电加热相变材料蓄热地板采暖的热性能模拟
结合太阳能空气集热器的定形相变蓄能地板采暖系统实验研究
定形相变材料是由高分子囊材和相变心材组成
的一种复合材料。由于高分子囊材的微封装和支撑 作用，相变材料发生固液相变时不会流出，复合材料 能保持形状不变并具有一定强度，不需封装、无泄漏 且使用寿命长，经过多次蓄放热后性能不变【６’７】。
我们研制了一系列以高密度聚乙烯（ＨＤＰＥ）作 为封装材料，石蜡作为相变心材的定形相变地板，并 测试了其热性能［８］。开发了一种利用定形相变蓄热 地板的电采暖系统，获得了较好的实验效果【９’１ ｏ｜。
５２．９％，空气管道的平均输热效率为８７．８％，采暖系统 的综合效率为４６．５％。
图７给出了相变地板上下表面温度变化。在白天
蓄热循环中，由于空气比热容较小，空气温度沿地板夹
层下降较快，相变地板受热不均匀，靠近热空气人口处
的测点温度较高。从图７可以看出，除去１１月２７日的
多云天气，相变蓄能地板夜间能一直维持在１８℃以上， 但是由于相变温度较低，供热速率有限，房间温度会降
测试房间没有安装辅助热源，采用式（１６）近似方法
计算此采暖系统的太阳能保证率。
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图５相变地板空气层和集热器进出口空气温度
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ａｉｒ ｌ删盯ａｎｄ ｓｏｌａｒ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ 拼
地板夹层。被加热后送人房间，相变材料放热。可行性实验研究表明，此采暖系统安全可靠，能显著提高窒内温度，
房间各处受热均匀，热舒适性较好，有一定的应用前景。
关键词：定形相变地板；蓄热；太阳能；空气集热器
中图分类号：ＴＫ５１２．４
浅析新型相变储能地板采暖系统的设计
浅析新型相变储能地板采暖系统的设计一、前言目前，我国建筑能耗高达了总能耗的12%，其中建筑中的空调、电视等能耗高达40%，所以节能减排不管是从经济效益上还是环境保护上都有着重要的意义。
地板的相变储能系统的设计可以很好的将电能转换为热能，而且电耗的强度仅仅是之前的25%，因此这种采暖系统设计的意义对于环保节能来说是一个很大的突破。
二、相变储能材料的应用所谓相变储能材料（简称PCM）是一种特殊的功能性材料，其能在等温或近似等温的情况下发生相变（多数为固液相变或气液相变），同时伴随有较大能量（一般称为相变潜热）吸收或释放。
相变储能地板采暖系统主要是利用相变材料这一特性，在其本身发生相变的过程中，可以通过吸收环境的热量，并在需要的时间内向环境释放热量，来达到供暖房间的温度，把相变的材料跟地暖面层的结构相结合，制成相变储能的地板采暖，通过相变的原理来增加地板之间的热流波幅度，从而提高地板的温度，以达到节能和舒适的目的。
相变地板能转移和利用夜间电能蓄存热量，相变温度在30-40摄氏度变化时，相变材料地板的蓄能要比普通地板的蓄能比大19.6%-24.2%。
三、相变储能地板采暖地面结构及工作原理1.相变储能采暖地板结构目前市面上所应用的地板辐射供暖系统主要是低温热水和电热电缆的低温地板辐射供暖。
而相变储能地板采暖是通过相变储能的材料，这种材料采用的是一种相变温度為30℃的水合盐的储热装模块材料，这个材料是通过固态和液态相变变化进行能量的储存和释放，当需要储存能量的时候材料是为液态的，为了防止PCM融化的时候泄漏会对下面的楼板进行腐蚀，因此要对其进行密封。
敷设时，加热盘管直接放在保温层上面，封装好的PCM在填充的时候放在加热盘管的周围，盘管上面则是地面的保护层，加热的时候，热量输送到地板内的相变材料进行储能，在需要的时候再释放热量，为室内供暖。
2. 地源热泵低温热水蓄能地板辐射采暖工作原理：利用夜间廉价电由地源热泵系统从地下土壤取热，经电力压缩机对循环工质做功，从而对辐射地板系统提供40～50℃的低温热水，进入地面盘管加热相变材料，使其产生相变，以潜热形式储存热量，白天释放给供暖房间。
相变材料蓄能式毛细管网地板辐射采暖实验研究
第34卷第10期2013年10月太阳能学报ACTA ENEＲGIAE SOLAＲIS SINICAVol.34，No．10Oct．，2013收稿日期：2011-09-23基金项目：建筑安全与环境国家重点实验室开放课题基金（BSBE2010-01）；河北省自然科学基金（E2008001231）通讯作者：周国兵（1970—），男，博士、副教授，主要从事太阳能热储存与建筑节能方面的研究。
zhougb@ncepu．edu．cn文章编号：0254-0096（2013）10-1802-08相变材料蓄能式毛细管网地板辐射采暖实验研究何静，周国兵，冯知正，杨来顺（华北电力大学能源动力与机械工程学院，北京102206）摘要：将毛细管网、PE 地暖管分别与沙子及相变材料结合应用于低温地板辐射采暖系统，通过实验研究4种不同组合形式下的供暖效果和蓄放热特性。
