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设计和分析基于相变材料热储能为积极构建冷却


设计和分析基于相变材料热储能为积极构建冷却:一个回顾
摘要

对氯甲基苯乙烯 PCMs

相变材料(pcm)是“潜伏”热存储材料。他们用化学键存储和释放热量。热能量转移发生在材料的变化从固态变成 液态或从液体到固体形态。这就是所谓的状态变化或“阶段”。最初,这些固液pcm执行像传统存储材料;它们的温 度上升时因为他们吸收太阳的热量。 与传统的蓄热材料,当吸附达到一定温度时,会改变阶段(他们的熔点),他们 吸收了大量的热量没有越来越热。 当环境温度在空间在PCM材料滴,相变材料凝固潜热释放它的存储。 pcm吸收并 释放热量,同时保持一个几乎恒定的温度。在舒适性和电子设备公差范围的20°C到35°C,潜伏热存储材料是非 常有效的。 关键词 :自由冷却、相变材料、冷却塔、LHTES。积极构建冷却

引言
在此提出的实验工作,免费的晚上时间冷却系统用于冷却水和PCM(氯化钙。6 h2o)的帮助下,冷却塔。在本实验 建立PCM潜热冷却能源存储可以提供水利用常规水冷却塔这有助于冷却循环水。在晚上开了,还一个百叶窗冷却 塔泵也在模式,以便可以自由流动的环境空气接触冷却塔水,水的温度的范围的150摄氏度到零下200摄氏度,当 这个冷却的水吸收热量达到测试工程师坦克从PCM和降低其温度,其冰点。 此时PCM吸收潜热没有降低它的温度进 一步。这是用于循环冷却的水通过一个风机盘管在白天期间冷却室。这潜热维持低温的PCM循环水。 通过存储能源照明一夜酷冷却要求在夏天,一个PCM系统可以简单的桥之间的差距,能源供应和能源使用,因此有 潜力达到相当大的环境以及经济效益对许多加热和冷却的应用程序。 使用PCM的潜热储存是非常经济的,因为成本为空调系统(安装和运行成本)可以显著减少。 夜晚,冷却塔生产常规 18?C凉水,传递给测试工程师坦克为了收费系统。 冷却效果从冷冻水吸收相变材料从而冻结共晶溶液在其相变点。 白天,返回温暖的水风机盘管流向工商业槽恢复存储容量的潜热相变材料返回前风机盘管。该系统操作方便,控 制由于其静态特性的设计,它被认为是实用性不需维护的。 这个系统的优势在于 1 系统是免费的从臭氧损耗的潜力和全球变暖潜力与冰箱和空调。 2 系统提供可能达到节能,减少环境影响。 3 系统满足需要的冷却在低成本。 4 电力消耗部件,如压缩机组的空调机组是消除在这个系统。 相变材料 相变材料(PCM)是一个物质与高温熔化,熔化和凝固在一定温度下,能够储存或释放大量的能量。 相变材料是潜热 储存物质,能量存储在日新月异的国家即通过固体到液体或液体到固体。当相变材料实现温度的相变发生,他们 吸收 大量的能源和相变物质凝固,其储存的潜热释放当环境温度在相变材料滴。根据m . Fatih Demirbas。 大量的 热能量,可以存储在相变材料是估计,热能(问)=(温度变化)(质量)(比热)。

对相变材料所需的属性。 1 释放和吸收大量的能量当冻结和融化,这需要有一个大的PCM熔化潜热和被尽可能密集的 2 有一个固定的和清楚地确定相变温度(冻结/熔体点);PCM需要冻结和融化干净地在一个温度范围尽可能小。 水 是理想的在这方面,因为它冻结和融化恰恰在0°C(32°F)。然而许多pcm冻结或融化在一个范围的数度,往往会 有一个熔点略高于或低于冰点。这种现象称为磁滞。 3 避免过度的超级冷却;超级冷却是观察到的许多共晶的解决方案和盐 水合物。在其液态的PCM可以冷却低于冰点同时保持液态。 4 保持稳定和不变的许多冻结/熔体周期;通常使用pcm多次,经常有一个操作寿命的许多年,他们将受到成千上

万的冻结/熔体周期。这是非常重要的,PCM不易化学或物理降解随着时间的推移这将能量存储能力的PCM。 5 无害的;常用于应用程序的pcm,他们有接触的人,例如在食品冷却或加热的应用程序,或者构建温度维护。 因为 这个原因他们应该是安全的。 6 经济的;它不怎么好一种物质可以执行作为一个PCM如果望而却步 昂贵的。价格在pcm可以非常便宜(例如水)非常昂贵(如纯线性碳氢化合物)。如果成本大于效益获得使用PCM, 其使用将非常有限。 类型的相变材料 PCM可能是有机或无机材料。这个阶段主要是固-液转换变化包括热存储应用程序。 (1)无机PCM 这些材料都是盐水合物,相变性质的这些材料都是表1中所示。 这些吸附有魅力的属性包括高潜热值,他们不是易 燃和其高含水量意味着他们是便宜和容易获得。 然而,他们不适合的特点导致调查的有机吸附为这个目的。 这些 包括腐蚀性;不稳定,不当,重新凝固倾向于超级酷。 表1:盐水合物pcm(典型值) 熔化热(kj /公斤) 相变材料 熔点(0 c)

