第3章固液相变原理和应用

⑺腐蚀性小，与容器相容 化学性能条件 ⑻无毒 ⑼不易燃、易爆 ⑽无偏析、不分层、热稳定性好 ⑾恒温相变，凝固时无过冷现象 ⑿结晶速度和晶体生长速度快 经济性条件：⒀制备方便、成本低廉
第3章 固液相变原理和应用 13
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蓄冷空调的应用要求：
根据夏季室内空气计算参数（温度）：22～28℃ 空气与冷冻水热交换 传热温差 蓄冷系统放冷过程
·蓄热材料工作温度：0～15℃
水蓄冷：4～7℃
·蓄冷空调技术
冰蓄冷：0℃ 共晶盐蓄冷：5～9℃ 气体水合物蓄冷：5～12℃
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第3章 固液相变原理和应用
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第3章 固液相变原理和应用
3.1 固液相变蓄热简介 3.2 蓄热用固液相变材料 3.3 固液相变应用 ——冰蓄冷空调系统
第3章 固液相变原理和应用 3
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3.1 固液相变蓄热简介
古代： 储存冰块
3.3 固液相变应用 ——冰蓄冷空调系统
蓄冷空调系统简介 冰蓄冷空调系统分类及特性 冰蓄冷空调系统设计 冰蓄冷空调系统的效益分析
第3章 固液相变原理和应用 19
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蓄冷空调系统简介 ·蓄冷空调应用背景 ·蓄冷空调工作原理 ·蓄冷空调蓄冷方式
节流阀
水泵Ⅰ
阀Ⅱ
蓄冷槽
空调器
②蓄冷循环
第3章 固液相变原理和应用 26
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冷凝器
蒸发器
M
压缩机
水泵Ⅱ
蓄冷空调系统原理示意图
Heat and Mass Transfer: Fundamentals and Equipment 阀Ⅰ
节流阀
水泵Ⅰ
阀Ⅱ
蓄冷槽
空调器
蓄冷空调系统原理示意图 ③联合供冷循环
应用普遍： 方式简单，技术成熟，成本低，对环
境影响小 储能密度低，设备体积大； 储、放热过程，温度不断变化：控温
局限性：
常用介质： 水、水蒸汽、土壤、岩石等
第3章 固液相变原理和应用 5
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M
压缩机
水泵Ⅱ
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空调负荷
蓄 冷
释 冷 供 冷
8 12
空调负荷
蓄 冷
释冷供冷 蓄 冷 机组供冷 蓄 冷
8 12
时间
18
24
时间
18
24
全量蓄冷运行图
分量蓄冷运行图
蓄冷量与空调负荷关系：
全量蓄冷模式、分量蓄冷模式
蓄热应用发展
余热、费热回收 近现代： 太阳能储存 电力削峰填谷 显热蓄热
常见蓄热方式
第3章 固液相变原理和应用
潜热蓄热 热化学蓄热
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·显热蓄热：
原理简单： 内能增加：热能储存
对蓄热介质加热，其温度升高，
第3章 固液相变原理和应用 7
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优点：
能量密度高，体积小，装置简单，使 用方便，易于管理，相变过程近恒温
应用： 实际发展前途：实用，研究多，应用广泛 局限性： 体积变化，影响设备和传热性能 常用： 水、熔盐、石蜡等
冷凝器
蒸发器
M
压缩机
水泵Ⅱ
Heat and Mass Transfer: Fundamentals and Equipment 阀Ⅱ 阀Ⅰ
节流阀
水泵Ⅰ
蓄冷槽
空调器
蓄冷空调系统原理示意图 ①常规空调供冷循环
第3章 固液相变原理和应用 25
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冷凝器
蒸发器
M
压缩机
水泵Ⅱ
Heat and Mass Transfer: Fundamentals and Equipment 阀Ⅰ
第3章 固液相变原理和应用 31
·热化学蓄热：
分类： 化学反应、浓度差、化学结构变化
化学反应：将热能转换为化学能：
原理：
A
加热，储热过程 冷却，放热过程
B+C
优点： 储能密度高，易于储存、运输 缺点： 常用：
系统复杂，成本高，技术不成熟，实 际应用较远 水合物、氨化物、氢氧化物、金属氢化物
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第3章 固液相变原理和应用
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3.2 蓄热用固液相变材料小结
;固液相变蓄热材料性能要求：
相变温度合适，相变潜热高，经济性好。
;相变蓄热材料分类：
固－液、固－固相变；高温、低温类；无机 物、有机物。
;蓄冷空调的应用要求：
0～15℃；水、冰、共晶盐、气体水合物。
第3章 固液相变原理和应用 18
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·潜热蓄热：
材料发生相变时，吸收或释放热量（相 原 理： 变潜热）：储能；又称为相变蓄热。如： 气液、液固、气固、固固相变。 潜热蓄热量举例（水的三种物态） ： 1㎏0℃冰转化为0℃的水吸热量： 335kJ（熔解热） 1㎏0℃水转化为80℃的水吸热量：335kJ 1㎏0℃水转化为100℃的水吸热量：420kJ 1㎏100℃水转化为100℃的水蒸汽吸热量：2268kJ
①高峰用电期电力严重不足 ②峰期持续时间不长：半月
0
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20 22 24
时 刻
③每天最大负荷持续时间短：1～2h
第3章 固液相变原理和应用 21
负荷曲线图
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Heat and Mass Transfer: Fundamentals and Equipment 节流阀 阀Ⅱ 阀Ⅰ
水泵Ⅰ
空调器
蓄冷槽
蓄冷空调系统原理示意图 蓄冷空调系统循环方式有：常规空调供冷循环、 蓄冷循环、联合供冷循环、单蓄冷供冷循环
