结合太阳能空气集热器的定形相变蓄能地板采暖系统实验研究

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1、第29卷第l1期太阳能学报Vo1．29．No．112008年11月ACTAENERGIAESOLARISSINICANOV．，2008结合太阳能空气集热器的定形相变蓄能地板采暖系统实验研究肖伟，王馨，张群力，狄洪发，张寅平(清华大学建筑技术科学系，北京100084)摘要：提出了一种与太阳能空气集热器结合的定形相变蓄能地板采暖系统充分利用太阳能。白天，由太阳能空气集热器加热后的热空气通过保温管道输送到相变地板夹层，相变材料(PCM)蓄热；夜间，房间的冷空气进入相变地板夹层，被加热后送入房间，相变材料放热。可行性实验研究表明，此采暖系统安全可靠，能显著提高室内温度，房问各处受热均匀，

2、热舒适性较好，有一定的应用前景。关键词：定形相变地板；蓄热；太阳能；空气集热器中图分类号：TK512．4文献标识码：A的一种复合材料。由于高分子囊材的微封装和支撑0引言作用，相变材料发生固液相变时不会流出，复合材料采用水系统的太阳能低温地板辐射采暖系统目能保持形状不变并具有一定强度，不需封装、无泄漏前在国内研究较多1]，这类地板采暖系统需要在且使用寿命长，经过多次蓄放热后性能不变J。地板下铺设水管，施工量大，结构较复杂，易泄漏，不我们研制了一系列以高密度聚乙烯(HDPE)作易维修，为了防止管路堵塞，对循环水水质也有较高为封装材料，石蜡作为相变心材的定形相变地板，并要求。而与太阳能

3、空气集热器结合的地板采暖系统测试了其热性能嗡]。开发了一种利用定形相变蓄热由于无需在地板下铺设管道，可以克服水系统的上地板的电采暖系统，获得了较好的实验效果L9。述缺点，同时由于是用空气作为传热介质，所以还可本实验采用的定形相变蓄能地板尺寸为0．25m以节约水资源，但目前对这类系统的研究较少。(长)X0．25m(宽)×0．008m(高)，如图la所示。定高效的热存储技术，一直被认为是克服太阳辐形相变材料物性为：密度850kg／m3，相变温度18—射随时问变化的重要手段_4]。空气由于蓄热能力22qC，固相比热1．01d，(·℃)，潜热120kJ／kg，液相低，不适合做蓄热介质；普

4、通的混凝土板蓄热能力也比热1．0kJ／(kg·℃)，导热系数0．2W／(m-℃)。为了不大，无法满足夜间采暖需求。相变材料在很窄的更清楚地观察定形相变材料的HDPE构架，用有机温度范围内能吸收或释放大量的相变潜热，使房间溶剂溶去相变板断面的石蜡，图1b为扫描电子显微温度变化较小、热舒适性较好，适合在建筑中使镜对断面的拍摄结果，浅色部分为聚乙烯所形成的用b]。因此，本文提出了一种结合太阳能空气集热骨架，深色的部分为石蜡溶去后形成的凹陷。可器的定形相变蓄能地板采暖系统，此系统能明显提见，定形相变材料分布较均匀，聚乙烯形成了空问高房间夜问温度，可以作为常规供暖的补充，减小采网状结构。石

5、蜡熔融时，聚乙烯能起到支撑和封装暖能耗。的作用，使材料整体形状不变，不易泄露。1定形相变材料定形相变材料是由高分子囊材和相变心材组成收稿日期：2007437—24基金项目：国家科技支撑计划(2006BAA04B02)；国家科技支撑计划(2006BAJ02A09)通讯作者：王馨(1974一)，女，副研究员，主要从事可再生能源利用与相变蓄能方面的研究。wen@mail．tsinghua．edu．en太阳能学报29卷Fig．1Photosofshape—stabilizedPCMolatea．实验房间外观b．相变蓄热地板2实验系统为了研究这种采暖方式的应用效果，在两个相邻的实验房间进行

6、测试，其中一个房间安装了这种太阳能采暖系统，另一个房间作为对比房间，无采暖设备。c．太阳能空气集热器图2采暖系统实验照片实验地点位于北京，图2a是实验房间的外观照Fig．2Photosofexperimentalsystem片，房间规格为3m(深)×2m(宽)×2m(高)，南墙有图3a和图3b是这种采暖系统的运行示意图。一个1．6m×1．5m的双层真空玻璃窗，用窗帘遮阳。白天，太阳能空气集热器吸收太阳辐射能，热空气通实验房间和对比房间相邻，共用一面内墙，两个房间过保温管路输送到实验房间的相变地板夹层，相变大小和建筑结构完全相同。墙和屋顶由100ram厚材料融化蓄热，之后鼓风机将循

7、环空气加压重新送的聚苯板保温材料(用钢板封装)构成，在墙体内侧回集热器加热；夜间，关闭蓄热环路的鼓风机，移开加砌一层60mm厚的实心砖。房间围护结构材料的室内地板送风口和回风口上的盖板，开启送风扇，将物性参数如表1所示，实验房间冬季供暖设计热负相变地板白天蓄存的太阳能输送到房间。荷川为33．4W／2。为了分析集热器集热效率和空气管道的输热效表1房间围护结构材料物性率，测量了集热器的进出口(G1，G2)和地板夹层进Fable1Themlophysicalpropertiesofth