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      蓄熱材料的特點和應用

      時間:2014-03-10 13:09來源:未知 作者:admin 點擊:
      蓄熱材料就是一種能夠儲存熱能的新型化學材料。它在特定的溫度(如相變溫度)下發生物相變化,并伴隨著吸收或放出熱量,可用來控制周圍環境的溫度,或用以儲存熱能。它把熱量或冷量儲存起來,在需要時再把它釋放出來,從而提高了能源的利用率。 從材料蓄熱方式

      蓄熱材料就是一種能夠儲存熱能的新型化學材料。它在特定的溫度( 如相變溫度) 下發生物相變化,并伴隨著吸收或放出熱量,可用來控制周圍環境的溫度,或用以儲存熱能。它把熱量或冷量儲存起來,在需要時再把它釋放出來,從而提高了能源的利用率。
        從材料蓄熱方式看,蓄熱材料一般可分為:顯熱型、潛熱型和化學反應型3 大類。

      (1) 顯熱蓄熱是通過蓄熱材料的溫度的上升或下降來儲存熱能。這種蓄熱方式原理簡單、技術較成熟、材料來源豐富及成本低廉,因此廣泛地應用于化工、冶金、熱動等熱能儲存與轉化領域。常見的顯熱蓄熱介質有水、水蒸汽、沙石等,這類材料儲能密度低且不適宜工作在較高溫度下。 

      (2) 潛熱蓄熱利用相變材料發生相變時吸收或放出熱量來實現能量的儲存,具有單位質量(體積)蓄熱量大、溫度波動小(儲、放熱過程近似等溫)、化學穩定性好和安全性好等特點。常見的相變過程主要有固-液、固-固相變兩種類型。固-液相變是通過相變材料的熔化過程來進行熱量儲存,凝固過程來放出熱量;而固-固相變則是通過相變材料的晶體結構發生改變或固體結構進行有序-無序的轉變而可逆地進行儲、放熱。當前正在考慮的潛熱蓄熱材料有:氟化物、硫酸鹽、硝酸鹽以及石蠟等有機蓄熱材料。

      (3) 化學反應蓄熱是利用可逆化學反應通過熱能與化學熱的轉化來進行儲能的。它在受熱或冷卻時發生可逆反應,分別對外吸熱或放熱,這樣就可以把熱能儲存起來。其主要優點是蓄熱量大,不需要絕緣的儲能罐,而且如果反應過程能用催化劑或反應物控制,可長期儲存熱量。 

       根據蓄熱溫度范圍又可分為低溫、中溫、高溫三類

      (1) 低溫范圍——100℃以下的蓄熱。低溫蓄熱主要用于廢熱回收、太陽能低溫熱利用及供暖空調系統。蓄熱系統組成簡單、成本較低,常用的蓄熱材料有水、水-砂、巖石等,其中熱水應用的最為廣泛。在此應用溫度范圍內的蓄熱技術基本成熟。

      (2) 中溫范圍——100~250℃的蓄熱。中溫PCM效率相對較低,體積和質量相對龐大,各方面要求相對也低,適合大規模應用,主要針對地面民用領域,經常作為產業的加熱源,可用于化工生產、冶金、發電等場合。

       (3)高溫范圍——250℃以上的蓄熱。高溫蓄熱常用于高溫余熱回收利用、熱機、太陽能熱發電、太陽能熱解制氫、磁流體發電以及人造衛星等場合。對于回收的熱能,無論數量和溫度隨時間變動都比較小時,可采用余熱鍋爐,以高溫高壓的水蒸氣形式回收,或轉換為電力或作為熱源進行有效地利用。

      相變蓄熱材料的應用

      相變儲熱的應用研究主要集中在太空太陽能動態發電系統(DSP)儲熱、地面太陽能的直接熱利用、建筑物圍護結構儲熱和轉移電力峰值負荷、平衡電力應用

      的空調儲熱, 其次還有工業余熱廢熱回收系統儲熱等。

          在太陽能方面的應用

      太陽能清潔、無污染, 而且取用方便。利用太陽能是解決能源危機的重要途徑之一。但是到達地球表面的太陽輻射能量密度偏低, 且受到地理、季節、晝夜及天氣變化等因素的制約, 表現出稀薄性、間斷性和不穩定性等特點。為了保證供熱或供電裝置的穩定不間斷的運行, 需要利用到相變儲能裝置, 在能量富裕時儲能, 在能量不足時釋能[6]。美國的管道系統公司(Pipe Systems Inc)應用CaCl2·6H2O作為相變材料制成儲熱管, 用來儲存太陽能和回收工業中的余熱。

          工業余熱利用

      在冶金、玻璃、水泥、陶瓷等部門都有大量的各式高溫窯爐,它們的能耗非常之大, 但熱效率通常低于30%,節能的重點是回收煙氣余熱(有的熱損失達50%以上) 。傳統的做法是利用耐火材料的顯熱容變化來儲熱, 這種儲熱設備的體積大、儲熱效果不明顯。如果改用相變儲熱系統, 則儲熱設備體積可減小30%~50%, 同時可節能15%~45%,還可以起到穩定運行的作用。

          在建筑方面的應用

      有關資料顯示: 社會一次能源總消耗量的1/3用于建筑領域。提高建筑領域能源使用效率, 降低建筑能耗, 對于整個社會節約能源和保護環境都具有顯著

      的經濟效益和社會影響。利用相變儲能建筑材料可有效利用太陽能來蓄熱或電力負荷低谷時期的電力來蓄熱或蓄冷, 使建筑物室內和室外之間的熱流波動幅度減弱、作用時間被延遲, 從而降低室內的溫度波動, 提高舒適度, 以及節約能耗。據Athienitis A. K.[7] 等報道, 利用浸入了硬脂酯丁酯的相變墻板, 可使房間的最高溫度下降4 ℃。

          相變儲能材料在其它領域的應用

      相變儲能材料的應用涉及面很廣。選用Mg(NO3)2·6H2O作為主儲熱材料,MgCl2·6H2O作為添加劑調節相變溫度,可以用于處理發熱發電系統產生的城市廢熱(溫度在60~100 ℃)[8]。在冷藏系統中,用主要為Na2SO4·10H2O、NH4Cl和KCl的混合物作為相變儲能材料代替傳統的換熱體系[9],能夠提高冷藏系統的性能,有利于緩解高峰制冷負荷、克服開門期間的能量損失和滿足較長停電期間的制冷需要。另外相變儲能材料在紡織服裝[10]、溫室種植[11]等領域都有應用。隨著相變材料基礎和應用研究的不斷深入,相變材料應用的深度和廣度都將不斷拓展。

      (責任編輯:東方青燕)
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