基于真空管集热器的热风储能装置应用设计研究

基于真空管集热器的热风储能装置应用设计研究摘要随着我国经济的快速发展，能源的消耗速度和需求量都日益增长。能源消耗过快是个不好的讯号，如果没有采取应对措施，这意味着接下来很长一段时间不仅经济发展成问题，而且还会给环境造成巨大的压力。而目前最为主流和重要的应对措施是进行清洁能源的开发和利用，它已经成为我国能源甚至是全世界的能源发展的大趋势。太阳能是一种清洁且高效的新能源，与传统的化石能源相比，它是可再生的，而且是取之不尽，用之不完的。任何事物有优点就会有缺点，太阳能也不例外。例如太阳辐射具有显著的稀薄性、间断性和不稳定性。为了能应对以上太阳能的缺点且有效利用太阳能，因此人类发展出了蓄热技术。有了蓄热技术，我们就可以连续使用太阳能。说到蓄热技术，不得不提另一种物质——相变材料。可以这样说，蓄热技术以相变材料为基础，因此研究如何让相变蓄能材料更好的蓄能是发展蓄热技术的必经阶段。本文的实验是基于真空管太阳能集热器的热风相变储能的研究，采用的相变材料为石蜡/石墨复合相变材料。简单来说，首先我们需要自制一个装有相变材料的储能罐，因为我们是研究热风储能，这个储能罐又叫热风式相变储能罐。然后将热风通往储能罐里，通过T型热电偶和数据采集仪对整个相变储能过程相变材料的温度进行实时的采集，通过采集的数据，得出结论。而本实验的热风是基于真空管太阳能集热器获取。当然，考虑到实验条件的限制，我们自制了一个变压可调热风系统，这在本文里有详细的介绍。本实验主目的要是利用自制的热风系统，研究相变材料的储能特性。利用研究得出的储能特性，从而在条件允许例如太阳能充足的情况下，通过真空管集热器吹出来的热风将太阳能储存起来。本实验主要探讨了石蜡/石墨复合材料在熔化和凝固过程中的传热特性，并且在相变蓄热实验中，着重研究了热风温度和风速对石蜡/石墨复合材料熔化过程的影响。数据分析表明，我们自制的储能罐是有效的，是可以储存热风中的热能的。并且热风温度越高，蓄热越快；风速越大，蓄热越快。所以本文实验的成功之处可为基于真空管集热器的热风储能提供一个大体的参考。关键词：太阳能，热风储能，储能罐，相变材料

AbstractWiththerapiddevelopmentofChina'seconomy,energyconsumptionanddemandareincreasing.Excessiveenergyconsumptionisabadsignal.Ifnoresponsemeasuresaretaken,thismeansthatforalongtime,notonlywilltheeconomydevelopintoaproblem,butitwillalsoputtremendouspressureontheenvironment.Atpresent,themostmainstreamandimportantresponsemeasuresarethedevelopmentandutilizationofcleanenergy.IthasbecomethegeneraltrendofenergydevelopmentinChina'senergyandeventheworld.Solarenergyisacleanandefficientnewenergysource.Comparedwithtraditionalfossilenergy,itisrenewableandinexhaustible.Everythinghasadvantagesanddisadvantages,andsolarenergyisnoexception.Forexample,solarradiationhassignificantthinness,discontinuity,andinstability.Inordertocopewiththeaboveshortcomingsofsolarenergyandtoeffectivelyusesolarenergy,humanshavedevelopedthermalstoragetechnology.Withheatstoragetechnology,wecanusesolarenergycontinuously.Whenitcomestothermalstoragetechnology,youhavetomentionanothersubstance,thephasechangematerial.Itcanbesaidthattheheatstoragetechnologyisbasedonphasechangematerials,sostudyinghowtomakephasechangeenergystoragematerialsbetterenergystorageisaninevitablestageinthedevelopmentofheatstoragetechnology.Theexperimentinthispaperisbasedonthestudyofhot-airphasechangeenergystorageofvacuumtubesolarcollectors.Thephasechangematerialusedisparaffin/graphitecompositephasechangematerial.Toputitsimply,firstweneedtomakeastoragetankwithphasechangematerial,becausewearestudyinghotairstorage,whichisalsocalledhotairphasechangeenergystoragetank.Then,thehotairisledtotheenergystoragetank,andthetemperatureofthephasechangematerialinthewholephasechangeenergystorageprocessiscollectedinrealtimethroughtheT-typethermocoupleandthedataacquisitioninstrument,andthecollecteddataisusedtodrawconclusions.Thehotairofthisexperimentisbasedonthevacuumtubesolarcollector.Ofcourse,consideringthelimitationsoftheexperimentalconditions,wehavemadeavariablepressureadjustablehotairsystem,whichisdescribedindetailinthisarticle.Inthisexperiment,theheattransfercharacteristicsofparaffin/graphitecompositesduringmeltingandsolidificationwerediscussed.Inthephasechangethermalstorageexperiment,theeffectsofhotairtemperatureandwindspeedonthemeltingprocessofparaffin/graphitecompositeswerestudied.Dataanalysisshowsthatourhomemadeenergystoragetanksareeffective.Andthehigherthehotairtemperature,thefastertheheatstorage;thehigherthewindspeed,thefastertheheatstorage.Therefore,thesuccessofthisexperimentcanprovideageneralreferenceforthelaterhotairstorage.Keywords：Solarenergy,hotairenergystorage,energystoragetank,phasechangematerial目录1绪论 绪论1.1实验背景及意义人类的生活处处离不开能源，能源是我们生存的物质基础。对一个国家而言，促进经济增长离不开能源的发展；对推动整个世界的发展而言，它更像一个永动机，永不停止地推动着世界的运转。能源不能枯竭，至少在目前看来如此。中国是一个能源生产大国，但同时也是一个能源消费大国。所以我国的能源相对来说还是比较匮乏。新中国成立初期，我国正处在一个急需改革和发展的阶段，对能源供应体系这方面的考虑自然还成不了一个系统。经过六十多年的探索与发展，现在我国已经有了一套完整的能源供应体系。现在我国的能源供应体系是以煤炭和电力为主，在摆脱以往仅仅依靠石油天然气等化石能源的同时，大力发展太阳能等可再生能源。从世界的能源发展利用来看，目前我国对各种新能源和可再生能源的开发和利用是排在世界前列的，我国正稳步跟进世界能源发展趋势，逐步降低对煤炭等化石能源的过渡依赖，大力开发和发展太阳能等新能源[1]。从长远来看，煤炭和石油等化石能源的过度使用会对环境造成污染，而且这个污染的代价是难以用增长起来经济来弥补的。因此，对环境友好的新能源引起了人类的关注，特别是太阳能，它是清洁和高效的新能源的代名词。在我国，太阳能的利用在各个方面都有体现，而太阳能热利用是其中使用最普遍的太阳能技术，它的热利用形式包括太阳能发电、太阳能制冷、太阳能热水、太阳能供暖等。而本实验所用到的真空管太阳能集热器就是太阳能热利用的一个例子，它是一种吸收太阳辐射能量并向其内部工质传递热量的装置，也是一种特殊的热交换器[2]。一个国家的经济和社会要实现可持续发展，除了和平这个大前提，能源利用效率能否提高也是一个极为关键的因素。关于如何提高能源利用率的问题，自从进入工业革命以来人类就在不断的研究。可提高能源利用率的手段如此之多，储热技术就是其中之一，这正是本实验的研究内容。长期以来，储热技术都受到人们的重视，关于它的研究已成一个系统。直到今天，它仍旧处于迅猛发展的阶段。据研究表明，在大部分工业生产过程中余热损失在燃料总消耗中所占比可高达67％，大部分的能量是直接浪费掉的，而能够借助储能设备储存起来的热量也仅仅可占总余热量的60％[2]。我国正处于新型工业急速发展的阶段，烟气排放比较多，所以烟气余热资源较为丰富。在这个大前提下，更加为工业余热回收技术的发展创造了得天独厚的条件。但是很多事实表明，当前很多普通的余热回收方式根本不能做到将烟气余热的能量充分回收，问题是当前大部分工业烟气余热资源多都存在两个常见的缺点，一是不稳定，二是连续性不足。普通的余热回收方式自然无法解决这两个缺点，这就让余热资源的回收率大大降低。因此，如果有一种新的高效的余热回收技术而它又能克服上述余热利用过程中的一些难点的话，将会对我们国家提倡的构建节能减排的社会具有很重要的现实意义。经研究发现，相变蓄热技术能够满足上述技术要求，这种技术的原理是利用物质在发生状态变化时将吸收或放出大量的热量来进行能量的存储与释放，而该物质我们称为相变材料[3]。我们知道，从本质上来看，储热技术一般可以分为三种类型：潜热储能、显热储能和化学反应储能。而本文的关键词是潜热储能。撇开化学反应储能，就潜热储能与显热储能而言，显热储能明显简单直接，甚至通常有直观的感官感受。例如，慢慢加热一杯水，在水沸腾前，可以直观看到插在水杯里的温度计的温度在上升。而显热储能就没那么直接了。从微观上看，它与前者相比不仅具有更高的储能密度；从宏观上看，它的储能放能过程是容易控制的，且是一个接近等温的过程。因此非常适于解决当今遇到的能量供给难题与需求失衡难题。甚至可以这么说，只要继续发展相变潜热储能技术，提高能源利用率或者改善能源结构都不是难题。正是这种研究上的趋势，因此，可以实现潜热储能的相变材料不仅应运而生，而且一直处于发展的阶段[4]。相变材料(PCM)是指在温度保持不变的情况下，单就改变物质物理状态就能提供潜热的物质。物质有固液气三种状态，当其中一种状态向另一种状态发生转变时，我们称物质发生了相变过程，在此过程中相变材料将吸收或释放大量的潜热。将相变储能技术与建筑围护结构相结合，能够增大围护结构的传热热阻，降低供热（或制冷）峰值功率，缓解室内温度波动，维持室内温度在舒适的温度范围内，从而有效降低建筑能耗。本实验就是将从太阳能真空管集热器出来的热风或电热器出来的热风通过带有翅片管换热器的储能罐，研究其储能特性，为太阳能热风储能提供一些参考，也为当下推行的节能建筑提供一些参考。1.2相变储能技术的研究历史及进展20世纪70年代初，正值第一次能源危机爆发，这使很多西方国家将焦点从一味地发掘新能源转移到相变蓄能材料的理论和应用研究这一领域上，各个国家都希望在发现可用的新能源之前，能够利用相变储能提高能源的利用率和连续性。从那个年代起，不仅西方国家，我国也开始对传统的无机盐、无机水含盐、金属等相变材料进行了持续不断的研究，研究方式更是从单一的研究某种物质到系统地研究某一类相变材料。