太阳能热储存方式

表4 部分金属及其合金相变储能材料的热物性能 Table 4 The thermo-physical performances of some metal(alloys)
相变材料
熔点Tm(℃) 潜热(J/g)
Al
661
400
Al/Si
579
515
Al/Si/Mg
560
545
Mg
649
368
导热系数 (W/m.K)
求储存的总热量。
化学储热
化学热储存：实际上就是利用储热材料相接触时 发生化学反应，而通过化学能与热能的转换把热能 贮藏起来。 化学反应储能是一种高能量高密度的储能方式， 它的储能密度一般都高于显热和潜热储存，而且此 种储能体系通过催化剂或产物分离方法极易用于长 期能量储存，但其在实际使用时存在技术复杂、一 次性投资大及整体效率不高等缺点。 化学储能是一门崭新的科学,目前仍没能得到广 泛应用，今后在这一方面应致力于选择和研究优良 的反应材料(主要包括结晶水合物和复合材料),克 服各自的不足,逐步走向实际工程应用发展 。
相变 分子中 转变温 比热容 材料 羟基数 度（℃） (J/g﹒K)
（个）
转变焓 熔点 密度 (J/g) (℃) (g/cm3)
PE
4
188
2.84
323 260 1.333
PG
3
81
2.75
193 198 1.193
NPG 2
43
1.76
131 126 1.046
表7 部分层状钙钛矿的热物性 Table7 The thermo-physical performances of some peroviskite
20～50
1.9～2.1 880～885 35.65～83.73 190～210 1.32～1.43 0.4
42～54
2.3～2.6 880～883 76.4～92.67 220～240 1.45～1.54 0.35
/
/ / / ΔT=100℃ 800～900℃ 800～900℃
导热系数（W/m.K） 高温抗压强度（Mpa） 热膨胀系数(×10-6/℃) 抗热震温度（℃） 表面结霜现象
900
920
940
温度 （℃ ）
A1、B4、C3、D5号试样的DSC曲线
两种制备工艺所制备出的无机盐/陶瓷基复合相变储能材料的热物理性能
性能指标
混合烧结工艺
自发熔融浸渗工艺
备注
Na2SO4的百分含量（wt%） 体积密度（g/cm3） 相变温度（℃） 相变潜热（kJ/kg） 储能密度（kJ/kg） 比热容（kJ/kg.K） 热扩散率（×100cm2/s）
Na2CO3·10H2O
33
247 1.46 － 1.88 3.34
Na2S2O3·5 H2O
~50
201 1.75 1.67 1.48 2.41
NaOAc·3 H2O
58.5 226 1.45 1.28 2.79
－
NH4Al(SO4)2·12H2 94.5 O
Na2SO4·10H2O
32.4
CaCl2·6 H2O
石蜡 癸酸
-12-75.9 31.5
0.750－ 0.782(70℃)
0.886(40℃)
225.7－ 267.5
153
0.012-0.016 0.149
棕榈酸 62.5 0.847(80℃)
187
0.165(70℃)
硬脂酸 70.7 0.941(40℃)
203
0.172(70℃)
表6 几种多元醇的热性能 Table 6 The thermo-physical performances of some polyhydric alcohols
表1部分常用无机水合盐相变材料的热物性能 Table1The thermo-physical performances of some salt-hydrate
无机水合盐
熔点 潜热 （℃） （J/g
）
密度（g/cm3）
固
液
比热(J/g﹒K)
固
液
KF·4H2O
18.5 231.0 1.45 1.45 1.84 2.39
900
920
940
温度 （℃ ）
热 流 率 （mW）
热 流 率 （mW）
18
16
T =882.88℃ m
Δ H=84.77J/g
14
12
20
18
Tm=882.74℃
16
Δ H=92.67J/g
14
10
12
8
800
820
840
860
880
900
920
940
温度 （℃ ）
10
800
820
840
860
880