结果表明：白天达到相同实验房间温度所需的充热时间，沙子-毛细管网组合是沙子-PE 管的40%，相变材料-毛细管网组合则是相变材料-PE 管的44%。
进一步考察夜间停止热水循环后，利用4种组合形式的蓄热对房间的供暖效果，发现相变材料作为填充层的持续放热时间是沙子时的2倍。
对于相变材料-毛细管网组合，较大热水流量（1．40m 3/h ）时地板蓄热量是小流量（0．81m 3/h ）时的1．4倍，且大流量情形在放热过程维持舒适房间温度的时间是小流量时的1．14倍。
实验结果为相变材料蓄能与毛细管网结合用于太阳能低温热水采暖，降低常规地板采暖能耗提供了依据。
关键词：相变材料；毛细管网；辐射采暖；蓄热地板；实验研究中图分类号：TU111．4+5文献标识码：A0引言近年来，由于可充分利用太阳能等自然能源，相变材料潜热蓄能与地板辐射采暖结合受到广泛重视。
Zhang Yinping 等［1，2］分析了相变材料布置在建筑不同部位对房间温度的影响，考察了相变材料应用在节能建筑和地板辐射采暖上的可行性。
相变储热材料在供暖地板中的热特性分析
热地板表面达到同样温度所用时间的对比关系。 对于电加热情况，
法直接以温度为待求变量． 但必须跟踪液相的界面， 而且一般用于 电缆管的外径也为 ２ ０ ｍ ｍ ， 在其他条件相同下， 不同电功率加热时 相变温度为一点的理想相变材料； 热焓法以温度和焓为待求变量， 得到含有这两个变量的能量方程， 再由 相变材料的温度与焓之间
模 拟 贮热 介 质在 曲边 边 界 条件 下 、 受 不 同的 热 边 界 条件 的作 用 ， 探 讨 不 同的 管 间距 布 置 、 不 同 的地 板 覆盖 层 和 不
同供 热 工况 等 各种 因素 对 储 能地 板 热 性 能及 储 热效 果 的 影 响规 律 。
关键词 ： 相 变传 热 相 变材 料 储能 采 暖 地板
中具有国际水平 ， 自动化程度高， 可以提高收率 ， 能够稳定产
材料是通过固液相变进行能量储存和释放的． 储能时材料为液 态， 为防止 Ｐ Ｃ Ｍ融化时泄漏和对混凝土建材的腐蚀， 将其进行
封装。 加热盘管直接置于基层的保温层上， 封装的 Ｐ Ｃ Ｍ填充在
加热管周围， 其上为地面覆盖层。 加热时， 热量输送到地板的相
三、 结束语
二、 相变储 热材料 采暖计 算模 型
１ ． 采 暖结构
近年来 ， 有些科研单位试验在 Ｏ Ｄ Ａ生产过程中直接使用
氢气与 ４ ， ４ 一 二硝基二苯醚进行还原反应的新工艺 。已经中试 成功。 本厂经过充分论证认为： 该加氢技术用在 Ｏ Ｄ Ａ生产过程
图 １ 储 热地 板 结 构 图
含有内热源（ 如电缆管或通热水的盘管） 的相变贮能采暖 品质量和提高产量， 降低劳动强度， 进一步减少三废。 本厂已 地板结构见图 １ 。 地板用相变储能材料是相变温度为 ２ ９ ℃左右 经开始引进该项技术 的一种水合盐材料——Ｔ Ｈ ２ ９ ℃储热封装模块材料。由于相变
地采暖地板蓄热性能模型构建与验证
地采暖地板蓄热性能模型构建与验证刘存根;周世玉;葛浙东;杜光月;周玉成【摘要】[目的]提出一种基于密闭绝热检测室的地采暖地板蓄热性能检测方法,以实现地采暖地板蓄热性能的检测.[方法]首先,介绍密闭绝热检测室的结构以及地采暖地板蓄热性能检测方法.然后,构建检测室物理模型,根据流体力学定律建立三维非稳态传热的质量守恒方程、动量方程和能量守恒方程,并给出模型的边界条件和计算初值,将材种为白桦、水曲柳、西南桦和柞木的地采暖地板样本分别放置在检测室底部中心托举网上,作为内部热源,根据设定的数值模拟参数,通过流体力学计算软件FLUENT对所建立的地采暖地板蓄热规律方程进行迭代求解,对检测室内温度分布随时间变化的过程进行分析.最后,以第1 000步(步长为10s)采样时刻为例,以平均相对误差和相关系数为评价依据,将检测室温度分布计算结果与地采暖地板蓄热性能分析仪的实测数据进行对比,从而评判所构架模型与检测仪器的一致性.[结果]相对误差均小于1.5％,相关系数均大于0.98.不同样本所对应的温度平衡时间计算值均小于实测值,不同样本所对应的平衡温度计算值也均小于实测值.[结论]所构建的模型和检测仪器能够准确反映不同材种地采暖地板样本对检测室内温度场变化规律的影响,并可实现不同材种地采暖地板蓄热性能的检测.【期刊名称】《林业科学》【年(卷),期】2018(054)010【总页数】7页(P125-131)【关键词】地采暖地板;蓄热;FVM;FLUENT;温度分布【作者】刘存根;周世玉;葛浙东;杜光月;周玉成【作者单位】山东建筑大学信息与电气工程学院济南250101;山东建筑大学热能工程学院济南250101;山东建筑大学信息与电气工程学院济南250101;山东建筑大学信息与电气工程学院济南250101;山东建筑大学信息与电气工程学院济南250101【正文语种】中文【中图分类】S784我国是世界上人造板及其制品的生产大国和消费大国，其中地采暖地板是我国出口创汇的重要组成部分之一。
热电热泵相变蓄热装置原理及性能实验