例如，日本科学家在20世纪70年代早期就开始对水合硝酸盐做了大量的实验研究，并取得了不错的成效。除此之外，磷酸盐、氯化物等相变物质也是他们的主演研究对象。他们将研究过的相变材料直接用于工业的余热回收[5]。而德国的Krichel等人[6]与日本科学家的目的不同，他们希望可以带给人们对这些相变材料更为直观的认识，于是这些研究者主要绘制了大量相变材料的物性图表。从他们的物性图表可以看出，如果应用在100℃以下的低温领域，石蜡、水、盐和水合盐无疑是首选的相变材料，在这个温度区间下这些相变材料可以发挥它们最大的优势。相比日本和德国，美国的研究更为成熟和全面。美国科学家在相变材料的制备、相变储能装置设计、蓄放热特性等方面做了详细的研究。例如，美国的Petri等[7]通过实验将大量的无机材料进行复合，希望找到最适合的复合搭配。终于，他们的实验是世界上首先制造出了Na2CO3—BaC03/MgO复合无机材料的，这种复合相变材料的储能特性与优点都很明显。接下来有人对含铝硅合金相变材料进行了深入研究，比较有代表性的是美国的Schmidt[8]，他通过大量的实验发现，颠覆了一个大家信以为真的事情。一般以为液相的硅铝合金的比热容会随温度的改变而产生变化，他的研究表明，是不会产生明显变化的。同时他还指出，增加硅铝合金中硅的含量会明显改变材料的储热性能。美国的Mobley等[7]更是有一个大胆的突破，针对相变材料对容器会有腐蚀等问题，他想省去相变材料的盛装容器，经过对过共晶合金储热球的成分进行了分析研究，他指出，如果过共晶铝硅合金中的硅的含量不算太高，完全可以把那些硅含量中的一小部分提取出来用于制作一种外壳，或者可以称之为硅外壳。它的体积可随意调整，使之可以刚好将含硅的铝合金储热球包裹住，这样材料不与盛装容器直接接触，就不用担心腐蚀的问题。21世纪初期，对相变材料的研究更多地进入了模拟实验的阶段，比较有先驱性的是Giovanni等人[9]。他先在平板型蓄能容器进行了大量的数值模拟和实验研究，并随时监测相变材料的温度变化，结果显示完全可以用模拟来指导实验。除此之外，不仅仅平板型蓄能容器可以，在其它蓄能容器实验也得到了成功的验证。有了前人的模拟实验经历，2005年，Shatikian.V等人[10]利用Fluent软件对换热管内部加有微肋片的相变蓄热单元进行了数值模拟和分析研究，他研究的变量有两个：一是不同的肋片尺寸，而是不同的肋片形状，研究两个变量与蓄热性能存在怎样的联系。近年来，我国的能源问题日益突出，因此对建筑节能也越来越重视，关于相变材料和它应用于建筑方面的研究也越来越多，特别是将太阳能热风装置与相变储能技术结合起来应用到建筑上成为当下的研究主流。最初，相变材料作为高效储能介质，应用领域比较广泛，但在建筑材料中应用较少，研究的重点主要包括相变材料物理化学性质、传热特性和稳定性等。从2000年到2010年近10年间，国内外的研究者对新型相变材料的热物性及工业生产应用做了系统性总结，这些总结包括新型相变材料的相变原理、传热效果、数值模拟方法、物理及化学特性等，详细成果在文献[11]-[15]里。1.3相变材料的常见应用1.3.1相变材料与太阳能利用技术相变材料与太阳能利用技术方面结合是目前的一大研究热点，目前的研究成果甚多，归结起来其实就只有以下三个方面：（1）用于太阳能光伏相变储能系统当中，应用机理是使用相变材料的良好蓄放热性能大幅度降低太阳能电池的工作温度，通过这种方式来提高光电转换效率；（2）用于太阳能光伏光热相变系统，也就是应用于发电和发热；（3）用于各种不同的太阳能集热器结构的探索和研究，即改进太阳能光热储能系统[4]。1.3.2相变材料与新型混凝土混凝土在养护过程中容易产生温度裂缝，这对于以混凝土为主要材料的建筑围护结构或者路面来说，极其容易受冻融破坏而影响使用耐久性。以建筑围护结构的应用为例，相变材料在整个相变过程可以吸收或者释放很多的热量，从而可以提高围护结构热性能，与此同时还可以调节室内温度的变化，因此可以改变以往工业上每隔一段时间就要更换墙体的问题。工业上将相变储能材料混合在混凝土中制作产生的相变储能混凝土，其制作机理是运用相变材料在实际储能过程中实现能量在空间以及时间上的转移利用。相变材料和混凝土结合的工业应用产品有相变控温混凝土道路、相变储能混凝土围护结构等，这些工业应用产品为绿色城建的发展提供了原材料[16]。1.3.3相变材料与余热/废热回收有工业生产的地方，就会有热量的投入和产生。在整个生产的过程中，多多少少会产生余热和废热，这些热量以往很多时候是白白浪费掉了，后来开始有人提出将这些热量回收再利用，而相变储能材料就在这里派上用场了，它的相变储能特性完全可以将这些余热和废热储存起来，从而进行二次工业及生活上的利用。工业上主要运用到的是中温相变材料或者以熔融盐为主的高温相变材料，而在工业上用来作为封装的材料主要有三种：金属基材料、陶瓷基材料和炭基材料[17]。1.3.4相变储能材料与建筑节能相变储能材料应用在工业建筑节能方面主要是表现在运用于工业建筑常规围护结构和供热、供冷系统。在这里主要对国内外在围护结构方面作一个简单的介绍。国外关于这方面的研究比较有代表性的是美国Delaware大学储能研究所的成果，该研究所打破常规的思维方式，利用Na2SO4﹒10H2O作为墙体原材料，研制出性能稳定的可以控温的相变墙系统[18]。在同样的领域里，国内有谭羽非等科研工作者[19]的研究，他们运用相变温度比人体舒适温度25℃略高的混合相变材料(质量比高密度聚乙烯：石蜡为1:3)制作成极薄的墙板，然后将这种墙板运用于于寒区地区的工业生产及生活电热膜采暖系统中，通过采用这种墙体结构，目前的电采暖系统正一步步向节能的方向迈进。1.4翅片管换热器换热器，正如它的名字，是可以推动冷热流体之间实现热量传递的工业及生活设备，又名热交换器。依据换热器运用于化工生产制造中的不同，人们对它的称谓也有所变化。例如加热器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，其实本质都是换热器。不仅仅如此，按照不同的分类方法，换热器的工业应用品种也多种多样。随着科技、工艺的发展以及能源的短缺，工业生产对换热器的依赖性越来越强，现代生产要求换热器设备不仅结构紧凑，而且能高效地进行换热的工作。这促使人们不断追求，期望可以将换热器的优点提升到上述水平。经过对传统的几大类换热器进行研究发现，翅片管换热器是解决问题的关键。最初工业上用的翅片管换热器的翅片大多数是无缝平直翅片。经过相关研究者的不断测试和发展，翅片管换热器的管外翅片发生了很多转变。