具有蓄热相变材料的太阳能辐射采暖

具有蓄热相变材料的太阳

能辐射采暖

Solar radiant heating with heat storage phase change materials

姓名：彭松涛

学号：129044398

专业：建筑节能技术与工程

班级：节121

指导老师：程波

学校:安徽工业大学

2015年12月12日

具有蓄热相变材料的太阳能辐射采暖Solar radiant heating with heat storage phase change

materials

【摘要】：在当今注重节能、环保和舒适的环境下，太阳能地板辐射采暖逐渐以其舒适性和安全性为大家所接受。本文主要讨论了地板辐射采暖的形式，优缺点以及相变蓄热材料等。说明太阳能地板辐射采暖蓄能技术具有明显的经济、社会效益和广阔的应用前景。

【关键词】太阳能，地板辐射采暖，定形相变材料。相变蓄热

0引言

低温地板辐射采暖是一种更为先进、舒适的采暖形式，该采暖形式已经在西方发达国家广泛应用，在我国的应用也越来越广泛。随着我国社会经济的发展和人们生活水平的提高，更为舒适的地板辐射采暖形式必会越来越多地被人们接受和使用。太阳能地板辐射采暖是一种以采集的太阳能作为热源，通过敷设于地板中的盘管加热地面进行供暖的系统。

相变材料在其本身发生相变的过程中，可以吸收环境的热（冷）量，并在需要时向环境放出热（冷）量，从而达到控制周围环境温度的目的。把相变材料与建筑围护结构结合，制成相变蓄能围护结构，用于建筑物室内温度的调控。相变蓄能围护结构可以大大增加围护结构的蓄热作用，使建筑物室内和室外之间的热流波动幅度被减弱、作用时间被延迟（如图 1 所示），从而提高建筑物的温度自调节能力和改善室内环境，达到节能和舒适的目的。

图 3 地 源 热 泵地板采 暖工 艺 流 程 图 接 地板内 热 水 管 膨胀 阀 压缩 机 冷 凝器 蒸 发器 地 埋 管

1 太阳能地板辐射采暖

1.1太阳能地板辐射采暖结构及原理

太阳能地板辐射采暖系统通常由太阳能集热器，贮水箱，地下加热盘管，分水器，集水器，循环水泵，辅助热源等，其中，地下加热盘管及其配套的辐射采暖地板，是太阳能地板辐射采暖系统所独有的。

图 2 太阳能地暖系统图

1.2太阳能地板辐射采暖优点

一 ，最舒适的采暖方式（脚暖头凉）

二，高效、节能、运行费用低（热媒低温传送，室内设计温度低）

三，环保、卫生，健康保健（辐射传热，减少灰尘和细菌流动）

四，不占用面积（与暖气片采暖相比） 五，使用寿命长（五十年以上） 六，减少楼层噪音（保温层的隔音） 七，适用范围广

八，可实现分户控制和热计量收费

1.3其它新型地暖系统 由于低温地板辐射采暖系统的水温要求不高，可以低至 30℃，其热源可以根据各个地方的不同的能源经济特点制定一定的系统形式。如地源热泵低温热水蓄能地板辐射采暖，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 40～45℃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，白天放出给房间供暖。（如图3）又如电热电缆蓄能地板辐射采暖，标准发热电缆地暖蓄能系统是以电力为能源，以埋入地下的低温发热电缆为发热体，利用夜间廉价电通过电缆加热相变材料，将电能全部转化成热能，使其产生相变，以潜热形式储存热量，白天通过辐射和传导的方式实施对周围空气、物体及人体的加热。

2相变蓄热采暖地板的结构及工作原理

地板采暖采取太阳能和低谷电等环保能源，但是由于这两种能源形式都与采暖期不是十分吻合，如阳光最强烈的时候往往是采暖负荷最小的时候，电价低估的时候往往是凌晨时候，这段时间只占采暖时段的一小部分而已。

如果希望合理有

效利用这两种能源形式，必然会涉及到蓄热保温的问题。低温热水地暖系统一般是采用蓄热水箱进行蓄热，这种方式要求传热介质是水，且较占用建筑的使用空间。地暖比较不占用建筑用面积的蓄热形式是地埋蓄热材料。

2.1相变材料定义及其特点

相变材料（Phase Change Materials，简称PCM）是指随温度变化而改变形态并能提供潜热的物质。相变材料由固态变为液态或由液态变为固态的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。相变材料具有在一定温度范围内改变其物理状态的能力。正是相变材料的这种吸热放热现象，使得相变材料成为世界各国关注的热点。

PCM应用于建材的研究始于1982年，由美国能源部太阳能公司发起。目前发现的相变材料有上千种但并不是所有的 PCM 都能用于储能。理想的 PCM 应具有熔化潜热高、导热系数和热容较大、形变小、无毒、无腐蚀性、过冷或过热现象少等特点。考虑到人对居住建筑舒适性的要求，应用于建筑的相变材料还需要满足以下条件：（1）PCM的相变温度必须在室内舒适温度范围的附近，如冬季室温18℃～22℃；夏季室温22℃～26℃（2）PCM的相变温度就应在此范围内。PCM不能从墙板中泄露，长期循环不变质，与建材要相容好。表1 列举了建筑储能常用的相变材料。

2.2 相变储能建筑材料的节能原理

相变材料在建筑节能中应用的原理为：相变材料发生相变时伴随着相变热的释放与吸收，即在热转换过程中，相变材料中的冷负荷储存在蓄能结构中随着室外温度的降低，储存的热量一部分释放到室外，从而降低了建筑冷负荷；另一部分释放到室内，增加了晚间建筑的冷负荷。根据上述理论，以相变储能结构为例，将相变材料应用到现有的建筑中，可以大大增加建筑结构的储热能力，使用少量的材料就可以储存大量的热量。由于相变储能结构的储热作用，建筑物室内和室外之间的热流波动被减弱、作用时间被延长，从而可以降低建筑物供暖、空调系统的设计负荷，达到节能的目的。

2.3定形相变材料

定形相变材料是由相变材料和高分子支撑和封装材料组成的复合贮能材料，由于高分子囊材的微封装和支撑作用，作为芯材的相变材料发生固液相变时不会流出，且整个复合材料即使在芯材熔化后也能保持原来的形状不变并且有一定的强