相變蓄熱水箱和相變蓄熱太陽能通風系統
相變儲能材料技術是近年來蓄能領域和新材料領域新興的研究熱點,該 技術對建筑節能、解決能源緊張有著重要的應用價值。相變儲能技術在建筑 中有著廣泛的應用,對于太陽能供熱系統,由于太陽能具有間斷性與能量密 度低的特點,不能連續穩定的提供熱量,限制了太陽能的大面積使用,為了 蓄存不穩定的太陽能,常以蓄熱水箱為蓄熱設備,水為蓄熱介質來維持系統 穩定運行,從而使得蓄熱水箱需要放置在一個特定的房間中,占用了寶貴的 建筑面積。本成果所涉及的模塊化相變箱及其構成的相變蓄能系統,其通過 采用設置多個獨立腔體的技術能同時實現蓄熱和末端供熱的目的,同時,在 達到同樣存儲熱量的情況下能減少傳統蓄熱水箱體積,還能增大蓄熱水箱運 行時長,減少輔助能源設備能耗;水箱中所用相變材料相變潛熱大,在相變 溫度附近蓄放熱溫度穩定,采用封裝成板片形式的技術放置于普通蓄熱水箱 中,將時間和空間上分布不均不穩定的太陽能轉化成穩定的熱能儲存在相變材 料中,可以有效增大太陽能能源利用率。 太陽能通風煙囪(Solar Chimney, SC)作為世界上最豐富、最具發展潛力 的能源資源一太陽能的被動利用技術之一,因其具有降低建筑通風與空調能耗、 改善室內空氣品質及能源資源可再生等優點而廣泛應用于生態建筑設計中, 是生態與節能建筑研究中的一個熱點。但是傳統太陽能煙囪一直存在著蓄熱 能力差、工作不穩定的缺點,在沒有太陽輻射的時段無法運行。本團隊成果 創新點在于將相變材料與傳統太陽能煙囪相耦合,相變材料是替代傳統蓄熱 介質的最佳選項,與顯熱蓄能相比,相變蓄熱是種潛熱蓄能模式,具有蓄能 密度高,體積小,溫度變化小,相變溫度選擇范圍寬,易于控制等優點。相 變材料耦合太陽能煙囪可以有效提高煙囪本身的蓄熱能力,將多余的太陽能 貯存起來,在沒有太陽輻射時使用,從而有效延長了太陽能煙囪的工作時間。 市場及經濟效益分析: 在自然通風領域,目前節能設計中由于太陽能等可再生能源在時間和強 度等方面的間歇性和不穩定性,導致當前面臨最大的挑戰就是滿足建筑的熱 舒適性,傳統太陽能煙囪利用普通圍護結構或金屬板作為蓄熱介質,蓄熱方 式是顯熱蓄熱,墻體表面溫度是隨著太陽輻射強度的變化而變化的,墻體溫 度的變化極容易引起通風量變化或人體熱不舒適感。另外,煙囪蓄熱墻的蓄 熱能力差,在多云天氣或夜間,太陽能煙囪工作效能很差或不能工作,這極 大地限制了太陽能煙囪的實際應用。同時,相比于市場常見的機械通風技術, 其能達到良好的通風效果,但是需要復雜的通風設備和動力設備,結構復雜, 而以相變太陽能煙囪為代表的自然通風技術低能耗,結構簡單,僅需經過合 理布置房間的門窗位置即可形成有組織的自然風,尤其在過度季節和氣候溫和 地區具有廣闊的應用前景。團隊介紹: 本研究團隊擁有一批由教授、副教授、青年教師、博士和碩士組成的高 層次科研人員及先進的科研設備,在相變傳熱理論和數值模擬分析等方面均 具有扎實的基礎,人員組成結構合理,團隊成員大都有豐富的現場實測經驗 及實驗室研究的工作經歷。研究團隊的主要研究人員盧軍教授主持完成了國 家自然科學基金項目“山地城鎮室外熱環境預測與評價”,作為專題負責人完 成了國家科技攻關項目“長江流域住宅節能理論與策略研究",主研完成了國 家十一五科技支撐計劃子課題“城鎮熱島效應機理和模擬技術研究”以及數 十項建筑可再生能源利用科研課題和工程方案的可行性研究,具有堅實的理 論基礎和豐富的實驗工作經驗,目前正在主持完成國家自然科學基金項目“高 海拔寒冷地區室內熱環境質量及調控機理研究"的研究工作。盧軍教授在相 變材料在建筑領域應用研究方面有較多的工作積累,尤其是相變蓄能水箱與被 動式自然通風技術等方面取得了豐富成果,發表多篇學術論文,為團隊發展提供 相關研究建議和指導。
重慶大學
2021-04-11