先是与无缝翅片相对的开缝翅片被测试出来，换热效果明显提高了。接着对开孔翅片、波纹翅片、百叶窗式翅片等多种形状的翅片进行测试，无一例外都大大增强了换热效果和提升了安全性能。本实验用到的换热器就为翅片管换热器。它是一种带翅（也称肋片）的管式换热器，按上述的分类方法来看，它属于间壁换热器[22]。翅片管是该类换热器的主要换热元件，翅片管由基管和翅片组合而成，基管通常为圆管，也有扁平管和椭圆管，本实验所用的基管为圆管[23]。2热风式相变储能罐由于我国地域辽阔，太阳能资源丰富，开发利用前景广阔。近几年来的建筑设计中，很多建筑设计师与太阳能研究者构想，希望可以将太阳能直接用于建筑中，在有效地利用太阳能的同时，还能减少电能的使用。也就是使可转换和利用太阳能的设备与整个建筑合为一体，这就是太阳能与建筑一体化技术。当然，目前太阳能与建筑一体化热利用技术还没成熟到给整个建筑供电的地步，不过这会是研究者未来努力的方向，它的技术目前仅仅可解决太阳能建筑供暖与太阳能热水这两方面[24]。太阳能供暖正越来越受到有关研究者的重视和关注，原因是太阳能是清洁的能源，是当前可再生能源的研究热点，利用太阳能来供暖与当前主要的供暖方式（大多需要燃烧煤炭等不可再生能源）不一样。在需要供暖季节和地区，特别是北方和西北一带，如果可以大区域利用太阳能供暖，这不仅可以让常规的一次能源的需求大大降低，还能起到保护环境的作用。无论是对经济还是环境，都是百利而无一害。对于我国太阳能资源丰富、昼夜温差大的地区，采暖建筑室内夜间温度波动大，热稳定性和舒适性都较差。若充分利用建筑围护结构对日间太阳辐射能进行储存，并在夜间向室内释放，可以解决建筑采暖需求和太阳能、室外气温在时序上难以匹配的问题[25]。基于此，本文提出了一种利用太阳能的热风相变储能系统，从大范围上来讲，热风储能也可用于建筑采暖。但本文只是通过实验从定性上得出结论为储能方式和效果为后期研究者提供理论参考。2.1相变储能材料相变储能材料是指在一定的温度范围内，利用相变过程中吸收或释放的潜热来储能或释能的一类物质。我们将物理状态和物理性质发生转变时的过程称为相变过程，在此过程中相变材料可以以比显热储能高很多的储能密度和储能速度进行储能，这就是潜热储能。除此之外，相变材料的储能放能过程是一个容易控制且温度接近不变的过程。本小节主要分两部分来阐述。第一部分是对所有相变材料的分类进行了说明，并且就三类相变材料的优缺点和应用进行了对比。第二部分是对本实验选用的石蜡/石墨复合相变材料的原因和性质分别进行了说明。2.1.1相变材料的分类目前，由于相变储能技术的发展，越来越多的相变材料被制备出来，种类繁多，因此形成了各种各样的分类方式。常见的分类方式是根据相变温度、相变类型、物质类型进行分类，具体如下：（1）相变温度不同按照相变温度不同来分类，相变材料可分为低温相变材料（小于20℃）、中温相变材料（在20℃-250℃之间）和高温相变材料（大于250℃）。目前在工业生产中应用的低温相变材料多为无机盐水溶液。因为它的相变温度低，所以主要应用于蓄冷技术中，例如空调制冷行业。中温相变材料是最常见和应用最广泛的相变材料，它们被广泛应用工业余热回收和太阳能热利用等领域。从化学本质上看，它主要包括绝大部分无机水合盐，当然，大多数的有机材料和共晶盐类材料也属于中温相变材料的范畴。高温相变材料主要包括熔融盐和金属等，由于相变温度过高，高温相变材料主要用于一些高温行业，特别是高新高科技领域。除了应用于热机和太阳能电站外，在人造卫星领域等，都离不开高温相变材料。本实验用的石蜡/石墨复合相变材料属于中温相变材料[1]。（2）相变类型不同物质的物理状态有固态、液态和气态三种类型，但相变材料按照相变类型来分类不是简单地将三种状态排列组合。经过研究分析，目前只有以下四种类型：固-液相变材料、固-固相变材料、固-气相变材料、液-气相变材料。这四种又可以分为两大类，一类是工业上常用的，包括固-液相变材料、固-固相变材料；另一类是工业上很少用到的，就像固-气相变材料和液-气相变材料，往往这两种相变材料储存的热量比前者要多，为什么就不受工业生产的青睐呢？工业生产不仅考虑效率效果，也要看人力和成本。固-气相变材料和液-气相变材料在相变过程中产生的气体，容易使工作的环境区间的体积增大，所以使用的设备要求更为精良，并且人员操作起来比较困难。（3）物质类型不同按物质类型来分类，实质上也就是根据化学性质来分类。按这种方法来分类，相变材料可分为无机相变材料、有机相变材料和复合相变材料三大类。无机相变材料和有机相变材料的优缺点在表2.1有所阐述，这里主要对复合相变材料进行分析。之所以研究复合材料，是因为人们不满足传统的相变材料。所以它的优缺点要与传统材料相比才有意义。它有更明显的熔点，并且有更高的储能密度，稳定性更好；缺点是没有固定的热物性参数，导热系数不高，且成本也不低。表2.1三类相变材料的优缺点[25]分类优点缺点=1\*GB3①适用的温度范围大（20-70℃）=2\*GB3②合适的相变潜热=1\*GB3①导热系数小（约0.2W/(m﹒K)）有机相变材料=3\*GB3③相变过程中体积变化小=2\*GB3②易燃=4\*GB3④热稳定性好=3\*GB3③与塑料容器不相容=5\*GB3⑤化学性质稳定，无毒无害无机相变材料=1\*GB3①熔解热较大=1\*GB3①凝固时有过冷现象=2\*GB3②导热系数大（约0.5W/(m﹒K)）=2\*GB3②对大多数金属有腐蚀=3\*GB3③与塑料容器相容=3\*GB3③相变过程中有离析现象=4\*GB3④价格便宜低共熔混合物=1\*GB3①单位体积储能高=2\*GB3②有明确的熔点热物理性特性参数不易测得2.1.2实验用相变材料的选择相变材料的选择如果考虑得不充分，会影响相变材料的储能效果以及本次实验的效果。本实验的意义是为热风储能提供一个理论参考，而且是基于利用太阳能的基础上的。考虑到我们所处位置太阳的辐照情况和所能提供的热风温度范围，我们需要认真选取相变材料。不同的应用领域，对相变材料的性能要求也不同，我们希望本实验的结论能够为工程上的储能技术提供一定的参考。基于工程上的考虑，我们选用的相变材料必须满足以下几个特点：传热效果要好，有较大的相变潜热和导热系数，相变温度不超过70℃，同时安全性高，不腐蚀封装的换热器。结合以上的特点分析，本实验选用自制的石蜡/石墨复合相变材料。本实验采用的石蜡/石墨复合相变材料是将两者以一定的比例制备而成的复合相变材料，经DSC测试结果可得相变材料的物性参数如下表2.2：表2.2石蜡/石墨复合相变材料的物性参数相变材料导热系数相变温度相变潜热石蜡/石墨复合相变材料1.05W/(m﹒K)46℃257.7J/g2.2传热介质在太阳能的热利用中，常用的传热介质有水和空气。