張寅平zhangyp@清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系2006.6相變蓄能電采暖應(yīng)用基礎(chǔ)研究1內(nèi)容1.蓄能電采暖的重要性2.相變材料(PCM)特性3.近期相變蓄能研究工作一覽4.定形相變電采暖地板5.高溫相變蓄能電暖器6.結(jié)束語21.蓄能電采暖意義重大中國未來的發(fā)展，能源是瓶頸問題

70%能源來自煤，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染建筑能耗占社會(huì)總能耗27.8％每年新建建筑面積逾10億平米

采暖能耗比例大，采暖區(qū)面積680萬平方公里，占國土面積72％。3各氣候建筑熱工分區(qū)的住房居住面積分布(1997年)

4供電負(fù)荷及特性的預(yù)測(cè)北京電力負(fù)荷峰谷差逐年加大蓄能式電采暖大有作為5現(xiàn)有電采暖存在的問題大多不具備蓄能功能；加大了電網(wǎng)峰谷差；無法利用夜間廉價(jià)電，運(yùn)行費(fèi)用高；蓄熱電鍋爐以蓄熱水箱來蓄熱。顯熱蓄熱電暖器熱舒適性差。6蓄能式電采暖意義改善城市能源消耗結(jié)構(gòu)和城市環(huán)境；對(duì)電網(wǎng)削峰填谷，提高電廠的設(shè)備利用率；節(jié)省用戶的采暖費(fèi)用。

72.相變材料特性(PCM)

相變潛熱大

相變過程近似等溫過程8相變材料熱物性測(cè)定系統(tǒng)熱性能研究

相變材料研制

模型實(shí)驗(yàn)冰蓄冷空調(diào)蓄熱電暖器相變地板相變吊頂功能熱流體相變墻基礎(chǔ)層面應(yīng)用層面建筑環(huán)境控制3.近期相變蓄能研究工作一覽94.定形相變蓄熱地板電采暖10地板采暖對(duì)流采暖頭部過熱理想采暖方式不同采暖方式室內(nèi)空氣溫度分布近似于理想模式11國內(nèi)外研究現(xiàn)狀日本已應(yīng)用固液相變蓄熱地板采暖；在北美、歐洲等地，地板采暖形式已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用；中國熱水低溫輻射地板供暖技術(shù)發(fā)展很快,電熱輻射采暖方式也有應(yīng)用，但還沒有研究相變蓄熱式地板采暖。1213普通固液相變材料的缺點(diǎn)相分離需封裝、容器貴容器的附加熱阻大容器泄漏

定形相變材料可克服此缺點(diǎn)，相變過程中材料形狀不變。14定形相變材料照片

Tm=20oC,35oC,50oCHm=100-180kJ/kg15定形相變材料與混凝土混合

水泥定形相變材料1612341．隔熱層2．電熱膜3．定形相變材料層4．地板PCM材料夜間吸熱，白天放熱。4.1被動(dòng)式相變蓄能地板電采暖系統(tǒng)174.1被動(dòng)式相變蓄能地板電采暖系統(tǒng)夜間加熱階段，表面熱流修正因子白天散熱階段，表面熱流為主要影響因素為：相變溫度和地板熱阻。若熱負(fù)荷需求變化不大，要使散熱速率穩(wěn)定，即增大相變地板導(dǎo)熱系數(shù)，或增大地板表面覆蓋層熱阻。18（a）實(shí)驗(yàn)房間（b）電熱膜（c）定形相變板（d）地板定形相變蓄熱電熱地板照片（a）（b）（c）（d）19實(shí)驗(yàn)房間逐時(shí)室溫——實(shí)驗(yàn)在2005年的1月到3月連續(xù)進(jìn)行，測(cè)量時(shí)間為50天大部分時(shí)間室溫保持在15-25℃之間，平均耗電量5.4kWh/天20模擬研究北京普通房間室溫和地面溫度的計(jì)算結(jié)果通過改變加熱面積控制的采暖季室內(nèi)溫度變化使用效果變：普通房寺間中，此繳采暖系統(tǒng)等能達(dá)到較娃舒適的效彈果，每天喊可節(jié)省4元錢；控制方式跳：通過控跑制地板加默熱面積，腔可使采暖鄉(xiāng)豐季室內(nèi)溫索度保持在16-默25℃。21設(shè)計(jì)原則臘：相變潛枯熱足夠時(shí)娛，設(shè)計(jì)中田應(yīng)重點(diǎn)考尤慮相變溫交度和空氣泥層熱阻；此結(jié)果與笨分析結(jié)論邊一致。影響因素每敏感性分秋析22結(jié)合太陽糧能空氣集掌熱器4.2送風(fēng)式驅(qū)相變蓄字熱地板私電采暖濟(jì)系統(tǒng)234.2送風(fēng)式相遣變蓄熱地涂板電采暖部系統(tǒng)夜間加借熱階段犬，表面伙熱流修翁正因子掃為白天散熱階段，送風(fēng)熱流為主要影響鑄因素為：逆相變溫度歇和送風(fēng)速千率。要使夜間煙散熱速率蔑小，白天債供熱能力享大，可增趣大覆蓋層波熱阻，且飛使地板送番風(fēng)能力強(qiáng)牙。24實(shí)驗(yàn)研邊究實(shí)驗(yàn)時(shí)間文為2004年2月，北京房間3m(深)×2倍m(寬)×2批m(高)25通過送值風(fēng)使平犁均最高慢室溫提慮高了8℃；可通過輔調(diào)節(jié)送先風(fēng)速率熟方便的蘇調(diào)節(jié)室懼溫。實(shí)驗(yàn)房間狂測(cè)試結(jié)果26模擬研究控制方存式：通悔過控制替送風(fēng)啟尸?；蛩托U風(fēng)速率扶，可使障工作時(shí)蘭間室溫墨基本保濃持舒適禍；使用效感果：此嘩采暖系雖統(tǒng)每天償可節(jié)省2.1元。27影響因素單敏感性分藝析設(shè)計(jì)原則窩：相變潛懷熱足夠且堂導(dǎo)熱系數(shù)轎大于0.2W古/moC時(shí)，設(shè)氧計(jì)中應(yīng)暗重點(diǎn)考茶慮相變綠溫度和辯送風(fēng)速貿(mào)率；此結(jié)果與疏分析結(jié)論具一致。28在清華節(jié)泛能實(shí)驗(yàn)樓燈中的應(yīng)用PCM擔(dān)fl蘇oor口:1肅000姜m2295.高溫相變眾蓄熱電暖鮮器30The捆DSC總curv全eof悉TH5舌76高溫相變朽材料TH57所631TH57啞6熱物性密度（kg/m3）2700比熱(kJ/kg··K)1.038

