相变蓄能电采暖应用基础研究.ppt

张寅平张寅平清华大学清华大学 建筑技术科学系建筑技术科学系2006.6相变蓄能电采暖相变蓄能电采暖应用基础研究应用基础研究1内容内容 1.蓄能电采暖的重要性蓄能电采暖的重要性 2.相变材料相变材料(PCM)特性特性 3.近期相变蓄能研究工作一览近期相变蓄能研究工作一览 4.定形相变电采暖地板定形相变电采暖地板 5.高温相变蓄能电暖器高温相变蓄能电暖器 6.结束语结束语21.1.蓄能电采暖意义重大蓄能电采暖意义重大p中国未来的发展，能源是瓶颈问题中国未来的发展，能源是瓶颈问题 p70%能源来自煤，造成严重的环境污染能源来自煤，造成严重的环境污染p建筑能耗占社会总能耗建筑能耗占社会总能耗27.8p每年新建建筑面积逾每年新建建筑面积逾10亿平米亿平米 采暖能耗比例大，采暖区面积采暖能耗比例大，采暖区面积680万平方公里，万平方公里，占国土面积占国土面积72。3各气候建筑热工分区的住房居住面积分布各气候建筑热工分区的住房居住面积分布(1997年年)4供电负荷及特性的预测北京电力负荷峰谷差逐年加大北京电力负荷峰谷差逐年加大蓄能式电采暖大有作为蓄能式电采暖大有作为5现有电采暖存在的问题现有电采暖存在的问题p大多不具备蓄能功能；p加大了电网峰谷差；p无法利用夜间廉价电，运行费用高；p蓄热电锅炉以蓄热水箱来蓄热。p显热蓄热电暖器热舒适性差。6蓄能式电采暖意义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。72.2.相变材料特性相变材料特性(PCM)(PCM)相变潜热大相变潜热大相变潜热大相变潜热大 相变过程近似等温过程相变过程近似等温过程相变过程近似等温过程相变过程近似等温过程8相变材料热物性测定相变材料热物性测定相变材料热物性测定相变材料热物性测定系统热性能研究系统热性能研究系统热性能研究系统热性能研究 相变材料研制相变材料研制相变材料研制相变材料研制 模型模型模型模型实验实验实验实验冰蓄冷空调冰蓄冷空调冰蓄冷空调冰蓄冷空调蓄热电暖器蓄热电暖器蓄热电暖器蓄热电暖器相变地板相变地板相变地板相变地板相变吊顶相变吊顶相变吊顶相变吊顶功能热流体功能热流体功能热流体功能热流体相变墙相变墙相变墙相变墙基础层面基础层面基础层面基础层面应用层面应用层面应用层面应用层面建筑环境控制建筑环境控制建筑环境控制建筑环境控制3.3.近期相变蓄能研究工作一览近期相变蓄能研究工作一览94.4.定形相变蓄热地板电采暖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国内外研究现状国内外研究现状l日本已应用固液相变蓄热地板采暖；l在北美、欧洲等地，地板采暖形式已经得到 了广泛的应用；l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普通固液相变材料的缺点p相分离相分离 p需封装、容器贵需封装、容器贵p容器的附加热阻大容器的附加热阻大p容器泄漏容器泄漏 定形相变材料可克服此缺点，定形相变材料可克服此缺点，相变过程中材料形状不变。相变过程中材料形状不变。14定形相变材料照片定形相变材料照片 Tm=20 oC,35 oC,50 oCHm=100-180kJ/kg15定形相变材料与混凝土混合定形相变材料与混凝土混合水泥水泥水泥水泥定形相变材料定形相变材料定形相变材料定形相变材料1612341 1隔热层隔热层隔热层隔热层 2 2电热膜电热膜电热膜电热膜 3 3定形相变材料层定形相变材料层定形相变材料层定形相变材料层 4 4地板地板地板地板PCM PCM 材料夜间吸热，白天放热。材料夜间吸热，白天放热。4.1 4.1 被动式相变蓄能地板电采暖系统被动式相变蓄能地板电采暖系统174.1 4.1 被动式相变蓄能地板电采暖系统被动式相变蓄能地板电采暖系统夜间加热阶段，表面热流修正因子 白天散热阶段，表面热流为 主要影响因素为：相变温度和地板热阻。主要影响因素为：相变温度和地板热阻。若热负荷需求变化不大，要使散热速率稳定，即增若热负荷需求变化不大，要使散热速率稳定，即增大相变地板导热系数，或增大地板表面覆盖层热阻。大相变地板导热系数，或增大地板表面覆盖层热阻。18（a a）实验房间实验房间实验房间实验房间 （b b）电热膜（电热膜（电热膜（电热膜（c c）定形相变板定形相变板定形相变板定形相变板 （d d）地板地板地板地板定形相变蓄热电热地板照片定形相变蓄热电热地板照片定形相变蓄热电热地板照片定形相变蓄热电热地板照片（a）（b）（c）（d）19实验房间逐时室温实验在2005年的1月到3月连续进行，测量时间为50天 大部分时间室温保持在大部分时间室温保持在15-25之间，平均耗电量之间，平均耗电量5.4 kWh/天天 20p模拟研究 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 使用效果：普通房间中，此采使用效果：普通房间中，此采暖系统能达到较舒适的效果，暖系统能达到较舒适的效果，每天可节省每天可节省4元钱；元钱；控制方式：通过控制地板加热控制方式：通过控制地板加热面积，可使采暖季室内温度保面积，可使采暖季室内温度保持在持在16-25。21设计原则：相变潜热足够设计原则：相变潜热足够时，设计中应重点考虑相时，设计中应重点考虑相变温度和空气层热阻；变温度和空气层热阻；此结果与分析结论一致。此结果与分析结论一致。