相对于水，空气有很多水所不具备的优点，例如：（1）空气作为传热介质，它的工作温度范围很大，可以满足大部分相变材料的相变温度，并且不存在像水那样有凝固或者冻结导致堵塞的问题；（2）没有腐蚀问题，这个腐蚀包括对整个设备而言；（3）管内有水就会有水垢产生，用空气可以完全避免这个问题；（4）空气的比热容小，也就是说当空气和水接受同样的太阳辐射热后，它可以比介质水更快地产生实验所需的热风；（5）空气对设备的密封等要求没有像水那样严格，即使运行过程中有泄露，对系统的安全运行和提供热风的效率也不会产生较大的影响。因此，本实验选择空气作为基于太阳能真空管空气集热器下的实验传热介质。2.3储能罐的结构本文提出的热风式相变储能罐是自制的，它的结构如图2.1所示。我们的实验思路是：蓄热时，从真空管集热器出来的热风从储能罐的底部进入罐内与装有相变材料的翅片管换热器发生换热，使相变材料吸热后熔化储能；放热时，相变材料凝固，热量通过换热器与风机直接通进来的冷空气直接接触换热而释放出来。这两个过程我们都对相变材料的温度实时进行采集，以得出结论。相变材料的用量及利用率，直接影响着该热风式相变储能罐的结构和储能效果。也就是说，储能罐的结构不能随便决定，必须经过严密的计算与考虑。经过分析，储能罐的长度、宽度和高度可以由负荷计算及考虑实际应用条件确定。最终，确定了储能罐的物理模型，它长度为750mm，宽为640mm，高为670mm。储能罐的箱体材料采用外围包有绝热棉的特制，该特制木板有良好的绝热性能。箱体内有八台装有相变材料的翅片管换热器，如图2.2所示。换热器呈四层水平布置，每层两台。上下两层换热器之间设置有起支撑作用的支撑架，考虑到换热器的高度，两支撑架的距离设为220mm。下层换热器与箱体底部的距离为190mm，留有该空间的目的是底部必须装设一个布风板，使得从底部进来的热风均匀往上流动，使换热效果和蓄热效果达到最理想的实验状态。箱体的上下底板中心开有一个直径为100mm的圆孔。该圆孔分别为进风口与出风口。图2.1储能罐图2.2翅片管换热器相变材料被封装在翅片管换热器的基管中，之所以选用翅片管换热器，是因为装有翅片扩大了传热面积，使传热效果达到最好，使相变材料可以充分吸收热风的热量，实验时可达到最好的蓄放热效果。加上这类换热器导热系数较大，相变材料在凝固过程中释放的热量也能很快传递到箱体内，与通进来的冷风进行换热。本实验以直径为100mm的特制塑料管作为输送热风的管道，管道外围缠有一层绝热棉，绝热棉外围再缠上反光膜。这不仅可以减少热风在输送过程中的热量散失，还起到了在下雨的时候防水的作用。管道将热风系统与储能罐连接，将从真空管集热器出来的热风送往储能罐。2.4本章小结本章针对研究的目的和能源现状，提出了实验方案和热风式相变储能罐的结构，阐述了实验的思路，同时介绍了实验的主体——相变材料，包括它的分类和常见应用。接着阐述了传热介质的选择，确定了石蜡/石墨复合相变材料作为该储能结构的相变材料。同时，比较了光热利用中常见的两种传热介质：水和空气，选择了空气作为该结构的传热介质。然后介绍了该储能罐的结构和设计的来源，为下一章的实验分析提供了条件。3储能罐的实验研究本章先以热风式相变储能罐为实验对象，对储能罐的蓄放热特性进行了研究，主要研究两个变量对其的影响，这两个变量为热风的进口温度和风速。本实验主要分为蓄热过程与放热过程。本章除了研究储能特性，在此之前，同时介绍了两套热风系统，一套以太阳能真空管集热器为主体，另一套为以加热管和调压器组成的变压可调热风系统。本章对它们的构造与原理分别进行了说明，最后分析实验结果，得出结论。3.1实验系统根据本课题制定的实验方案，我们在工学三号馆设计并搭建了热风式相变储能罐的热风储能特性的实验系统，如图3.1所示。该实验系统主要由三个部分组成：热风系统、相变储能罐系统、数据记录系统。但需要说明的是，由于太阳能集热器的热风温度难以控制，同时加上天气条件的限制，本实验所需的热风如果仅仅依靠太阳能空气集热器提供明显不够，因此在此增加一套热风系统——以加热管和调压器组成的变压可调热风系统。因此，本实验主要是通过该自制的热风系统研究相变材料的储热性能，从而在太阳能充足的时候为真空管集热器的储能研究提供良好的参考。图3.1实验系统（实物图）3.1.1热风系统热风系统由风机和真空管太阳能空气集热器或者变压可调热风系统连接组成。往相变储能罐输送热风的管道只有一根，并且所需的热风量不多，本实验选择的风机是管道式换气扇，如图3.2所示。管道式换气扇可提供的风量范围是690-840m3/h，额定功率为200W。它的工作原理简单来讲就是电机转动带动风机叶轮旋转，从而带动叶轮中叶片之间的气体旋转。在离心力的作用下气体被以很高的速度甩出，然后通过出口风排出。上述的动作会导致叶轮处的压强迅速降低，甚至达到了负压的状态。在达到负压的同时，外界气体在大气压的作用下被压进叶轮，也就是补充了被甩出的气体，从而完成循环的吸气排气的过程。图3.3管道式换气扇（1）真空管太阳能空气集热器系统真空管太阳能空气集热器的结构比较复杂，不过可以将复杂的结构拆分为三大部分来研究：集热部分、传热部分和换热部分。本文只对集热部分作简单的介绍，本次实验所用的空气集热器是由24根直通式全玻璃太阳能真空集热管和左右两根分配管和集合管组成，每一根根集热管实际上由三段构成，而分配管和集合管都是PVC管材料，如图3.3所示。本实验所提供的空气集热器的整个长度为5m，宽度为1.8m，呈45°倾斜布置于楼顶上以接收太阳辐射。集热部分主要的主要构成是翅片和真空管。真空管是一台空气集热器的的灵魂，它是整台设备的核心部件，一根真空管实际上都是由两根管子组成，也就是内管和外管。内外管之间有真空夹层。内外管的外观看似普通的玻璃管，实际材料是高硼硅，是一种专门用于仪器制作的特殊玻璃。内层玻璃管镀有选择性吸收涂层，它的作用是对太阳的辐射热进行选择性的吸收，而内外层之间之所以被抽成真空的目的是为了降低热损失。用作集热器的真空管与普通真空管的最大差别是两端开口，一端为流体进口，另一端为流体出口[24]。真空管的内管腔一般会装设有翅片部分，装设翅片的目的显而易见，为了加强管腔内的热量向热管的传导，它的主要材质一般为铝合金。图3.3真空管太阳能空气集热器（2）变压可调热风系统本实验用的变压可调热风系统自制，如图3.4所示。它主要由箱体、加热管和调压器组成。考虑到本实验所需的热风温度，通过传热计算和安全考虑，最终确定热风系统的箱体由木板组成即可满足实验要求。