LiF NaF NaCl Na2SO4 KCl Na2CO3
熔点(℃)
848 995 891 884 776 858
密度 （g/cm3）
2.295 2.558 2.165 2.779 1.984
比热(固) (J/g﹒K)
1.536 1.114 0.839 0.958 0.681
潜热 （J/g）
1035 789 486 169.5 346 285
相变材料按相变方式一般可分为以下四类： 1.固-固相变材料； 2.固-液相变（熔化、凝固）材料； 3.液-汽相变（汽化、液化）材料； 4.固-气相变（升华、凝聚）材料。
一般说来，从1到4相变潜热逐渐增大。但由于第3类和第4类相变过程 中有大量气体，相变时物质的体积变化很大，因此尽管这两类相变过程中 相变潜热很大，但在实际应用中很少被选用。
3500 3000 2500 2000 1500 1000
500 0
Q
Q:Quartz C:Cristobalite
Q
C
Q QQ
QQ C
20
40
60
80
2Theta(deg)
主晶相为 石英 少量 方石英
100
A3号未烧结预制体断口SEM照片×500 A3号预制体断口SEM照片×500
我所做的工作之五：性能研究
固体储热装置——见教材p136图
相变储热（潜热储热）
潜热储热（Latent Thermal Energy Storage，LTES）或称相变储能， 它是利用物质在物态变化（固-液、固-固或汽-液）时，单位质量（体 积）潜热蓄热量非常大的特点把热能储存起来加以利用。 相变材料（Phase Change Material，PCM）利用潜热蓄放热的这类物 质我们称它们为相变储能材料。 相变储能技术（phase change energy storage technology)采用相变 储热方式，利用特定的装置，将暂时不用或多余的热能通过相变材料 储存起来，需要时再利用的方法称为相变储能技术。
44Li2CO3/56Na2CO3
496
50NaCl/50MgCl2
450
23NaCl/63MgCl2/14KCl
385
潜热(J/g)
276.5 316.1
172 650 947 574 860
858 368 425 461
导热系数 （W/m.K）
4.66 1.15
1.2 2.11 0.96 0.95
相变温度 相变焓(J/g) (℃)
石蜡/高密度聚
75
58
160
乙烯
石蜡/SBS
硬脂酸/SiO2
月桂酸－硬脂 酸/SiO2
40－80 9.8－47
56
56－58 81.63－165.2
49－62 25.68－196.8
33.27
92.9
高温储热体
如何充分利用固体显热蓄热材料和潜热蓄热材料两者的优 点，尽量克服两者的不足去开发新型的高性能复合蓄热材料， 是当今蓄热材料研究开发的重点课题。
我们实验室多年从事无机盐/陶瓷基复合相变储能材料的研 制工作，并成功地开发出两种新的制备技术和方法：混合烧结 法和熔融浸渗法。
采用自发熔融浸渗法制备出的无机盐/陶瓷基复合相变储能材料
我所做的工作之二:微米级多孔陶瓷预制体的制备与表征
Intensity(Arb.units)
(100) (101)
(110) (200) (112) (211) (212)
MgCl2
715
454
Ca(NO3)2
561
130
表3 部分共晶混合盐相变储能材料热物性能 Table 3 The thermo-physical performances of some inorganic eutectics salts
相变材料（wt%）
熔点Tm(℃)
32Li2CO3/33Na2CO3/35K2CO3
➢潜热蓄热：利用相变材料(PCM)相变时单位质量（体积 ）的潜热蓄热量非常大的特点，把热量贮存起来加以利用 。一般具有单位重量（体积）蓄热量大、在相变温度附近 的温度范围内使用时可保持在一定温度下进行吸热和放热 、化学稳定性好和安全性好，但相变时液固两相界面处的 热传导效果较差。
不同状态下水的显热与相变潜热比较
对固体显热蓄热材料来说，其单位质量的储能密 度的计算式可以用下式来表示：
Qs
Ts T0
Css
dT
对于潜热蓄热材料来说，其单位质量的蓄热密度的计算式 可以用下式表示：
例题
Ql
Tsf T0
Cls dT
H lf
C Ts
Tsf ll
工程性质的计算公式见教材P138