３ ． ２ 放热过程 ① 测点温度的变化 工作电压为 ４Ｖ ， 被加热冷风温度为 ２ ５℃ 时， １ 、 Ｔ ３温度随时间的变化见图 ４ 。由 放热阶段测点 Ｔ 图 ４可知， 放热过程开始阶段， 测点 Ｔ １ 、 Ｔ ３处石蜡温 度迅速下降， 这是相变材料的显热释放阶段。 经过约 ５ ０ｍ ｉ ｎ ， 石蜡温度逐渐接近相变温度 （ ３ ５℃） ， 随后进入相变凝固阶段， 这一阶段温度曲 ０ｍ ｉ ｎ时， 测 线的变化平缓， 为潜热释放阶段。至 ８ 点Ｔ ３附近的石蜡相变凝固后， 温度开始下降。此后 ３附近的石蜡已经凝固， 因此温度下降速 由于测点 Ｔ 度较快。而测点 Ｔ １位于两热管中心处位置， 因此这
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单级热电热泵制热性能系数为 １ ． ５～ ７ ． ０ ， 在 ℃时， 级 联 的 情 况 下， 还可以获得更大的制热性能系
１ ５ ］ 数［ 。
实验中选用的相变材料为相变储能专用石蜡 ３ ５号） ， 正构烃含量大于 ９ ０ ％， 相变温度为 ３ ５℃。 （ 热电芯片型号为 Ｔ Ｅ Ｃ １－ １ ２ ７ ０ ６ ， 最大工作电压、 电流 ５ ． ４Ｖ 、 ６Ａ ， 最大温差为 ６ ０℃。共选用 ６片 分别为 １ 热电芯片， 每 ２片一组， 每组热电芯片冷热端各采用 一个热管散热器。蓄热箱体采用 １ｍ ｍ厚的镀锌钢 板制作， 铜底板采用 １ ． ２ｍ ｍ 厚的紫铜板。为了减 少散热损失， 蓄热箱体采取保温措施。 热电热泵相变蓄热装置工作过程为： 热电热泵 相变蓄热装置的冷热端会随着工况的不同而相互转 换。蓄热工况下， 含有低温余热的介质经过风机与 热管散热器 ４ （ 冷端） 换热， 经热电热泵作用后产生 的热量经过热管散热器 ７ （ 热端） 将石蜡融化， 将热 量以大量潜热和少量显热的形式储存在相变材料 中。放热工况下， 电流转向， 冷热端互换， 输入少量 的电能强化储存在相变材料中热能的释放， 这时取 热流体在风机的作用下与热管散热器 ４ （ 热端） 换热 升温后排出。温度测点的具体布置见图 １ 。 ３ 实验结果及分析 ３ ． １ 蓄热过程 ① 测点温度的变化 工作电压为 ８Ｖ ， 余热热源温度为 ３ ２℃ 时， 蓄 １～Ｔ ３温度随时间的变化见图 ２ 。由 热阶段测点 Ｔ 图 ２可知， 在蓄热开始时期， 测点 Ｔ ３处的石蜡吸收 热量后 温 度 有 明 显 的 升 高。在 达 到 相 变 温 度 （ ３ ５ ℃） 前， 石蜡主要呈固态， 石蜡从热管壁吸收的热量 主要用于其自身温度的提高， 以显热的形式储热。 经过约 ６ ０ｍ ｉ ｎ石蜡开始发生相变。进入相变 阶段后， 测点 Ｔ ３处的石蜡温度迅速升高， 随着相变 过程的进行， 热管翅片与固态石蜡之间出现液相层， 从而出现自然对流传热。 在６ ０～ １ ０ ０ｍ ｉ ｎ内， 测点 Ｔ ３处的石蜡相变过程 完成。由于这个时间段内自然对流传热强度很弱， 石蜡内部传热方式仍然以导热为主， 因此测点 Ｔ １ 、 Ｔ ２附近的石蜡未达到相变温度， 测点 Ｔ ３处石蜡的 温度持续上升， 与Ｔ １ 、 Ｔ ２处的温差进一步增大。 在１ ０ ０～ ２ ６ ０ｍ ｉ ｎ内， 随着测点 Ｔ ３处石蜡融化 量的增加， 热管翅片与固态界面之间的距离加大， 使 浮升力的影响逐渐增大， 自然对流传热的作用渐渐
相变蓄热式太阳能低温地板辐射采暖系统性能实验_杜海存
图 3 温度测点布置
图 4 太阳辐射量曲线
从图 4 可以看出，2 月 13 日 ～ 16 日的太阳辐射 量的变化趋势和日辐射总量基本相同。从图 5 可以 看出，供、回 水 平 均 温 度 与 地 板 表 面 平 均 温 度 的 变 化趋势基本相同，当供、回水平均温度在 35 ～ 40 ℃ 变化时，地板表面平均温度在 26 ～ 29 ℃ 变化，室内 空气平均 温 度 波 动 较 小，始 终 维 持 在 18 ℃ 左 右。
图 1 系统流程图
关闭辅助电加热器，太阳能集热器制取的热水先通 过蓄热器再进入房间盘管，在满足供暖负荷的同时 将多余的热量储存在相变蓄热器中。运行方式如 图 2（ a） 所示。
（ 2） 当冬季夜间没有太阳能的情况下，系统必 须通过蓄热器释放热量来对房间进行供暖，阀 2、3 关，阀 4 开，具体运行方式如图 2（ b） 所示。
本系统主要有以下几种运行方式。 （ 1） 冬季太阳能充足的条件下，开启循环水泵，
26 期
杜海存，等： 相变蓄热式太阳能低温地板辐射采暖系统性能实验
7885
A 为太阳能集热器； B 为保温水箱； C 为循环水泵； D 为蓄热器； E 为辅助电加热器； F 为房间地埋盘管；
G 为流量计； 1 ～ 8 为阀门
然而，太阳能具有不稳定性，不仅受气候、季节 等因素影响，还 受 昼 夜 交 替 带 来 的 间 断 性 影 响，使 太阳能地 板 采 暖 系 统 的 推 广 受 到 一 定 的 阻 力，为 此，考虑在 太 阳 能 地 板 采 暖 系 统 中 采 用 相 变 蓄 热。 许多学者将相变蓄热用于采暖，Salyer 和 Sircar［4］指 出相变材料可用于室内蓄热； 并且可以把室内温度 的波动控制在较舒适的范围内［5，6］； Ye 等将石蜡与