图3.4变压可调热风系统考虑到热风的流动情况和电热管的几何尺寸，箱体的长宽高严格按照计算得出。最终确定箱体的长为560mm，宽为210mm，高度为160mm，箱体的左右侧板中心开有一个直径为100mm的圆孔，作为进出风口，箱体外表面包裹有保温材料，保温材料由内层为耐高温棉，外层为绝热棉组成，如图3.5所示。两根远红外石英加热管长40mm、直径18mm，额定电压和额定功率分别为220V和400W。两根加热管置于箱体里面的底板上，安装距离为70mm，如图3.6所示。经过对热风温度和箱体内温度的分析计算，为了加强加热管与空气之间的对流换热，我们在管的表面增设了翅片。图3.5热风系统箱体图3.6加热管3.1.2热风系统的工作过程本实验的目的利用真空管太阳能集热器或者变压可调热风系统制造热风，将热风通入相变储能罐研究它的蓄热性能；然后将风机与储能罐直接连接，研究储能罐的放热阶段的相关特性。以集热器为例，在蓄热阶段，风机先和集热器的进风口连接，然后冷风进入分配管，通过分配管进入24根全玻璃真空管内。此时由于装设有翅片的内管里的选择性吸收涂层对太阳光的吸收，传热介质被吸收的热量所加热，而从分配管过来的冷风通过与传热介质进行热交换变成热风，热风经由集合管通过出风口排出，通过热风输送管从储能罐的底部进入箱体内。在放热阶段时用到的设备相对简单，不用热风系统，直接将冷风管道与储能罐箱体连接，将冷风吹进冷却相变材料。所以，实验过程中我们必须严格控制进口热风的温度和速度，这是实验的关键[26]。同理，如果以变压可调热风系统为例，则是两个加热管在箱体内部并联后与调压器连接，先保证鼓风机的档位不变，保持风速恒定，然后通过调整加热管两端的电压，以调节加热功率，获得实验所需的合适的热风温度；然后，保持调压器的输出电压不变，调整鼓风机的档位，以获得实验所需的风速。本实验用于测量热风温度和速度的仪器为热线式风速仪，如图3.7所示。图3.7热线式风速仪3.1.3相变储能罐的实验阶段储能罐长度为750mm，宽为640mm，高为670mm。储能罐的箱体材料采用外围包有绝热棉的特制木板，该特制木板有良好的绝热性能。箱体内有四台装有相变材料的翅片管换热器，呈两层布置，每层两台。箱体的上下底板中心开有一个直径为100mm的圆孔。该圆孔分别为进风口与出风口。箱体底板中心穿过一根直径为100mm的塑料管，作为热风进入箱体的流道。热电偶从箱体顶部伸进储能罐里，然后从翅片管换热器的流体进出口插进去，与管内的相变材料接触。装设热电偶时要注意对进出口的密封，否则做蓄热实验时熔化的相变材料会漏出来。所以T型热电偶的头部带有塑料封装盖（如图3.8所示），可以防止相变材料熔化后从管内流出来。热电偶一端与相变材料接触，另一端与数据采集仪连接，从而可以采集到相变材料蓄放热阶段的温度随时间的变化。整个箱体外表面包裹有绝热棉，绝热棉外层裹有防水且保温的反光膜。试验储能罐在蓄热阶段时，热风从翅片管的表面流过，将热量传递给石蜡/石墨复合相变材料，相变材料吸收热量后，温度不断升高，达到它的固定熔化温度后就会发生状态的改变，此为相变过程，在此过程中实现相变储能。在放热阶段时，热量通过换热器表面的翅片与箱内通进来的冷风进行对流传热，从而石蜡/石墨复合相变材料的温度不断降低直至凝固。图3.8封装盖3.1.4数据记录系统本实验需要记录的数据主要有3个：石蜡/石墨复合相变材料的温度、热风的进出口温度和热风速度。温度通过T型热电偶和Agilent34972A数据采集仪（如图3.9）进行测量、采集。风速可以由风速仪测得。T型热电偶的材质为铜和康铜，首先，我们将一端绞状点焊后，然后从换热器的进出口伸进去与管内的石蜡/石墨复合相变材料接触，下一步给热电偶贴上标签，编号分别为1-10，最后将另一端分别与Agilent板卡里的1-10采集通道连接，构成闭合回路。它的工作原理是当两端接点的温度不同时，回路中会因为热电效应而将产生热电势，有了热电势的大小，数据系统即可计算出两个接点的温度差。之所以不采用其他温度计，除了实验需求之外，热电偶测温有足够的测量精度、较好的动态响应、工作可靠。在测量前，采用恒温水浴，对热电偶进行了静态标定。Agilent34972A数据采集仪是一种精度为6位半的带通讯接口和程序控制的多功能数据采集装置，它支持直流和交流电压、直流和交流电流、二线/四线电阻、频率等多种信号的测量，具有数字量输入/输出、定时和计数功能。本实验的进口热风速度通过热线式风速仪（如图3.7）来测量。图3.9Agilent34972A数据采集仪该相变储能实验共布置10个热电偶。储能罐里的8台换热器，每台需要一个测温用的热电偶，编号分别为T1-T8。如图3.10所示。另外两个热电偶分别布置于热风的进出口端，编号分别为T9和T10，用于测量热风的进出口温度。在后期的实验改进中，考虑到实验时间过长，一天内的气温有所变化，我们打算增设多一个通道，采集系统周围的大气温度。与翅片管换热器里的相变材料的体积相比，8个热电偶的体积可忽略不计，因此忽略热电偶对相变过程的影响。图3.10储能罐里的热电偶测点布置图3.2实验步骤（1）开启电脑，接通Agilent数据采集仪的电源，配置T1-T10采集通道，扫描每台换热器内相变材料的初始温度和进出风口的温度，并检查各热电偶是否正常工作；（2）开启管道式换气扇，通过调速器调节空气流速，再接通调压器的电源，将加热管加热，调节调压器的电压以改变加热管的发热强度，获取实验所需的热风温度；（3）待热风进口温度和风速稳定后，将通有热风的管道与储能罐的底部开口连接，开始进行储能罐的蓄热实验，同时Agilent数据采集仪开始扫描，并打开软件图像窗口，一直监测8台换热器中相变材料随时间的的温度变化，扫描的时间间隔为10s，持续时间为5h；（4）5h末，关闭管道式换气扇、调压器等，暂停Agilent数据采集仪的扫描，导出蓄热过程的实验数据；（5）将管道式换气扇直接与底部的进风口连接，继续Agilent数据采集仪的扫描，待相变材料的温度下降至室温时停止扫描，导出放热过程的实验数据；（6）关闭电脑和Agilent数据采集仪，收拾和拆卸工具，整理实验台。需要说明的是，管道式换气扇连续工作5个小时，会将电能转化成一部分热能，导致自身提供的冷风有一定的温度、速度波动，进而导致热风在相同的加热功率下也有一定的温度和速度波动，不过与实验所需温度和风速相比，可忽略不计。3.3相变材料的蓄放热特性本实验的相变储能罐的一个工作周期是相变材料完成一次熔化—凝固过程，包含了蓄、放热两个过程。