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一组蓄热相变材料热性能的实验研究

晨怡热管 中国论文下载中心 佚名 2007-2-15 15:12:30

Abstract Based on T-history method, the thermal performance of a group of phase change materials being potentially applied in the thermal storage systems in the field of Heating, Ventilating and Air-conditioning (HVAC) and building energy conservation was experimentally studied.

Key words: phase change material, thermal performance, energy conservation, thermal storage

1 引言

   近年来相变储能研究的一个热点是其在建筑领域(包括空调和采暖领域)的应用[1], 不同类型的蓄能系统所需的相变材料的温度范围也不一样,如表1所示.
  表1 不同缺点的相变材料的应用范围
  Table Suiable range of melting points of phase change materials for various application

   融点(℃)   适用范围

  0-8,15-22
   24-28
   30-35
   40-50
   60-500

  空调蓄冷
  节能建筑围护结构
  地板采暖蓄热
  热泵蓄热系统
  利用夜间廉价电的蓄热采暖系统

  利用夜间廉价电的蓄热采暖系统
   合适相变材料的选取是相变储能应用的关键。为了快速测定相变材料的热性能,我们发展了一种能够测定多组相变材料凝固点、比热、潜热、导热系数和热扩散系数并能观察相变过程的方法--参比温度曲线法[2]。 利用该方法,本文对一组可望在建筑节能和暖通空调领域获得应用的不同温度段的储热相变材料的热性能进行了研究。
  
2 实验测试

  2.1 测试原理
   测试原理文献[2]中做了介绍,此处不再赘述。

  2.2 测试装置
   图1 为实验测试装置示意图。若材料相变温度较低,还需配置冷却环境(如冰箱)。
                 
                   图1 参比混度测试装置示意图
              Fig.1 Sketch of T-history method testing rig
  
  2.3 数据处理
   为了方便地处理实验数据,我们编制了数据处理软件。该软件能将实验时采集到的数据进行自动处理, 绘出相变温度曲线,并计算出所测相变材料的相变温度、过冷度、相变潜热、比热等参数。图2为数据处理软件中相变材料温降过程记录界
面。
                   
                  图2 数据处理软件中相变材料温降过程记录界面
             Fig.2 Schematic of the T-history curves recorded by the software
  
3 测试结果及分析

   利用参比温度曲线法,我们对一组自己研制和配制的相变材料的热性能进行了测试,结果见表2和表3。

  表2 几种相变材料热性能的测试结果
  Table 2 Experimental results of a group of PCMS' thermal performance

  相变材料
  相变温度(℃)
  相变潜热(kJ/kg)

  TH-78
  TH-54
  TH-50
  TH-46
  TH-32
  TH-28

  65-78
  53.7-48.0
  50-48.5
  46.3-29.2
  32.4
  27.9

  260.0
  205.3
  224.6
  368
  193
  203

  表3 TH-78 重复性实验结果
  Table 3 Measured thermal performance of TH-78 in repeating experiments

吸放热次数
相变温度(℃)
相变潜能(kJ/kg)

1
2
120
77-70.4
76.8-69.7
768-65.1
306.4
300.5
257.7

  实验中发现,TH-78本身结晶性能不很稳定,相变温度范围较宽,但相变潜热较大,并且在多次重复性吸放热后能够保持较大的相变潜热较,并且在多次重复怀吸收放热后能够保持较大的相变潜热,如果能在其中添加合适的成核剂改善其结晶性能,有望成为性能很好的蓄热材料,应用于相变蓄热系统。TH-54材料结晶较好,相变潜热也较大,可应用在利用夜间廉价电进行蓄热的相变取暖系统中。TH-50材料虽然不易结晶,但潜热较大,如果能在其中加入合适的成核剂促使其结晶而又不降低其相变潜热,可成为热泵系统蓄热的理想介质。TH-46也可就用于热泵系统蓄热系统。TH-32、TH-28具有良好的热性能可分别用于地板采暖蓄热系统和节能建筑围护结构中。

4 结论

   我们提出的参比温度曲线法可对工程上应用的一些相变材料的热性能进行快速测定。文中列出的一组储热相变材料,可供建筑节能和暖通空调领域蓄冷蓄热系统作为应用候选材料,但其中某些材料的结晶性和稳定性还有待提高。
  
参考文献

  1.张寅平,胡汉平,孔祥冬,苏跃红,相变贮能一理论和应用[M]. 合肥:中国科学技术大学出版社.1996.
  2.Zhang Yinping, Jiang Yi, Jiang Yi. A simple method, T-history method, of determining the heat of fusion, specifie heat and thermal conducitivity of PCM [J]. Measurement Science Technology, 1999, 10(3): 201-205.

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