相变材料Na2SO4.10H2O的Cs为1950J/kg. ℃， Cl=3350J/kg. ℃，相变潜热＝2.43×105 J/kg. ℃，相 变温度＝34 ℃，假设该相变材料由25 ℃升高到50 ℃，
t3 tk 100
F
D
E
t2
B
C
t0 0
t1 A
0 Q1 Q2 335 Q3 Q4 2257 Q5 热焓量（kJ/kg）
热水显热储存系统的储热量计算公式
Q mC p (T1 T2 ) mC pT
m－总水量(kg)
c p－水的比热容(kJ/kg. ℃) 4.18kJ/kg. ℃
T－水的温度差(℃)
204.2 180 200 131
表5 部分有机相变储能材料的热物性 Table 5 Thermo-physical performances of some organic phase change materials
熔点(℃) 密度（g/cm3） 潜热(J/g) 相变材 料
导热系数 (W/m.K)
1.01～1.15 4.3～8.6 / 1000以上
有
1.15～1.35 5.1～12.5 32 1000以上
无
800～900℃ 950℃ 900℃平均值 / 放置一年以上
电热相变储能热水热风联供装置（锅炉）和系统照片
电热相变储能热水热风联供装置（常压锅炉） 电热相变储能热水热风联供装置和系统 电热相变储能热风和热水热风联供两套系统 装置和系统的供热和计算机监控设备
29.6
259 1.64 － 1.706 3.05
254 1.48 －
－
－
174 1.80 1.49 －
－
表2 部分单元熔融无机盐相变储能材料的热物性能 Table 2 The thermo-physical performances of some single inorganic salts
相变材料
储能密度、相变温度和相变潜热
热 流 率 （mW）
18
16
T =882.57℃ m
Δ H=76.44J/g
14
12
10
8
800
820
840
860
880
900
920
940
温度 （℃ ）
热 流 率 （mW）
22
20
Tm=880.98℃ Δ H=81.23J/g
18
16
14
12
800
820
840
860
880
第三讲：太阳能的热储存
没太阳时（阴雨天、晚上）怎么办？
想办法把阳光充足时的太阳能储存起来， 以供无阳光时使用——这就是太阳能热储 存要讨论的问题。
热能储存
显热储存 潜热储存 化学储存
储热方式
显热储热、潜热储热、化学储热
➢显热蓄热：利用储热介质的热容量进行蓄热，把已经过 高温或低温变换的热能贮存起来加以利用，具有化学和机 械稳定性好、安全性好、传热性能好，但单位体积的蓄热 量较小，很难保持在一定温度下进行吸热和放热。
例题
储水箱内储存有500kg温度为50℃的水，该储 存水由温度为20℃的自来水吸收太阳能而得， 问总储热量？
Q=500×4.18×(50-20)
典型太阳热水系统示意图
其它固体显热储热系统：
水的单位质量的热容量相当高，1kg水可储存4.18kJ/℃的热 能，金属铜、铁、铝分别为3.73，3.64，2.64kJ/ ℃，固体 岩石约为1.7kJ/ ℃。
397
23.5Li2CO3/76.5CaCO3
498
47.8Na2CO3/52.2Ba2CO3
686
75NaF/25MgF2
832
67LiF/33MgF2
746
65NaF/23CaF2/12MgF2
745
33.4LiF/49.5NaF/17.1MgF 650
2
46LiF/44NaF/10MgF2
632
转变温度(℃)
相变材料
H / kJ mol1 S / J mol1 K 1
C12Mn
327
329
C12Co
337
361
C10Mn
306
C10Co
351
42.28(C), 46.3(H)
3.75 19.32(C), 53.29(H)
33.98 7
38.49
129.30(C), 140.70(H)
11.40 57.33(C), 151.46(H)
94.13 118.20
109.66
表8部分固－液复合定形相变储能材料的热物性 Table 8 The thermo-physical performances of some solid-liquid PCMs
复合定形相变 材料
PCM含量 （wt%）