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封装优态盐同心套管式相变 储换热器性能研究 指导老师 ： 姬 长 发 学院名称 ： 能源学院 专业名称 ： 建筑环境与设备工程 申请者姓名 (集体名称)： 刘蕊 田小林 张瑶 王昊 任鹏飞 吴学超 封装优态盐同心套管式相变储冷换热器性能研究 摘要：蓄冷空调技术是有效平衡峰谷用电负荷的有效措施，然而常用的冰蓄冷方式蓄冷时蒸发温度过低导致电能消耗过多。研究开发性能优良的高温相变蓄冷介质及蓄冷换热器很有必要。本文通过实验分析Na2SO4·10H2O溶液的凝固点随其质量分数的变化规律，以及NH4Cl对Na2SO4·10H2O溶液的凝固点的影响等，综合比较各种情况，得出了结晶温度在5～8℃蓄冷相变材料组合。同时设计了同心套管蓄冷单元，在其中加入了新研究的蓄冷介质，且对其进行蓄、释冷特性进行了实验研究，结果表明同心套管蓄、释冷特性良好。对于本文设计的蓄冷换热器，蓄冷时，当连接的制冷系统制冷剂进口温度为1℃，载冷剂的流量为0.241 m3/h；而释冷过程中载冷剂的进口温度为10℃和流量分别是和0.283m3/h时效果 关键词：峰谷电价；共晶盐蓄冷；共晶盐释冷；实验研究 1 引言 现代暖通空调设备已成为人们生活的第一需要，空调用电量占建筑物总能耗中的60～70%。由于空调大量使用造成了电网负荷不平衡、电力系统峰谷负荷相差较大的现象[1]。这样大大影响了发电机组的发电效率，为了解决这一问题，国家对电力政策进行了调整，呼吁节约用电、移峰填谷，充分利用现有电力资源。目前，国家电力部门已制订了峰谷电价差政策，使低谷电价相当于高峰电价的1∕2～1∕6，蓄冷空调技术是有效平衡用电负荷、移峰填谷的好方法[2]。从宏观经济角度而言，采用蓄冷空调技术可以非常有效地转移高峰用电至低谷用电时段，大大改善城市峰谷供电平衡，提高发电机组效率，减少输配电损失。同时，由于削峰可以避免为满足几小时的尖峰负荷而新建电厂，节约投资资金。由于提高了发电效率和减少了矿物燃料的消耗，进一步还可以减少烟尘和SO2等的排放，减轻污染，保护环境[3]。从蓄冷空调系统本身来说是节钱不节能的，特别是常用的水冰蓄冷空调系统蓄冷时制冷系统蒸发温度过低（低于0℃）导致电能消耗更多。因此，研究开发性能优良的高温相变蓄冷介质及蓄冷换热器很有必要。本文旨在通过手段研究新型的相变蓄冷介质及其蓄冷换热器。以降低蓄冷空调系统的能耗。 2 实验原理及实验过程 2.1 蓄冷相变材料的特性及甄选 2.1.1对相变蓄冷材料的要求: ①热力学方面的要求：蓄冷材料的相变温度必须在空调工作温度范围内，相变温度最好在5～8℃范围内，这样，对常规空调机组既无需更换，又能在较高效率下运行；较高的相变潜热；密度较大；比热较大；导热系数较大；融化一致，相变蓄冷材料应融化安全，以使固相和液相组分相同；相变过程中体积变化小，可简化蓄冷单体和换热器的几何构成。 ②相变动力学方面的要求：凝固过程中过冷度很小或基本没有，融化后结晶应在它的凝固点温度，这决定于高成核速率和晶体生成速率。在材料中添加成核剂或保持一点“冷指”可减小过冷；有很好的相平衡性质，不会产生相分离；有较高的固化结晶速率。 ③化学性质方面的要求：化学稳定性要好，无化学分解，以保证蓄冷介质有一个较长的寿命周期；对容器材料无腐蚀性；不燃烧，不爆炸，无毒，对环境无污染。 ④经济性方面的要求：大量易得，价格便宜。 2.1.2 蓄冷材料甄选： 考虑到上述要求，共晶盐是比较理想的材料，共晶盐是由多种原材料配制而成，通过适当改变添加剂及其成分，可以获得所需的某种溶液冻结或溶解温度。晶体结晶的特性决定了共晶盐蓄冷材料的蓄冷的优势。共晶盐蓄冷材料可以在零度以上凝固，加入降低凝固点的试剂后，其相变温度可以达到5～8℃，这样，对常规空调机组既无需更换，又能在较高效率下运行。 本次试验材料中所选用的共晶盐Na2SO4·10H2O是单斜晶系。晶体呈短柱状，集合体呈密块状，无色透明，有玻璃光泽，有时略带浅黄色或绿色，味苦，密度为1.4～1.5kg/m3。Na2SO4·10H2O内含质量分数为45.91%的H2O 和44.09%的Na2SO4盐。其融点为32.4 ℃，潜热为254 kJ/kg。基于以上理论我们通过实验分析了Na2SO4·10H2O的蓄冷相变性能和盐类（NH4Cl）对Na2SO4·10H2O溶液凝固点的影响特性。 2.1.3实验及数据分析 实验材料：Na2SO4·10H2O（芒硝）、NH4Cl、蒸馏水。 实验仪器：分析天平、托盘天平、试管及试管架、烧杯、恒温箱、保温杯、滴管、量筒、温度计（量程0～100℃两支，0～50℃若干） 实验方法：本实验通过控制单一变量的方法，研究了共晶盐溶液的某些特性, 分别