【摘 要】
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相变储能技术是一种能够协调能量供需时间和空间不匹配的矛盾、提高能源利用率的新型节能技术,将具备储热特性的相变材料(PCM)应用于建筑采暖系统中,可以提升室内热舒适性,将用电负荷转移至非高峰期,从而达到电力“移峰填谷”的目的。十二水合磷酸氢二钠(Na2HPO4·12H2O)作为一种高潜热、廉价易得的无机水合盐相变材料,相变温度在36℃左右,适用于建筑采暖系统,具备广阔的应用前景,但严重的过冷和泄露问
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相变储能技术是一种能够协调能量供需时间和空间不匹配的矛盾、提高能源利用率的新型节能技术,将具备储热特性的相变材料(PCM)应用于建筑采暖系统中,可以提升室内热舒适性,将用电负荷转移至非高峰期,从而达到电力“移峰填谷”的目的。十二水合磷酸氢二钠(Na2HPO4·12H2O)作为一种高潜热、廉价易得的无机水合盐相变材料,相变温度在36℃左右,适用于建筑采暖系统,具备广阔的应用前景,但严重的过冷和泄露问题使其应用受到限制。本文优选成核剂和增稠剂改善Na2HPO4·12H2O的过冷现象,将天然海泡石进行改性作为吸附载体,制备出一种定型复合相变材料(CPCM)并集成至电加热辐射采暖系统中,探究了不同操作参数对试验房热性能和节能效果的影响。本文首先研究了成核剂纳米氧化铝(α-Al2O3)的添加量对Na2HPO4·12H2O相变特性的影响。同时,为了提升纳米成核剂的分散效果,又加入增稠剂海藻酸钠,进一步探究了海藻酸钠添加量对PCM过冷度的影响。结果表明:α-Al2O3添加量为4%,海藻酸钠添加量为1.5%时,纳米成核剂的分散效果最好,Na2HPO4·12H2O的过冷度由18.3℃降至1.0℃,此时PCM相变温度为35.1℃,相变焓为209.5 J/g。其次,采用盐酸处理和煅烧的方法,对天然海泡石进行改性,清除其内部杂质,得到具有丰富纤维状结构的改性海泡石,以其作为吸附载体,采用熔融浸渍法制备出Na2HPO4·12H2O/海泡石复合相变材料。分析了不同PCM含量下复合相变材料的热物性以及定形性能,通过SEM、FT-IR、XRD、TG等分析手段对其微观形态、化学组成和热稳定性进行了表征,并测试其导热系数及循环性能。结果表明:复合相变材料中PCM含量最高可至60%而不产生液漏,此时CPCM的相变温度为35.7℃,相变焓值为127.8 J/g,过冷度为1.7℃,导热系数较高、热稳定性和冷热循环稳定性好,表明该材料可适用于建筑辐射采暖系统。最后,将Na2HPO4·12H2O/海泡石复合相变材料经压制、封装后制成相变地板,与电加热辐射采暖系统相集成,搭建了小型试验房,探究了相变地板厚度以及加热功率对试验房热性能的影响。结果表明:相变地板厚度增加,试验房的热舒适度提高、用电量下降;随着电热膜加热功率的减小,热舒适度和用电量先升高后减小,用电量最小的工况为相变地板厚度10 mm,加热功率230 W/m~2。在峰谷电价政策下的全天实验表明,含有相变材料的试验房用电量相比对照组增大了5.2%,但用电费用节省了16.5%,且室内中心温度能维持在较高温度。综上所述,制备方法简单、成本低廉的Na2HPO4·12H2O/海泡石复合相变材料适用于电加热辐射采暖系统,在建筑节能领域有着广阔的应用前景。
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