本节对一个竖直放置的储能罐进行了蓄放热实验（热风上进下出），8台装有相变材料的换热器呈4层布置，每层两台。最终得到了8条相变材料在蓄放热过程中的温度变化曲线。根据结果不难发现，T1和T2的曲线基本重合，这是因为从热风流动的竖直角度来研究储热蓄热时，T1和T2处于同于水平面上，所以它们的相变材料的温度变化随时间基本相同。同理，T3和T4，T5和T6，T7和T8的曲线也分别都基本重合。在研究相变材料的蓄放热特性时，我们控制热风进口温度为54.2-56.3℃，速度为6.9-7.2m/s；实验时空气温度为25℃。图3.11是相变材料蓄热过程中，石蜡/石墨复合相变材料的每隔10秒的温度随时间的变化。上面提到的曲线重合问题，为了让曲线便于观察，重合曲线只展现出T1和T2，其他同类重合曲线隐藏。因此8条曲线实质上我们分析4条即可得出该相变材料的储放热特性。从曲线图的大体趋势可知，在没有达到相变温度时，固态相变材料显热蓄热，温度也从室温慢慢上升，温度上升的速率没有太大的起伏。随着相变材料不断吸热，它的温度不断升高，达到熔化温度相变材料发生相变并进行潜热蓄热，由于是潜热蓄热阶段，这个阶段它的温度上升很慢或近似保持稳定，当相变材料完全熔化时也就是成为液态时，开始进入液相显热蓄热方式。例如，T1在60min时达到46℃并开始熔化，且在短时间内完成相变过程，此时为液相的相变材料。T1离进风口的距离只隔着布风板，所以热风进来的第一时间是经过T1和T2，因此T1的升温速率比其它水平面上的测点要快。在第60min前，相变材料没有熔化，是固相显热蓄热阶段，从曲线中可以看到温度得很明显，不过越接近60min，升温速率越慢，这是因为快要达到相变温度；当第60min末，相变材料开始融化后，速率开始降下来，或者有点平缓的迹象，此时处于固液相共存的潜热蓄热过程，温度基本保持不变。T3在T1的正上方，热风到达的温度没那么快，所以熔化所需的时间增加，在90min末达到相变温度开始熔化。在相变完成时温度陡增，随后进入液相区显热蓄热。温度出现细微的上升的原因是T3的位置容易让相变材料处于固液共存的状态。T5的温度变化速率至此至终比较平缓，特别是在熔化点温度附近上升缓慢，它没有出现温度陡增的现象。这是由于它的位置离热风进口侧比较远，下方的T1和T3的相变蓄热需要大量的热量，因此直到第130min末，T5的温度才到达相变温度并开始熔化。T7在最顶层，离出风口的垂直距离只有3cm，而且下层还有3个换热器，因此它的温度上升最慢，在160min末开始熔化，最后相变材料的温度并没有与热风的温度相同，这是因为实验持续时间为5h，T7在实验结束前的30min才熔化完。可见，沿热风流动方向，相变材料的相变时间逐渐增加。这是由于热风与相变材料的温差越来越小，且石蜡/石墨复合相变材料的导热系数不大，可传递的热量越来越少。图3.11石蜡/石墨复合相变材料的温度变化（蓄热过程）图3.12是相变材料放热过程中，石蜡/石墨复合相变材料温度随时间的变化。放热初期，已经熔化的相变材料与通进来的冷风温差大，热量主要通过自然对流传递给储能罐内的冷风，相变材料的温度快速降低。T1离冷风首先接触，自然对流作用非常强烈，所以它的温度下降速率比较大，大概在第30min末开始到达相变温度。但是到达相变温度后，温度并没有立即平缓，说明相变材料凝固时需要一定的过冷度。在第45min末温度处于41℃附近后开始保持不变，可以得出，此时T1的相变材料开始凝固。此后的70min相变材料开始处于凝固放热，也就是释放潜热，此时温度变化趋缓。而后下降较为迅速，这是显热放热阶段。其次到达相变温度的是T3，接下来是T5，最后是T7。T3、T5和T7均观察到有相变材料温度变化很缓慢的放热凝固时间段，但凝固时间有所不同。处于相变温度附近时，温度一直趋于平缓有两个方面的因素：一方面，是相变材料凝固过程本身的物性导致；另一方面，是由于凝固的相变材料抑制了自然对流作用，且它的导热系数低，削弱了热传递。当相变材料完全凝固后，热量主要通过导热、和自然对流传递到储能罐内，也就是显热放热阶段。最后，温度向室温靠近趋于平缓，主要是因为换热器内外温差很小，几乎没有散热，温度进一步降低至室温25℃。图3.11石蜡/石墨复合相变材料的温度变化（放热过程）3.4风温和风速对储能结构热特性的影响当储能罐的几何尺寸和选用的换热器数量确定后，所能封装的相变材料量也就确定了，所以结构的储能效果取决于真空管太阳能空气集热器或者自制变压可调热风系统提供的热风。控制热风的相关参数是本实验的关键。事实上，由于地球的自转，太阳的辐射热在一天中是变化的，从真空管集热器出来的热风的温度也是变化的。加上天气限制，本实验的热风主要由自制的变压可调热风系统提供。考虑到热风的速度过大，会增加风机能耗和噪声；速度过小，又会影响相变材料的储热性能。从传热学中可知，影响传热的因素有很多。但所有的因素当中，直接可以改变的就是传热温差和传热系数。对于热风储能来说，因为热风的温度影响的是传热温差，而速度影响的是传热系数，我们只要针对这两个变量来设定实验工况即可得出该相变材料的储能特性曲线。所以，本节主要研究了热风的进口温度和速度对于储能罐储能特性的影响。实验时，室内环境温度为25℃，储能单元竖直放置，热风上端进下端出，根据控制变量法共设定了5种工况，见表3.2。表3.2实验设计工况工况序号风温范围（℃）风速范围（m/s）平均风温（℃）平均风速（m/s）149.1-51.26.9-7.250.07.1254.2-56.36.9-7.255.27.1359.2-61.06.9-7.260.17.1454.2-56.35.0-5.455.25.2554.2-56.38.8-9.255.29.03.4.1进口热风温度的影响图3.13和图3.14给出了储能罐内T1、T3测点处的相变材料的温度随热风进口平均温度的变化。该实验将风速稳定在7.1m/s，然后改变三次风温。从T1的曲线看，相变材料的温度随着热风平均温度的增加呈非线性增加。当处于最高平均风温60.1℃时，在相变前后的温度变化率也随着热风平均温度的增加而增大，并且比处于另外两个风温下的变化率要大。这是由于热风温度越高，与相变材料的温差越大，传递的热量也就越多，所以相变材料的温度上升就越快。它在第40min开始达到相变温度，比另两个要更早熔化。同时，根据相关资料的查阅可知，液相石蜡/石墨复合相变材料自然对流最强的区域在固液交界面附近。所以，当处于半熔化状态时，即液相石蜡/石墨复合相变材料和固相石蜡/石墨复合相变材料的温差越大，液相石蜡/石墨复合相变材料在固液界面处的自然对流就越强，使得固相石蜡/石墨复合相变材料熔化为液相的时间越短，即相变前后的温度变化率更大。