影响因素敏感性分析22结合太阳能空气集热器结合太阳能空气集热器4.2 4.2 送风式相变蓄热地板电采暖系统送风式相变蓄热地板电采暖系统234.2 4.2 送风式相变蓄热地板电采暖系统送风式相变蓄热地板电采暖系统夜间加热阶段，表面热流修正因子为 白天散热阶段，送风热流为 主要影响因素为：相变温度和送风速率。主要影响因素为：相变温度和送风速率。要使夜间散热速率小，白天供热能力大，可增大要使夜间散热速率小，白天供热能力大，可增大覆盖层热阻，且使地板送风能力强。覆盖层热阻，且使地板送风能力强。24p实验研究实验时间为2004年2月，北京房间3m(深)2m(宽)2m(高)25通过送风使平均最高室温提高了通过送风使平均最高室温提高了8；可通过调节送风速率方便的调节室温。可通过调节送风速率方便的调节室温。实验房间测试结果26p模拟研究控制方式：通过控制送风启停或送风速率，可使工作时间控制方式：通过控制送风启停或送风速率，可使工作时间室温基本保持舒适；室温基本保持舒适；使用效果：此采暖系统每天可节省使用效果：此采暖系统每天可节省2.1元。元。27影响因素敏感性分析设计原则：相变潜热足够设计原则：相变潜热足够且导热系数大于且导热系数大于0.2W/moC时，设计中应重点考虑相时，设计中应重点考虑相变温度和送风速率；变温度和送风速率；此结果与分析结论一致。此结果与分析结论一致。28在清华节能实验楼中的应用在清华节能实验楼中的应用PCM floor:1000 m2295.5.高温相变蓄热电暖器高温相变蓄热电暖器 30The DSC curve of TH576 高温相变材料TH57631TH576热物性热物性 密度（kg/m3）2700 比热(kJ/kgK)1.038 导热系数(W/mK)160 相变潜热(kJ/kg)560 熔点()5763233样机样机型型 样机样机 型型风道内风道内无肋片无肋片风道内风道内有肋片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）型6007801701020180073型620790190102018007834高温相变蓄热电暖器结构高温相变蓄热电暖器结构风道内无散热肋片为风道内无散热肋片为型、风道内有散热肋片为型、风道内有散热肋片为 型型35实验结果及分析实验结果及分析 电加热功率电加热功率1540W温度曲线温度曲线 电加热功率电加热功率1810W温度曲线温度曲线 TH576TH576相变温区：相变温区：570-578570-578，出现温度平台；，出现温度平台；机壳外壁面温度低于机壳外壁面温度低于8080，满足安全的要求。，满足安全的要求。不同电加热功率下实验结果不同电加热功率下实验结果36Heating Power(W)15401810Sensible heat charge time（h）4.583.66Latent heat charge time（h）3.412.92Latent heat discharge time（h）4.324.86Sensible heat discharge time（h）11.6812.56Average heat discharge rate with power on(W)517506Average heat discharge rate with power off(W)515512Average heat discharge rate in 24 hours(W)516510Heat storage ratio（）6868717137重复性实验重复性实验T(oC)38华亭嘉园用户测试结果及分析华亭嘉园华亭嘉园高温相变蓄热电暖器高温相变蓄热电暖器温度测点布置示意图温度测点布置示意图中央空调，各房间风机盘管独立控制，总面中央空调，各房间风机盘管独立控制，总面积：积：140平米，测试房面积：平米，测试房面积：17.5平米。平米。39测试结果测试结果测试时间：测试时间：2004.1.20-3.152004.1.20-3.15；蓄热电暖器运行时间：蓄热电暖器运行时间：1.29-3.15,1.29-3.15,共计共计4747天。天。各测点温度曲线 40 室内平均温度曲线 41耗电量测试结果耗电量测试结果 每平方米采暖面积耗电量为25.5W 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安宁里南区用户测试结果及分析安宁里南区用户测试结果及分析 安宁里南区安宁里南区高温相变蓄热电暖器高温相变蓄热电暖器温度测点布置示意图温度测点布置示意图集中供热，总面积：集中供热，总面积：86平米，测试房没安平米，测试房没安装散热器，面积：装散热器，面积：20.2平米。平米。43测试结果测试结果p测试时间：2004.1.31-3.15p蓄热电暖器运行时间：2.6-3.15，共计39天。各测点温度曲线各测点温度曲线 44室内平均温度曲线45蓄热与普通电暖器耗电费用比较蓄热与普通电暖器耗电费用比较房间建筑面积：20m2；采暖热指标：当地节能建筑耗热量指标；采暖天数：当地计算采暖天数；电价：当地分时电价。469.9.结束语结束语p相变蓄能电采暖有广阔的应用需相变蓄能电采暖有广阔的应用需求和市场前景。求和市场前景。p把实验室成果推向应用，需电力把实验室成果推向应用，需电力部门、企业和研究单位密切合作，部门、企业和研究单位密切合作，解决应用重大需求问题！解决应用重大需求问题！47Many Thanks!48