蓄热技术及其应用

蓄热技术及其应用蓄热技术是缓解人类能源危机的一种重要手段。本文首先介绍了蓄热技术的分类和特点，分析了蓄热技术在国内外的研究情况，又阐述了它在暖通空调等领域的应用状况，最后对蓄热技术的发展进行了展望。Keywords：heatstoragetechnology；phasetransition；HVAC；energysaving在许多能量利用系统中，往往存在着能量供应和需求的时间性差异，造成了能量利用的巨大浪费。蓄热技术是解决该问题的一种有效途径。蓄热技术的核心应用在于调和热能供给与需求在时间和空间上不相匹配的矛盾，在太阳能热利用、电力的“移峰填谷”、废热和余热的回收利用以及建筑节能、暖通空调等领域具有广泛的应用前景。1.蓄热技术分类及特点蓄热技术目前主要有显热蓄热、潜热蓄热（相变蓄热）和化学反应蓄热三种。显热蓄热是利用物质温度的变化来存蓄热量的。常用的显热蓄热介质有水、水蒸气、鹅卵石等。显热蓄热介质来源广泛，价格低廉，系统简单，是目前最成熟、应用最广泛的蓄热方式。潜热蓄热是利用物质在凝固/熔化、凝结/气化、凝华/升华以及其他形式的相变过程中，吸收或放出相变潜热的原理。由于液气或固气转化时，容积变化非常大，不易控制，在实际工程中较难应用，目前有实际应用价值的是固液相变式蓄热。该技术的优势是：蓄热密度大、相变时温度稳定、所用装置简单、体积小、设计灵活等。化学反应蓄热是指利用可逆化学反应的结合热储存热能。化学能蓄热的特点是：可逆性好；正逆反应转变的速率快；蓄热密度比显热蓄热和潜热蓄热都大，可以贮存高温热能；也无须绝热保温，可以长时间的蓄热。但化学能蓄热系统复杂、价格也高。2.蓄热技术国内外研究情况20世纪30年代以来，相变蓄热的基础理论和应用技术研究在发达国家（如美国、加拿大、日本、德国等）迅速崛起。材料科学，太阳能，航天技术，建筑物空调采暖通风及工业废热利用等领域的相互渗透与迅猛发展为相变蓄热研究和应用创造了条件。在相变蓄热的理论和应用研究方面，美国一直处于领先地位。Dr.MariaTelkes等先后在相变材料的配制和性能研究、相平衡、相变传热、相变材料性能改善等方面做了大量工作，并在马萨诸塞州建起了世界上第一座PCM太阳能暖房。60年代，随着载人空间技术的迅速发展，美国NASA大力发展了相变材料热控技术。70年代早期，日本三菱电子公司和东京电力公司联合进行了用于采暖和制冷系统的相变材料的研究。德国也进行了大量相变储能的机制和应用的研究，Krichel绘制了大量PCM的物性图表。近年来，相变蓄热的应用研究主要集中在太空太阳能动态发电系统蓄热，建筑物围护结构蓄热和空调蓄热和工业余热、废热回收系统蓄热。相变蓄热在太阳能热泵的应用研究领域，土耳其K.Kaygusuz等学者研究较为深入[1]。我国是在20世纪80年代初开始着手研究蓄热材料的，而且早期主要研究对象是相变蓄热材料中的无机水合盐类。90年代中期，研究重点才转向有机蓄热材料及固-固相变蓄热材料，但研究的种类和方法还比较少。近年来，国内对相变蓄热材料的研究日益广泛，尤其以相变蓄热材料的组成、提高相变材料蓄热与放热特性以及组合相变材料的开发研制为主。浙江大学、华南理工大学、清华大学在这些方面做了大量工作[2]。但与发达国家相比，我国相变蓄热材料的理论和应用研究还较薄弱，从应用范围来看，国内的蓄热材料目前只是应用在太阳暖房、农用日光温室等领域。在太阳能热泵中的应用研究还处于初始阶段。3.蓄热技术的应用3.1太阳能热储存太阳能是巨大的能源宝库，具有清洁无污染、取用方便的特点。但到达地球表面的太阳辐射具有显著的稀薄性、间断性和不稳定性。为了保持供热或供电装置稳定不间断地运行，就需要蓄热装置把太阳能储存起来，在太阳能不足时再释放出来，从而满足生产和生活用能连续和稳定供应的需要。3.2工业废热、余热回收目前工业热能储存采用的是再生式加热炉和废热蓄能锅炉等蓄能装置。采用蓄热技术来回收储存碱性氧气转炉或电炉的烟气余热以及干法熄焦中的废热，既节约了能源，又减少了空气污染以及冷却、淬火过程中水的消耗量。在造纸和制浆工业中，燃烧废木料的锅炉适应负荷的能力较差，采用蓄热装置后，可以提高其负荷适应能力。在食品工业的洗涤、蒸煮和杀菌等过程中，由于负荷经常发生波动，采用蓄热装置后就能很好地适应这种波动。纺织工业的漂白和染色工艺过程也可采用蓄热装置来满足负荷波动[3]。3.3电力调峰及电热余热储存电力资源的短缺是人类长期面临的问题，但是电力资源的浪费却非常严重，如我国的葛洲坝水利枢纽工程，其高峰与低谷的发电输出功率分别为220万kW和80万kW，用电低谷发不出的电能只有通过放水解决。若能把这部分能源回收，则可大大缓解能源紧张状况。蓄热技术仍是目前回收未并网的小水电、风力发电的一个重要手段。在电厂中采用蓄热装置可以经济地解决高峰负荷，填