相变蓄能系统热性能分析模型和方法
第 1 页筑龙网w w w. s i n o a e c. c o m 《相变蓄能系统热性能分析模型和方法》资料编号：W Z T U 8 3 1 -3 1 3 4 -2 0 0 0 1 0相变蓄能系统热性能分析模型和方法张寅平 康艳兵 江亿 朱颖心 粟燕[摘要]：针对不同类型的相变储能系统和不同特性的相变材料，建立了相应的热性能分析模型，它们对相变储能系统的设计和性能优化具有指导意义[中图分类号]：WZTU8311．引言近年来，相变贮能在太阳能利用、区域供热和供冷、建筑节能系统、空调蓄冷和一些余热回收系统中的应用日趋广泛[1-4]。
相变贮能系统应用中，系统性能设计和结构优化是关键的问题，它的解决一方面依赖于实验，一方面（也许是更大程度上）依赖于模拟分析。
而模拟分析的基础是建立考虑蓄能系统特点第 2 页筑龙网 w w w.s i n o a e c.c o m 《相变蓄能系统热性能分析模型和方法》 资料编号：W Z T U 831-3134-200010的理论模型。
相变蓄热系统形式虽很多，但一般说来，有一共同特征，即它由相变单元体重复构筑而成，这些单元体有球体、圆管、矩形体甚至无规则体。
图1为一些常见结构蓄能系统的示意图。
就相变材料而言，在相变过程中其性能有所不同：相变材料融化过程中固液态密度差可忽略或不能忽略，相变温度为一点或一区间。
我们的研究表明：对由相变单元体重复构筑而成的相变蓄热系统存在通用的热性能分析模型，对不同性能的相变材料，可以藉通用模型方便地分析系统的凝固和融化过程，实现系统的性能仿真。
下面对此作一简单介绍。
2．通用理论模型由任意形状的相变单元体重复构筑而成的相变蓄热系统如图2所示。
充冷时，温度低于相变凝固点的冷流体流过相变单元体，使单元体内相变材料不断凝固，将冷量以潜热的形式储存于其中；放冷时，堆积床内通过温度高于相变材料融点的热流体，使单元体内相变材料不断融化，将所蓄冷量放出。
相变蓄热电加热地板的优点与应用可行性分析
迄今为止，我国黄河以北集中供暖区供暖仍为燃煤为主。
由于燃煤采暖使城市污染严重，一些城市倾向于石油、天然气等低污染能源。
2001年实施的《北京市能源调整规划》要" ...*相变蓄热电加热地板的优点与应用可行性分析文摘：介绍了相变蓄热电加热地板供暖的优点，模拟计算了它在一些地区的应用效果，分析了该技术的应用可知地性，并与其他供暖方式进行了经济性比较。
关键词：相变蓄热；电采暖系统；可行性；经济性分析；地板城市环保和峰谷电价分计政策的实行促进了相变蓄热电加热地板供暖的发展本文分析了其独特的优点、技术可行性与经济性。
分析表明：在黄河以北地区，它可作为一种采暖新形式，在黄河以南无集中的供暖地区，也是冬季采暖的一种新方式。
1相变蓄热地板简介迄今为止，我国黄河以北集中供暖区供暖仍为燃煤为主。
由于燃煤采暖使城市污染严重，一些城市倾向于石油、天然气等低污染能源。
2001 年实施的《北京市能源调整规划》要" 减少并严格控制燃煤总量，将目前以原煤为主的污染型能源结构逐步转变为以天然气、电力等优质能源为主的清洁型能源结构" 。
我国油气储量低，存在油气短缺、价格上涨的隐患[1] 。
因此，电采暖受到人们重视。
黄河以南一般不采用集中供暖，但随着人们生活水平的提高，分户采暖的比例日益增高，其中很大部分为电采暖。
电采暖的使用形式一般可分为：对流式电暖气，如各类暖风机；辐射式电暖气，如石英管电暖气；对流辐射式电暖气，如电热油汀；电锅炉和小型集中供暖系统结合。
虽然电采暖有采暖区污染小、使用方便、美观灵活等优点，也有一些缺点：其一是运行费用较高。
电采暖结合蓄热者是正确的应用途径，且蓄热宜采用分布式，这样，既可充分利用电输送方便的优点，又避开了集中供暖系统的建造和管道维护等麻烦。
其二是加大了电网峰谷差。
在空调系统中，这点已受到国家有关部门的高度重视，1998 年底国务院发文"要加大推行峰谷、丰枯电介的力度，鼓励用户采用节电技术措施，鼓励用户多用低谷电，加快推广蓄蓄冷空调等消峰填谷的技术措施"[2] 。
矩形腔相变蓄热装置蓄热性能的数值模拟及优化
矩形腔相变蓄热装置蓄热性能的数值模拟及优化矩形腔相变蓄热装置是一种重要的蓄热技术，能够有效地提高太阳能热利用的效率。
本文以该装置为对象，通过数值模拟分析其蓄热性能，并进行优化设计。
一、装置原理矩形腔相变蓄热装置是一种利用相变材料（例如蜡）储存和释放热能的技术。
该装置由一个矩形腔体、放置在腔体内的相变材料和三组加热管组成。
当太阳能辐射照射到该装置的表面时，加热管对相变材料进行加热，使其从固态转变为液态，并吸收大量热能。
当外界温度下降时，相变材料从液态转变为固态，释放储存的热能，用于供暖或其他用途。
二、数值模拟本文采用太阳能热利用软件TRNSYS对该装置进行数值模拟，进行蓄热性能分析，并对装置进行优化设计。
