览94.定形相变蓄热地板电采暖10地板采暖对流采暖头部过热理想采暖方式不同采暖方式室内空气温度分布近似于理想模式11国内外研究现状日本已应用固液相变蓄热地板采暖；在北美、欧洲等地，地板采暖形式已经得到了广泛的应用；中国热水低温辐射地板供暖技术发展很快,电热辐射采暖方式也有应用，但还没有研究相变蓄热式地板采暖。1213普通固液相变材料的缺点相分离需封装、容器贵容器的附加热阻大容器泄漏

定形相变材料可克服此缺点，相变过程中材料形状不变。14定形相变材料照片

Tm=20oC,35oC,50oCHm=100-180kJ/kg15定形相变材料与混凝土混合

水泥定形相变材料1612341．挤隔热回层2．电热猎膜3．触定形辉相变悄材料慰层4．地板PC验M材料体夜间津吸热协，白袜天放鄙热。4.吸1被动渡式相泥变蓄喉能地穗板电饭采暖雾系统174.镰1被动月式相炊变蓄拉能地捐板电测采暖增系统夜间庆加热迈阶段占，表禾面热学流修谁正因待子白天铃散热粉阶段狠，表洁面热乡丰流为主要变影响删因素哥为：炼相变炮温度榨和地帽板热那阻。若热垃负荷泥需求谨变化灾不大目，要缠使散监热速蒸率稳榨定，忌即增屈大相井变地丝式板导懒热系租数，折或增哭大地舰板表茫面覆撞盖层狱热阻宁。18（a）实验加房间瓜（b）电热痛膜（c）定形绿相变届板俩（d）地板定形悲相变借蓄热须电热驴地板浆照片（a）（b）（c）（d）19实验放房间伞逐时锐室温——实验既在20享05年的1月到3月连拔续进盐行，晋测量轮时间督为50天大部敬分时乐间室疮温保逐持在15狠-2贩5℃之间贺，平躺均耗黄电量5.乔4捕kW贵h/天20模拟芳研究北京普通房间室温和地面温度的计算结果通过改变加热面积控制的采暖季室内温度变化使用酱效果膊：普关通房府间中茧，此射采暖尊系统阶能达产到较宁舒适属的效嫂果，侍每天歉可节岩省4元钱府；控制清方式站：通熄过控箱制地瞧板加劫热面叹积，薪可使抓采暖抛季室旨内温承度保第持在16羊-2摇5℃。21设计斤原则姨：相绿变潜糟热足盏够时井，设稍计中技应重割点考暴虑相恋变温述度和肢空气陶层热寸阻；此结游果与幸分析拳结论董一致腐。影响惜因素淋敏感薪性分胸析22结合巡寿太阳秩能空快气集困热器4.倍2送风异式相剑变蓄自热地忆板电唉采暖戚系统234.罩2送风随式相节变蓄阶热地芽板电既采暖础系统夜间棕加热盗阶段益，表贷面热陈流修饼正因宣子为白天散热阶段，送风热流为主要折影响误因素摔为：换相变登温度海和送救风速床率。要使窑夜间喜散热挡速率兽小，巨白天自供热践能力盆大，河可增细大覆聪盖层周热阻漂，且萝使地央板送贼风能叉力强跳。24实验诵研究实验便时间壁为20坛04年2月，旺北京房间3m盐(深)×灾2m柏(宽)×贵2m软(高)25通过乳送风牙使平袜均最瓜高室阻温提雕高了8℃；可通锋过调蓬节送脏风速奴率方贤便的扁调节丧室温温。实验港房间子测试荷结果26模拟逗研究控制炸方式蛋：通战过控温制送策风启糕停或洁送风拨速率流，可广使工艇作时拳间室市温基悬本保闪持舒鼻适；使用喉效果伐：此上采暖堪系统振每天释可节闸省2.迷1元。27影响叙因素透敏感钟性分脑析设计沾原则慢：相装变潜妻热足涛够且古导热迫系数蔑大于0.钻2W西/moC时，民设计梨中应头重点困考虑膨相变稻温度宿和送河风速牺率；此结棚果与番分析脏结论葡一致恨。28在清骆华节熔能实糊验楼桂中的辩应用PC保M斤fl盆oo作r:粉1餐00丘0庭m2295.高温物相变耻蓄热昌电暖赌器30Th逼e证DS容C器cu介rv忧e蜜of惭T宵H5密76高温北相变磨材料TH程57带631TH剃57蛾6热物关性密度（kg/m3）2700比热(kJ/kg··K)1.038

导热系数(W/m·K)160

相变潜热(kJ/kg)560熔点(℃)5763233样机Ⅰ型样机Ⅱ型风道内无肋片风道内有肋片样机外形尺寸（宽×高×宽mm3）供暖面积（m2）电加热功率（W）样机质量（kg）Ⅰ型600×780×17010～20180073Ⅱ型620×790×19010～2018007834高温踢相变摔蓄热估电暖批器结宪构风道帖内无粉散热虎肋片工为Ⅰ型、室风道窝内有组散热症肋片狱为Ⅱ型35实验互结果回及分战析

电加热功率1540W温度曲线

电加热功率1810W温度曲线

TH币57前6相变志温区圣：57鼻0℃井-5放78议℃，出好现温吧度平锻台；机壳色外壁午面温协度低关于80蜓℃，满平足安不全的么要求恰。不同困电加户热功业率下峰实验朋结果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重复纵性实接验T(oC)38华亭绳嘉园场用户月测试先结果井及分捧析华亭嘉园高温相变蓄热电暖器温度测点布置示意图中央数空调主，各给房间互风机惜盘管植独立缝控制唐，总似面积浊：14揭0平米防，测业试房赖面积艺：17榨.5平米协。39测试交结果测试晨时间个：20链04究.1膛.2茫0-扔3.秃15；蓄热惑电暖句器运嘱行时尾间：1.耽29快-3恭.1替5,共计47天。各测点温度曲线

40

室内平均温度曲线

41耗电庭量测视试结渔果每平槐方米喷采暖衰面积叶耗电聪量为25蜓.5灯W电暖器耗电量（度）电价耗电费用（元）折合采暖标准年单位采暖面积运行费用（元/m2）高温相变蓄热电暖器502北京市采暖优惠电价100.419.8普通电暖器502北京市采暖优惠电价180.735.742安宁行里南秒区用睬户测苗试结苍果及艳分析安宁里南区高温相变蓄热电暖器温度测点布置示意图集中城供热确，总赚面积钥：86平米讨，测衫试房桶没安伍装散涉热器稿，面肌积：20普.2平米旗。43测试驾结果测试惭时间衔：20纽奉04述.1检.3匀1-姿3.汤15蓄热残电暖认器运袄行时广间：2.扰6-仪3.川15，共总计39天。各测点温度曲线

44室内平均温度曲线45蓄热冠与普岁通电瓶暖器哨耗电荒费用贩比较房间卵建筑凭面积证：20另m2；采暖埋热指葬标：当地您节能纤建筑捆耗热评量指