第3章 固液相变原理和应用 24
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第3章 固液相变原理和应用
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3.1 小 结
;三种蓄热方式一般不单一采用： ;潜热型蓄热一般会有显热储存，热化学型
蓄热会储存显热和潜热；
;潜热蓄热方式最具有实际发展前途，应用
最广泛和最重要的储能方式：固液、固固相 变蓄热材料。
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水蓄冷技术 方法：
利用水的显热容储存冷量，冷却为4～7℃低 温水；直接与现有常规制冷系统匹配。 系统简单，技术要求低，初投资少，维修费 用少等。
优点：
蓄热密度低：水比热容小，4.2kJ/（kg·K）， 缺点： 一般水蓄冷温差需在6～11℃；系统占用面积 大，冷损耗大
第3章 固液相变原理和应用 27
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冷凝器
蒸发器
M
压缩机
水泵Ⅱ
Heat and Mass Transfer: Fundamentals and Equipment 阀Ⅰ
节流阀
水泵Ⅰ
阀Ⅱ
蓄冷槽
空调器
蓄冷空调系统原理示意图 ④单蓄冷供冷循环
第3章 固液相变原理和应用 28
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冷凝器
蒸发器
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第3章 固液相变原理和应用
班 级：建环
教研室：建筑环境与设备
第3章 固液相变原理和应用 1
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相变蓄热材料性能要求
相变材料：PCM（Phase Change Material）
·理想的蓄热材料应满足的条件：
热力学性能条件 化学性能条件
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经济性条件
第3章 固液相变原理和应用
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第3章 简
暂时不用、多余的热能 应用方面：
本专业应用： 冰蓄冷空调 蓄热式热泵 固液相变蓄热
介
热能浪费 蓄热技术 储存
能源： 间断性、不稳定性
太阳能热储存 工业热能储存 电力调峰及电热余热储存 军工、航天等特殊场合 辅助保温作用等
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第3章 固液相变原理和应用
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缓解矛盾，均衡负荷，合理利用电能 峰谷分时电价政策：谷价是峰价的1/5～1/2 谷时蓄冷
蓄冷空调技术： “削峰填谷”
峰时放冷
空调蓄冷技术，即是在电价低、电力负荷低的 时间蓄冷（夜间用电低谷期）；在电价高、电 力负荷较高的时间释冷（白天用电高峰期）， 从时间上全部或部分转移制冷负荷。
第3章 固液相变原理和应用 22
第3章 固液相变原理和应用 29
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·蓄冷空调蓄冷方式
水蓄冷：4～7℃ 冰蓄冷：0℃ 蓄冷空调技术 共晶盐蓄冷：5～9℃ 气体水合物蓄冷：5～12℃
第3章 固液相变原理和应用
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相变形式 ·分类方法
固－液相变 固－固相变 高温类：120～850 ℃ 低温类：0～120 ℃ 无机物类： 水合盐、熔融盐、水、金属等 有机物类： 石蜡、多元醇、酯酸类等
第3章 固液相变原理和应用 15
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温度范围
化学组成
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·蓄冷空调工作原理
常规空调系统：制冷、供冷、冷却水三个子循环系统
节流阀 空调负荷
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水泵
空调器
冷凝器
蒸发器
压缩机
M
12 18 24
时间
常规空调系统原理及负荷图
第3章 固液相变原理和应用 23
高温类
120～850 ℃
单纯盐 混合盐 金属 碱 有机物
·相变蓄热材料
石蜡 酯酸 多元醇 其它 结晶水合盐
低温类
0～120 ℃
无机物
熔融盐 其它
相变蓄热材料分类示意图
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①合适的相变温度 热力学性能条件 ②相变潜热较大 ③热导率高 ④密度大，体积能量密度大 ⑤体积膨胀率小 ⑥蒸气压低，不易挥发
第3章 固液相变原理和应用 12
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热：20～35 ℃ ；冷：0～15 ℃
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第3章 固液相变原理和应用
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kW
·蓄冷空调应用背景
电力供应紧张：
电网负荷率低、峰谷差大 华北电网最大峰谷差： 达到最大负荷的40％
700 600 500 400 300 200材料难度大
·应用中：
主要考虑： 相变温度合适，相变潜热高，经济性好 其次注意问题： 过冷、相分离、腐蚀性及其它性能
第3章 固液相变原理和应用 14
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相变蓄热材料分类
第3章 固液相变原理和应用 9
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3.2 蓄热用固液相变材料
相变蓄热材料性能要求 相变蓄热材料分类 相变蓄热材料空调方面的应用要求
第3章 固液相变原理和应用
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