1. 模拟参数本文设定了以下模拟参数：装置高度（H）：2.5m；装置宽度（L）：1.5m；装置厚度（d）：0.02m；相变材料：蜡（熔点58℃，凝固点55℃）；相变材料体积：0.01m^3；加热管功率：1000W；太阳辐射强度：800W/m^2；环境温度：20℃。
2. 模拟结果模拟结果表明，在装置初期，相变材料经过短暂的加热就开始融化，并迅速吸收大量的热能。
随着加热时间的延长，相变材料融化程度逐渐增加，并在达到熔点时发生相变。
相变材料的温度随时间的增加而增加，当相变完成后，温度基本保持不变。
当外界温度下降时，相变材料开始凝固，并释放储存的热能，使温度保持在一个较高的水平。
通过对模拟结果的分析表明，该装置的蓄热性能较为优秀，可以高效地收集和储存太阳能热能，同时可以将蓄热效率最大化。
三、优化设计根据数值模拟结果，可以对矩形腔相变蓄热装置进行优化设计，以进一步提高装置的性能。
1. 优化相变材料相变材料的性质和性能是决定矩形腔相变蓄热装置效率的关键因素之一。
本文通过对比试验不同相变材料的性能，发现蜡是一种较为适合该装置的相变材料。
但是，蜡的熔点较低，难以应对极端气候带来的挑战。
因此，对相变材料进行优化，寻求更适合不同气候条件的相变材料，是进一步提高装置效率的关键。
高温复合相变材料储热电暖器的储热性能
前沿理论与策略区域治理一、正交试验法优选设计1正交试验设计的要求和因素。
现对复合密封材料进行研究，经过分析得知复合密封材料的构成是将聚四氟乙烯树脂作为基体，再由三种填充剂进行填充，其中这三种填充剂分别是纤维类增强填充剂、非金属类润滑填充剂、金属类耐磨导热填充剂。
为了方便研究，现将这三种填充剂进行编号，分别与TS1、TS2和TS3相对应。
正交试验设计中，分别将TS1、TS2和TS3确定为三个因素，并且根据每个因素还要选取出三个不同的水平数值。
要求：不需要考虑每个因素间的交互作用，并且在研究时，选取的水平数值不会影响到整体因素以及实验结果。
2正交试验设计的评价指标。
进行正交试验时必须要有相对应的评价指标，现将抗拉强度、硬度和弹性模量规定为本次设计的正向评价指标，而将磨损率规定为逆向评价指标。
通过这四项指标的建立，完成整体、全面的综合性评价体系，最终得出整体最优的试验结果。
3归一化处理设计。
3.1变异系数法求权重。
对变异系数法进行设计，需要对设计指标中包括的所有信息进行计算，将其计算结果作为指标权重值。
利用这种方法可以十分客观的看到赋值权重的直接手段，避免了人为造成的随意性。
同时，可以使用每一项指标对应的变异系数去确定取值误差的偏移程度，以免发生有指标选取不同的纲领而造成的较大的误差出现。
各项指标的变异系数公式为：公式中，将Vi定义为第i项指标的变异系数，（i的取值范围为1到无限大）；σi则是此项的指标标准差；而xi则是此项指标的平均数。
另外还有：各项指标的权重公式为：通过变异系数法，便可以及计算出抗拉强度、断裂伸长率、硬度、弹性模量这四个指标各自的权重。
3.2利用权重求综合指标。
我们都知道复合材料的抗拉强度、硬度、弹性模量以及磨损率这四个指标的基本测试单位并不一致，这就不能够直接进行计算，因此，需要在正交试验中，进行不同单位数据的统一标准化赋值，即为设置一个符合标准的统一参考评价标准参数，通过比较进行确定数据正确指标的方式。
电热相变储能系统的动态储热性能评价
第 12 卷 第 12 期2023 年 12 月Vol.12 No.12Dec. 2023储能科学与技术Energy Storage Science and Technology电热相变储能系统的动态储热性能评价贾亦轩1，姜金玉1，张叶龙1，宋鹏飞1，徐桂芝2，张高群2，金翼1（1江苏金合能源科技有限公司，江苏 镇江 212499；2北京智慧能源研究院，北京 102209）摘要：本工作以Na 2CO 3-K 2CO 3/MgO 为储热介质，采用模块化集成思路建立了加热功率100 kW 的电热相变储能系统。
采用物理方法制备复合储热材料，借助扫描电子显微镜技术(SEM)和差示扫描量热法(DSC)等表征测试手段分析了复合储热材料的组分分布与储热特性。
基于储热和放热过程的时间-温度测试曲线引入储热/放热进度函数，并通过研究系统不同位置储热模块的进度函数曲线变化趋势，阐明了系统的动态储热/放热过程。
研究发现，储热过程中热风热量的传递是从储热模块中心向顶部聚集，再逐渐向四周扩散；而放热过程中冷风吸热是沿风道方向从前部模块的中心，依次向前部模块、中部模块与后部模块的表面进行。
中部与后部储热模块内的热量从中心向底部、侧部和顶部等表面区域传递后向四周扩散。
对基于复合相变材料和镁铁氧化物的储热系统的进度函数变化进行了比较分析，发现以复合相变材料作为储热介质时系统具有更快的储热和放热进程。
系统的供热水温度设定为70～80 ℃，复合相变储热系统的稳定供热时间为1100 min ，比镁铁氧化物储热系统提高了37.5%。
本项工作有助于推动相变储热技术在供热系统中的应用，为研究电热相变储能系统中的动态换热过程提供参考依据。
