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相变蓄热电采暖建筑结构热特性分析及研究

祝艺丹  
【摘要】:“能源革命”、“低碳能源”、“清洁供暖”已经成为国家能源战略的重要组成部分,推动能源体系革命性变革,是我国能源战略的重要取向。近年来,为了解决北方采暖地区燃煤采暖造成的环境污染问题,清洁能源电采暖的发展受到广泛关注。北方采暖地区传统的热电联产供暖方式阻碍了清洁风电的发展,造成严重的“弃风”现象,蓄热式电采暖既可满足采暖需求,又能较好响应风电。因此,风电供暖是解决三北冬季弃风的合理措施之一。作为建筑主体的围护结构,面积大,其隔热蓄热性能直接关系到建筑节能和直供式电采暖系统的经济性。利用“峰谷电价”等电采暖政策和建筑围护结构大面积蓄热的有利条件,开发相变蓄热材料和建筑围护结构相结合的“相变蓄热电采暖建筑结构”,将会有力推动“建筑工业化”、“电采暖”等相关技术的普及和发展。本文开发了一种相变蓄热材料结合电采暖的装配式建筑围护结构。通过对相变蓄热材料的热特性测试与分析,选取了石蜡微胶囊为相变蓄热主体,以微胶囊结构对石蜡进行封装,克服了低温相变时液相石蜡泄漏的问题;选取泡沫铜作为强化传热的支撑结构,加强了蓄热结构的传热性能和结构强度,在蓄热同时不降低其供热性能。在理论分析的基础上,运用Fluent软件模拟了蓄热层为纯石蜡微胶囊、蓄热层为泡沫金属铜/石蜡微胶囊复合相变材料的蓄热过程,做为对比实验的参考和依据;以单一石蜡微胶囊为相变蓄热材料、孔隙率分别为95%、90%泡沫铜/石蜡微胶囊复合相变材料三种结构样本进行蓄放热过程对比实验,采集了温度变化数据,推算了三种样本的蓄热放热性能。通过样品热特性实验数据及Origin直观图分析得到了“相变蓄热电采暖结构”总体热特性指标。其结果说明,结合建筑热负荷周期变化规律和峰谷电价差,利用夜间低谷电价可同时进行供热和蓄热,其蓄热量可以满足白天供暖的热量需要;通过SPSS统计学配对T检验对温度数据进行统计学分析,得到蓄热层添加孔隙率95%泡沫铜/石蜡微胶囊复合相变材料在蓄放热过程中热效果最佳;为分析相变蓄热电采暖系统经济性,本文从初投资、年运行费用及简单投资回收期等方面进行分析,得到相变蓄热电采暖结构可以极大程度上节省电采暖年运行费用,降低电供暖成本。本课题开发的利用建筑围护结构进行大面积蓄热的产品为清洁风电供热技术的发展建立了理论基础。


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