T3处石蜡/石墨复合相变材料在对应的三种风温下的温度变化趋势与T1处相同，只是每个风温下的变化速率都比T1的要小，而且它的相变蓄热阶段明显更长，比T1的时间长了接近30min。因为同一时间下，T3处的温度比T1处要低，它与热风的温差比T1处与热风的温差要小。无论是单独从T1和T3曲线来分析，还是从同一时间下将两者的曲线来对比，都说明了温度越高，蓄热越快。图3.13T1测点相变材料温度随热风温度的变化（取风速v=7.1m/s）图3.14T3测点相变材料温度随热风温度的变化（取风速v=7.1m/s）3.4.2进口热风风速的影响图3.15和图3.16给出了储能罐内T1、T3测点的石蜡/石墨复合相变材料温度随热风进口平均速度的变化。该实验将风温稳定在55.2℃，然后改变三次风速。观察T1的曲线，石蜡/石墨复合相变材料的温度随着热风平均速度的增加而增加。这是由于风速越高，热风与换热器表面的翅片管的强制对流作用越强，对流换热系数越大，传递给石蜡/石墨复合相变材料的热量越多，石蜡/石墨复合相变材料的温度就越高。此外，石蜡/石墨复合相变材料的温度随着风速的增加呈近似地线性增加，尤其是在液相石蜡/石墨复合相变材料显热蓄热阶段。与固定风速改变风温的实验不同，石蜡/石墨复合相变材料在相变前后的温度变化率随着风速的增加变化不大。这可能是由于风速的增加仅强化了翅片管处的对流传热，由此增加的传热量不足以驱动大部分处于基管处的液相石蜡/石墨复合相变材料使其自然对流变化强烈。T3测点处石蜡/石墨复合相变材料的温度变化趋势与T1处相同，但温度变化速率较T1要小。除了温差小之外，热风经过T1后由于阻力等原因风速会有所下降，达不到和T1处的风速，自然对流就相对不强。无论是单独从T1和T3曲线来分析，还是从同一时间下将两者的曲线来对比，都说明了风速越大，蓄热越快。图3.15T1测点相变材料温度随热风速度的变化（取风温t=55.2℃）图3.16T3测点相变材料温度随热风速度的变化（取风温t=55.2℃）3.5实验结论综合整个实验研究，结合数据分析可知，本实验的结论主要有以下4个：（1）本实验自制的热风式相变储能罐在相变储能方面上是有效的，从实验的可行性和得出的数据分析可知。它可以为基于真空管集热器的太阳能热风储能提供硬件上的支持。（2）提高热风温度，可加快相变材料的蓄热。因为升温使传热温差增大，温差越大，导热传热越快。在本实验提供的50~60℃的风温中，风温越高，相变储热效果越好。（3）提高热风速度，也可加快相变材料的蓄热。因为增大风速使对流强度增大，风速越大，对流传热越快。在本实验的5~9m/s的风速中，风速越高，相变储热效果越好。（4）热风的温度比速度对于石蜡/石墨复合相变材料的温度变化影响更大。因为热风的温度影响的是传热温差，而速度影响的是传热系数，而提高传热温差比提高传热系数要容易得多。因此，因为本实验是基于真空管太阳能空气集热器来考虑，我们可以通过提高太阳能光热利用率（即提高太阳能空气集热器的效率）来提升风温，进一步加强储能罐的储能效果。这也表明，该热风储能罐装置在储能方面是有效的，可以为后期研究者在热风储能方面提供一个参考。3.6本章小结本章先介绍了整个实验系统的组成，该实验系统主要由三个部分组成：热风系统、相变储能罐系统、数据记录系统。对每个系统进行了详细的介绍和分析。然后进行以热风式相变储能罐为主体的实验，对储能结构的蓄放热特性进行了研究，并探讨了热风对其热特性的影响，包括风温和风速。结果表明，该自制的储能罐在相变储能方面是有效的。同时热风的温度比速度对于石蜡/石墨复合相变材料的蓄热性能影响更大，换句话说，即提升热风的温度比提升速度更能增加相变材料的利用率，也能增大整个储能罐的蓄热量。参考文献[1]杨青,郭伟,于国清.直通式真空管太阳能空气集热器的实验研究[D].上海理工大学环境与建筑学院,2017.[2]SoylemezMS.OnthethermoseconomicaloptimizationofheatpipeheatexchangerHPHEforwasteheatrecovery[J]．EnergyConversion,2003,25(44):2509-2517.[3]连红奎,李艳.我国工业余热回收利用技术综述[J].节能技术,2011,29(02):123-128.[4]彭犇,岳昌盛,邱桂博,吴朝昀,李建军.相变储能材料的最新研究进展与应用[D].中冶建筑研究总院有限公司,2018.[5]王娟,曹祥.相变储能材料的研究进展[J].广东化工,2008,26(06):75-78.[6]BelenZalba,JoseMMarin,LuisaFCabeza,eta1.Reviewonthermalenergystoragewithphasechangematerials:heattransferanalysisandapplications[J].AppliedThermalEngineering,2003,32(23):251-283.[7]ShinSJ,GuzmanJ,YuanCW,eta1.Embeddedbinaryeutecticalloynanostructures：Anewclassofphasechangematerials[J].NanoLetters,2010,26(10):2794-2798.[8]OroacuteE,deGraciaA.Reviewonphasechangematerials(PCMs)forcoldthermalenergystorageapplications[J].AppliedEnergy,20122,7(99):513-533.[9]MehmetEsen,TeomanAyhan,Developmentofamodelcompatiblewithsolarassistedcylindricalenergystoragetankandvariationofstoredenergywithtimefordifferentphasechangematerials[J].EnergyConversionandManagement,1996,37(12):1775-1785.[10]Shaikian,V,G.Ziskind,RLetan.NumericalInvestigationOfAPCM-BasedHeatSinkWithInternalFins.InternationalJournalOfHeat&MassTransfer48.17(2005):3689-3706.[11]ReginAF,Sol