基本信息
- 项目名称：
- 封装优态盐同心套管式相变储冷换热器性能研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 目前，我国的电力增长仍然满足不了国民经济的快速发展和人民生活用电急剧增长的需要，全国缺电局面十分严峻。因此，研究蓄冷空调技术已成为解决当今工程节能的重要手段。然而，目前研究最多的是水蓄冷和冰蓄冷，对于共晶盐蓄冷的研究较少。共晶盐主要优点在于它的相变温度较高，可以克服冰蓄冷蒸发温度低的弱点，并可以使用普通的空调冷水机组。本文就共晶盐在同心套管储冷单元中的蓄、释冷特性进行研究。
- 详细介绍：
- 通过实验分析得出了Na2SO4•10H2O溶液的凝固点随Na2SO4•10H2O的质量分数的增加而提高；NH4Cl对Na2SO4•10H2O溶液的凝固点有降低作用，这对于精确控制共晶盐溶液的凝固点使其满足制冷系统的要求，提高制冷机组的COP有重要的意义。综合比较，本实验选用Na2SO4作为蓄冷材料，为了使它的各方面性能达到较满意效果加入了一些添加剂：6.66%的NaCl和6.16%的 NH4Cl作为降低共晶盐的凝结点，2.6%的硼砂作为成核剂，8.7%的 MinUGeL200作为溶液的增稠剂，还有0.25%的Na2P3O10作为分散剂，其它为水。其结晶温度在5～8℃。 设计同心套管蓄冷单元，对其进行蓄、释冷特性研究，结果是同心套管蓄、释冷特性良好，可以进行与制冷机组的连接实验。搭建系统试验台，对整个系统的蓄、释冷特性进行研究，其结果表明：蓄冷时，蓄冷槽入口制冷剂温度对蓄冷特性的影响较载冷剂流量的影响显著；释冷时，载冷剂进口温度对释冷特性的影响较载冷剂的流量对其的影响显著。通过对蓄冷过程进行分析，得出蓄冷效果最好的制冷剂进口温度为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和流量分别是10℃和0.283m3/h时最佳。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 蓄冷空调技术是有效平衡峰谷用电负荷的有效措施，然而常用的水、冰及优态盐蓄冷方式要么蓄冷量密度低，要么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以克服以上不足很有必要，作品旨在通过实验手段研究新的相变蓄冷介质及其相应的新型高效蓄冷换热器。
科学性、先进性及独特之处
- 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。独特之处：研究的新的相变蓄冷介质以及配套的同心套管式的新型高效蓄冷换热器，既能达到提高蓄冷蒸发温度节约电能，又能提高蓄冷密度克服原有优态盐蓄冷的缺点。
应用价值和现实意义
- 可为蓄冷空调系统的设计、现有节能改造提供有力的帮助。从而为我国的节能减排做出相应的贡献。
学术论文摘要
- 蓄冷空调技术是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中制冷剂进口温度为1℃，载冷剂流量为0.241 m3/h，而释冷过程中载冷剂的进口温度和流量分别为10℃和 0.283m3/h时效果最佳，研究成果可为大型蓄冷空调系统的节能提供帮助。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] 谷波,孙涛.蓄冷节能技术发展综述.节能,2001,2 [2] 姬长发,王美.封装式蓄冰单元蓄冰特性的灰色预测.辽宁工程技术大学学报,2007,2:26-1 [3] 刘道平,周文铸.有限空间内水平顺排管束外蓄冰过程特性的实验研究.制冷学报,2003,2:1-4 [4] 邱美苓,张健,李晓燕.空调相变蓄冷技术的研究.中国制冷学会2007学术年会•创新与发展 [5] 李军,朱冬生,张立志等.纳米技术在蓄冷材料中的应用.材料导报,2003,（sl）:135 [6] 吕石磊,冯国会,付英会等.酸类相变材料墙板在北方寒冷地区应用的dsc分析.蓄能技术,2004,(3):36 [7] 张永铨.日本蓄能空调发展简介[J].大众用电,2002(10):18. [8] B.Limmeechokchai, S.Chungpaibulpatana. Application of cool storage air-conditioning in the commercial sector: an integrated resource planning approach for power capacity expansion planning and emission reduction. Applied Energy,2001,68:289-300 [9] 刘刚,封装无机盐冰板蓄释冷特性研究, 〔学位论文〕,西安科技大学,2007. [10] 李晓燕,刘洋,张廷勋等.蓄冷球内高温相变材料凝固特性的实验研究[J].制冷与空调,2004(4):24-27. [11] 李晓燕,闰泽生.制冷空调节能技术.北京:中国建筑工业出版社,2004,6 [12] 张寅平,王馨.固、液相变强化传热物理机制及影响因素分析.中国科学,2002,32(4):485-490
同类课题研究水平概述
- 现代暖通空调设备已成为人们生活的第一需要，无论是国防、工业、农业、医药、卫生以及现代高科技的发展都离不开空调事业。如今空调用电量己占建筑物总能耗60～70%，但在我国存在着昼夜用电负荷的严重不平衡。因此，为充分利用现有电力资源、移峰填谷、有效平衡用电负荷，蓄冷空调技术是一个非常有效地手段。 众所周知，很多材料都具有蓄冷（热）的特性，并且这种特性是伴随着温度变化、物态变化与化学反应过程而显现出来的。国内外目前的蓄冷空调系统多以水、冰蓄冷为主，就是根据水、冰的蓄冷（热）原理特性，尽可能地利用非峰值电力，使制冷机在满负荷条件下运行， 将空调系统所需要的制冷量用显热与潜热的形式部分或全部地储存于水、冰中，当出现空调负荷时，则用这些蓄冷物质储存的冷量来满足空调系统冷负荷的需要。用来储存水、冰以及优态盐的容器称为蓄冷设备。 水蓄冷就是利用水的显热来储存冷量的一种蓄冷方式，即利用4℃～7℃的低温水蓄冷，但其蓄冷量低。冰蓄冷是利用冰的相变潜热进行冷量储存的一种蓄冷方式。0℃冰的蓄冷密度高达334kJ/kg，储存同样多的冷量，冰蓄冷所需的体积仅为水蓄冷的几十分之一，占用空间大大减少，但由于制冷设备的蒸发温度过低导致消耗的电能较大。 优态盐蓄冷是利用固态相变特性蓄冷的另一种形式。蓄冷介质主要是由共晶盐、水、成核剂和稳定剂组成的混合物。在蓄冷系统中，这些蓄冷介质一般装在板状、球状或其它形状的密封件中，再置于蓄冷槽中。对于作为蓄冷介质的共晶盐，要求具有融解或凝固温度为5℃～8℃、融解潜热大、热导系数高、比重大和无毒、无腐蚀性等特性。共晶盐蓄冷槽比冰蓄冷槽要大，比水蓄冷槽要小。虽然其相变温度高，但由于蓄冷密度低，设备占地要求高，所以在国内外的推广应用受到一定限制。 本作品通过实验分析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。研究的新的相变蓄冷介质以及配套的同心套管式的新型高效蓄冷换热器，既能提高蓄冷蒸发温度达到节约电能的目的，又能提高蓄冷密度克服原有优态盐蓄冷的缺点。