关键词：储能系统；相变储热；电加热；动态储热过程doi ： 10.19799/ki.2095-4239.2023.0676 中图分类号：TK 229.92 文献标志码：A文章编号：2095-4239（2023）12-3670-08Evaluation of dynamic-heat-storage performance of electric-thermal phase change energy storage systemJIA Yixuan 1, JIANG Jinyu 1, ZHANG Yelong 1, SONG Pengfei 1, XU Guizhi 1,ZHANG Gaoqun 2, JIN Yi 2(1Jiangsu Jinhe Energy Technology Company Limited, Zhenjiang 212499, Jiangsu, China; 2Beijing Institute of SmartEnergy (BISE), Beijing 102209, China)Abstract: This study presents an electric-thermal phase change energy storage system using Na 2CO 3-K 2CO 3/MgO as the heat storage medium with a heating power of 100 kW, implemented through a modular integration concept. This research involves the development of composite thermal storage materials using physical methods. Characterization analysis techniques, including scanning electron microscopy and differential scanning calorimetry, are employed to examine the composition distribution and thermal storage properties of the composite materials. By analyzing the time-temperature test curve of the heat storage and release process, we introduce the heat storage or release progress function. Investigating the changing trend of收稿日期：2023-09-27；修改稿日期：2023-11-17。
高温复合相变材料储热电暖器的储热性能
高温复合相变材料储热电暖器的储热性能李传;司艳阳;冷光辉;许永;丁玉峰;翁立奎;丁玉龙【摘要】本文研究了基于高温复合相变材料的相变储热电暖器,对其储热性能、内部流场和温度分布及温度调控机制进行了实验和模拟研究,并与镁砖显热电暖器的储热性能进行对比.结果表明这类相变储热电暖器的储热平均温度高、平均温差小、出风口温度高,整体性能要优于镁砖显热电暖器.相同体积下两种电暖器储热量相当,但相变储热电暖器的重量可减轻1.6倍;在相同储热时间和储热温度下,同等重量的相变储热电暖器较镁砖电暖器可多储热68％.结果也展示了这类储热电暖器温度控制测点选择的重要性,当选取距离加热单元10mm处的测点作为温度调控点时,电暖器内的平均温度和储热砖体的最高温度均能满足安全要求,而且加热单元电源在谷电8h储热过程中只需启停两次.【期刊名称】《储能科学与技术》【年(卷),期】2017(006)004【总页数】9页(P739-747)【关键词】高温相变;复合相变材料;电暖器;储热性能【作者】李传;司艳阳;冷光辉;许永;丁玉峰;翁立奎;丁玉龙【作者单位】英国伯明翰大学储能中心,英国伯明翰B15 2TT;南京金合能源材料有限公司,江苏南京210008;英国伯明翰大学储能中心,英国伯明翰B15 2TT;南京金合能源材料有限公司,江苏南京210008;南京金合能源材料有限公司,江苏南京210008;南京金合能源材料有限公司,江苏南京210008;英国伯明翰大学储能中心,英国伯明翰B15 2TT【正文语种】中文【中图分类】TK02冬季供热供暖是提高生活质量和办公效率的重要方法之一，其主要包括有汽热、水热和电热等多种供暖方式。
电热供暖将电转换为热后可直接用于采暖，具有安全环保、调节灵活和使用方便等特点。
相比传统的采暖系统，电热供暖省去了热力管道和散热器，可以避免因中间换热介质而造成的热损失，热转换效率可以达到100%。
目前市场上的电暖器种类有很多，包括电热油汀、热管式电暖、对流式电暖、卤素管电暖以及远红外电暖等。
相变蓄能电采暖应用基础研究
0.54 0.53 0.52
12000 9000 6000 3000
0.51
2000
2005
0 2010
供电负荷及特性的预测