導(dǎo)熱系數(shù)(W/m·K)160

相變潛熱(kJ/kg)560熔點(diǎn)(℃)5763233樣機(jī)Ⅰ型樣機(jī)Ⅱ型風(fēng)道內(nèi)無肋片風(fēng)道內(nèi)有肋片樣機(jī)外形尺寸（寬×高×寬mm3）供暖面積（m2）電加熱功率（W）樣機(jī)質(zhì)量（kg）Ⅰ型600×780×17010～20180073Ⅱ型620×790×19010～2018007834高溫相驕變蓄熱叮電暖器紛結(jié)構(gòu)風(fēng)道內(nèi)無刮散熱肋片爺為Ⅰ型、風(fēng)疤道內(nèi)有禁散熱肋快片為Ⅱ型35實(shí)驗(yàn)結(jié)果能及分析

電加熱功率1540W溫度曲線

電加熱功率1810W溫度曲線

TH5甜76相變溫壞區(qū)：570℃父-578輝℃，出現(xiàn)溫趴度平臺(tái)；機(jī)殼外階壁面溫細(xì)度低于80℃，滿足安瘡全的要求眼。不同電識(shí)加熱功插率下實(shí)傭驗(yàn)結(jié)果36HeatingPower(W)15401810Sensibleheatchargetime（h）4.583.66Latentheatchargetime（h）3.412.92Latentheatdischargetime（h）4.324.86Sensibleheatdischargetime（h）11.6812.56Averageheatdischargeratewithpoweron(W)517506Averageheatdischargeratewithpoweroff(W)515512Averageheatdischargeratein24hours(W)516510Heatstorageratio（％）687137重復(fù)性羅實(shí)驗(yàn)T(oC)38華亭嘉資園用戶璃測(cè)試結(jié)板果及分每析華亭嘉園高溫相變蓄熱電暖器溫度測(cè)點(diǎn)布置示意圖中央空調(diào)鏡，各房間錫風(fēng)機(jī)盤管饑獨(dú)立控制謝，總面積繁：140平米，測(cè)巧試房面積掏：17.開5平米。39測(cè)試結(jié)五果測(cè)試時(shí)潔間：2004獸.1.2術(shù)0-3.皂15；蓄熱電暖河器運(yùn)行時(shí)迎間：1.2皮9-3慢.15屑,共計(jì)47天。各測(cè)點(diǎn)溫度曲線

40

室內(nèi)平均溫度曲線

41耗電量測(cè)鉛試結(jié)果每平方寬米采暖鄉(xiāng)豐面積耗到電量為25.5濟(jì)W電暖器耗電量（度）電價(jià)耗電費(fèi)用（元）折合采暖標(biāo)準(zhǔn)年單位采暖面積運(yùn)行費(fèi)用（元/m2）高溫相變蓄熱電暖器502北京市采暖優(yōu)惠電價(jià)100.419.8普通電暖器502北京市采暖優(yōu)惠電價(jià)180.735.742安寧里南慶區(qū)用戶測(cè)柜試結(jié)果及么分析安寧里南區(qū)高溫相變蓄熱電暖器溫度測(cè)點(diǎn)布置示意圖集中供熱繭，總面積旨：86平米，沫測(cè)試房癥沒安裝陵散熱器福，面積蜘：20.晨2平米。43測(cè)試結(jié)果測(cè)試時(shí)間伐：2004旨.1.3燒1-3.監(jiān)15蓄熱電首暖器運(yùn)仍行時(shí)間絞：2.6-松3.15，共計(jì)39天。各測(cè)點(diǎn)溫度曲線

44室內(nèi)平均溫度曲線45蓄熱與隸普通電帖暖器耗禿電費(fèi)用向比較房間建筑捐面積：20m2；采暖熱溫指標(biāo)：