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。
时时间间(小(小时时时)间)(小时 )
-20 -20-20 224424 448848 727272 969696120120121044144144 0 0 204
时时间时间(小(间小时(时小)时) )
24824 478248 792672 1920696 1414201 时 间(时小时间)(间小(时小时) )
10
5
0
10
0
k =0.1 p
k =0.5 p
k =5.0 p
k =0.2 p
k =1.0 p
2
4
6
8 10
时 间（ 天）
(c) 相变材料导热系数 kp (W/(m•oC))
15
L =15 p
10
L =20
p
L =25
5
p
L =30
p
0
0
2
4
6
8 10
时 间（ 天）
(d) 相变材料厚度 Lp (mm)
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。
26
模拟研究
40 20
室外温度 室内温度
温度（oC）
0
-20 0
30
60
120
时 间（ 天）
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[ 3] Barr io M , F ont J, L opez D O , et al. F loor radiant system w ith heat stor ag e by a solid-solid phase transition material[ J] . Solar Energy M ater ials and Solar Cells, 1992, 27: 127 ) 133.
分别在北京、上海和大连气候条件下计算上述 房间模型的室内气温和室内地面温度, 分析评价其 在不同地区的使用效果。各地室外气象数据由软件 Medpha V110 生成, 按不同的外 墙厚度根 据文献 [ 7] 估算上述房间冬季供暖设计热负荷, 以确定相 变材料的用量和厚度, 见表 3。室内气温和室内地 面温度的计算结果见图 5 所示。
5期
林坤平等: 电加热相变材料蓄热地板采暖的热性能模拟
635
制方程来表示:
Q99HS =
k
92 t 9x2
( 1)
图 3 相变蓄热电加热地板横截面示意图 F ig1 3 Schematic of cross section of the PCM
electric floo r heating system
表 3 各个地区房间设计热负荷和相变层厚度
T able 3 T he designing heating load and P CM thickness of the room in differ ent regions
设计热负荷/ W# m-2 P CM 层厚度/ mm 地板覆盖层厚度/ mm 加热器功率/ W# m-2
图 1 不同采暖方式温 度分布示意图 F ig1 1 Distribution of indoor temper ature under different heating modes
收稿日期: 2002- 09-11 基金项目: 国家重点基础研究专项经费资助( 2001CB409600)
6 34
$ H m/ kJ#kg- 1 20 0
13 00
01Байду номын сангаас8 8
)
10 0
11 3 8
)
96 0
11 0
)
k / W / ( m# e ) - 1 01 500 01 582 01 047 01 15
图 2 电加热相变蓄热地板采暖房间示意图 F ig12 Schematic of the room w ith PCM electr ic floo r heating
北京市 2002 年能源和环境国际座谈会上, 北 京市长致辞: / 为了改善大气环境质量, 体现城市 现代文明, 提高城市竞争力, 承办好 2008 年奥运 会, 市政府已 下决心改变北京 以煤为主的能 源结 构, 建立市场化的优质能源供应体系, 从而实现社 会和经济的可持续发展。电力在能源结构中的比例 将由现在的 29% 增长到 42% 0。北京市能源结构的 调整目标是: / 2008 年优质能源在终端能源消费结
第 24 卷 第 5 期 2003 年 10 月
太阳能学报
ACTA ENER GIA E S OLAR IS SIN ICA
文章编号: 0254- 0096 ( 2003) 05- 0633- 05
Vol1 24, No1 5 O ct . , 2003
电加热相变材料蓄热地板采暖的热性能模拟
林坤平, 张寅平
[ 4] Athienitis A K, Chen T Y. Exper imental and theoret-i cal investigation of floor heating w ith thermal storage [ J] . A SHRAE T rans, 1993, 99( 1) : 1049 ) 1057.
太阳 能学报
24 卷
国外对蓄热式地板采暖有了一些研究和应用。 西班牙的 M1Barrio 对放在恒温环境中的小室做了 蓄热地板电采暖的实验, 用以比较 NP G 相变材料 和混凝土的蓄热性能[ 3] 。加拿大的 A1K1A thienit is 研究了用混凝土蓄热的地板采暖系统在不同室外温 度下的使用效果[ 4] 。G1Bakos 在被动式太阳房中应 用了蓄热电采暖 地板[ 5] 。迄今为止, 还没有对 相 变蓄热地板电采暖在实际气候下使用效果的研究。
m2; q power ) ) ) 相变层下表面电加热功率, W/ m2,
停止加热时, qpower 为 0; h ) ) ) 上表面与室内空气 的自然对 流换热 系数, W/ ( m2 # e ) , 令 t floor ) ) ) 室内地面温度, t in ) ) ) 室内空气温度, 则 h 按下 式计算[ 6] 。
作如下假设:
名称 PCM 层 重 砂浆空心砖 聚乙烯板 地板覆盖层
表 2 地板和墙体材 料物性参数
T able 2 T he physical proper ties of the floor and wall materials
Q/ kg#m- 3 12 50
cp/ kJ# ( kg# e ) - 1 110( l , s )
荷不大的建筑和气候条件下, 基本能满足人的热舒 适性要求, 有较好的应用前景。
关键词: 相变材料; 蓄热; 电采暖; 地板采暖
中图分类号: T K 512+ 1 4
文献标识码: A
0引言
长期以来, 我国北方 城市冬季采 暖以燃煤 为 主, 造成了市区严重污染。一些城市开始实行以天 然气、电力等清洁能源代替燃煤的环保政策, 促进 了电采暖的发展。但电采暖加大了电网峰负荷, 结 合蓄热才是其正确的应用途径。
( 清华大学建筑技术科学系, 北京 100084)
摘 要: 为消除电采暖引起的电网峰谷差并降低采暖运行费 用, 该文 提出了一种带有相变材料潜热贮能板的 地板电采
暖系统, 并建立了分析此系统热性能的地板和房间 理论模型, 对给定的电加热相变蓄热地板采暖房间, 模拟 了室内空
气温度和地面温度的变化, 藉此分析了我国几个气候地区冬 季该系统的应用效果, 结果证明此采暖方式在使 房间热负
本文描述了一种带有相变材料潜热贮能板的地 板电采暖系统, 建立了分析此系统热性能的理论模 型, 通过数值模拟, 分析了我国不同气候地区冬季 该系统的应用效果, 藉此评价了此采暖方式在我国 不同气候地区应用的可行性。
1 问题描述
图 2 为应用电加热相变蓄热地板采暖的房间示
意图, 房间面积为 4m( W ) @ 6m( L ) , 高 3m, 一 面外墙由 240m m 厚重砂浆空心砖与 20mm 厚聚乙 烯板外保温构成, 内墙为 240mm 厚的重砂浆空心 砖, 双层玻璃钢窗 2m @ 2m, 传热系数 3101W/ ( K #m2) , 换气次数 1h- 1, 室内设备、人员、灯光负 荷为 15W/ m2, 内墙与上下楼板按绝热处理。
流散热速率, W; Q S, C ) ) ) 房间内人员和设备的对 流散热速率, W; Q L ) ) ) 空气渗透或通风造成的 换热速率, W。
图 4 墙表面传热状况示意图 Fig1 4 Schematic o f heat t ransfer on wall surface
3 模拟计算与使用效果分析
北京 56
131 0 25 1 20
上海 42
101 0 35 90
大连 60 141 0 25 12 0
图 5 不同地区电加热相变蓄热地板 采暖系统的使用效果
F ig1 5 T he effect of PCM electric floor heating system in different climates
用电时间 电价/ á #( kWh) - 1
7: 00- 23: 00 01 3 93
23: 00- 7: 00 01 2
电加热相变蓄热地板采暖既可充分利用电输送 方便的优点, 又避开了集中供暖系统的建造和管道 维护等麻烦。地板采暖是一种很舒适的采暖方式, 不仅满足人体 / 足暖头寒0 的需要, 而且人体以上 区域温度较低, 使采暖能耗较小, 接近理想的采暖 方式[ 2] , 见图 1。
地板采暖系统自下而上由保温材料层、电加热 层、相变材料层和覆盖层组成, 图 3 为其横截面示 意图。假设所用相变材料的相变温度为 30 e , 在 晚上 23: 00 至晨 7: 00 蓄存电热, 地板和墙体材料 的热物性参数见表 2。
2 数学模型
211 地板传热模型 为突出物理本质, 合理简化问题以便于计算,
( 8)
房间内空气的热平衡方程为:
E c p,
a Qa
V
R
dta dS
=
Q W, K + Q S, C + Q L ( 9)
其中, cp, a ) ) ) 空气的比热容, J/ ( kg# e ) ; Qa ) ) ) 空 气 的 密 度, kg / m3; V R ) ) ) 房 间 容 积, m3; Q W, K ) ) ) 房间维护结构各内表面和室内空气的对
但需进一步探索简单可行、操作容易的控制方 法使系统更加节能和舒适。
4结论
本文模拟计算了一个电加热相变蓄热地板采暖 房间在几个地区的应用效果。结果表明, 在使得房 间热负荷不大的建筑和气候条件下, 使用相变材料 蓄热的地板电采暖方式基本能够满足人的热舒适要 求, 有较好的应用前景。
[ 参考文献]
[ 1] 郑淑华. 本市 部分地区 将试 行电采 暖, 电价 实行 优 惠[ N ] . 北京青年报, 2001. 11. 4( 第 3 版) .
可见, 北京、上海、大连的冬季大部分时间室 内温度在 16~ 25 e 之间, 而且室内温度昼夜变化