KF。 4水氟化钾四水合物

锰(硝态氮)2.6水六水合硝酸锰

CaCl2.6H2O氯化钙六水合物

六水合CaBr2.6H2O溴化钙

李NO3.6H2O六水合硝酸锂

Na2SO4.10H2O硫酸钠十水合 物

Na2CO3.10H2O苏打

Na2HPO4.12H2O 磷酸氢钠

锌(硝态氮)2.6水六水合硝酸锌

2

有机吸附 有机吸附有许多特性,使它们用于潜热存储。他们更多的化学稳定性比无机物质,它们融化出了一致性和超级冷 却不构成作为一个重要的问题。虽然初始成本的有机吸附是高于无机类型、安装成本是竞争。然而,这些有机材 料确实有他们的配额不合适的属性。最重要的这些特性,它们是易燃的,他们可能会产生有害的气体在燃烧。其 他的问题,可以出现在少数的情况下,是一个反应与产品在混凝土的水化,热氧化老化,气味和一个相当可观的体 积变化。最有前途的选择这些有机pcm是显示在表2。 .D尼。帕蒂尔et al。/国际期刊的工程科学和技术(IJEST) 表2:盐水合物pcm(典型值) 相变材料

熔点(0 c)

熔化热(kj /公斤)

硬脂酸正丁酯
十二烷醇 十四醇 石蜡

癸酸
丙棕榈酸酯

PCM 的选择 为了选择最合格的 PCM 作为存储媒体提到的某些标准。(Furbo 和斯文森主持(1977))。根据热性能, 的熔点的 PCM 必须躺在一个实际的范围的操作。温度区间是从 25°C 到 70°C, 潜热的应该尽可能高的最小化 的物理尺寸的蓄热。高导热系数将协助充电和放电能量的存储。 根据化学性质,一个合适的PCM应该非有毒,非易燃,非危险,非腐蚀性和长期的化学稳定。根据物理属性,它必须 具有有限的变化,以避免问题的密度、低蒸汽压力储罐、有利相平衡。此外PCM必须可在大量、廉价为了使系统 在经济上可行。考虑以上属性和年均温度范围table3那格浦尔城市中给出 表 3:平均温度范围 2010 那 格 浦 尔 平均温度

(氯化钙六水合物)是最适合气候条件的那格浦尔城市;它是容易、经济、无毒、无害、无腐蚀性的,和化学稳定 性。它有有限的变化,以避免问题的密度储罐、低蒸气压,良好的相平衡。 热化学性质的Cacl2.6h2o(氯化钙六水合物)表4所示

表4:热物理性质的cacl2.6h2o
热化学性质的cacl2.6h2o一些添加剂 描述 粘性半固态相变温度附近

外观 基材 相变温度 接头冷却 比重 潜热几乎 潜热理论 规范。热 导热 一致熔融 可燃性 危险 热稳定性 最大操作温度

半透明的 无机盐

二元相图:钙氯水系统 纯净的水结冰,冰在0°C。如果氯化钙或其他溶质加入到水中,冰点的解决方案将会低于0°C。正如下面这个图 表显示,冰将形成-20°C在20质量%的解决方案的氯化钙。 这种现象叫做“冰点降低。 它可以解释从化学势的变化 图显示二进制相位图的氯化钙和水。

六水合的包含50个。66 wt %氯化钙和60.63 wt % tetra水合物。 的熔点为29.6°C的六水合物,与45.3°C四水 合物。这个hexahydrate-αTetra水合物包晶点在49.62 wt %氯化钙- 50.38 wt % H2O和29.45°C。 除了稳定 的形式,有两个单值的多晶型物的四水合物盐、β和γ。后两个是很少遇到当处理六水合物组成; 然而,αtetra水合物是来自其液体温度稳定,32.78°C到29.45°C包晶点,从而显示3.33°C的跨度。当液体冷却 CaCl6.6H2O在平衡,CaCl2.4H2O可以开始结晶,在32.78°C。当达到29.45°包晶是C,tetra水合物水合物进一步 六水合形式,材料冻结。的最大数量,可以形成四水合物为9.45 wt %,计算杠杆定律。这个过程是倒过来的固体 CaCl6.6H2O加热时的平衡。在29.45°C包晶反应发生,形成9.45%的CaCl2.4H2O和液体的包晶组成。随着温度的 增加,tetra水合物融化,消失在32.78°C完全。在 实际的冻结和融化条件、平衡过程可能会出现上面所描述的只是部分或不。超级冷却的四水合物可能导致初始 结晶的29.6°C六水合物(或低如果这个阶段也超级冷却)。它可以进行修改添加剂。从大量的潜在候选 人,Ba(OH)2,BaCO3和Sr(OH)2被选为他们似乎是可行的。当我们使用Ba(OH)2和Sr(OH)2在1%部分按重量,没有超 级冷却。我们能够提高稳定性的平衡条件加入氯化钾(2 wt %)和生理盐水,图8。氯化钠是溶于CaCl2.6H2O疲软, 因此部分按重量只有0.5

这个项目的目的是使用潜热储能相变材料的氯化钙。6 h2o)房间冷却。在拟议的项目熔化热的氯化钙。6 h2o 为PCM用于冷却水在晚上和这个冷却的水作为循环介质槽风机盘管、空气槽FCU会冷却通过转移热量水和新鲜和 清凉的空气会被扔在一个房间里在拟议的项目免费冷却和活跃的建筑概念的热能储存冷却用于结合。 免费/晚上冷却——根据自由/晚上冷却概念PCM材料不得改变其相位通过大气温度下降在晚上,它会吸收和储存 热能供以后使用。 积极构建冷却——根据这个概念能源储存在充电模式(晚上)将用于冷却空气(放电模式)进入房间。 工作项目: 实验装置主要由三部分组成。 测试工程师罐-热能量槽包括PCM(氯化钙。6 h2o)塑料信封保存在一个塑料托盘。这些托盘都沉浸在水因此之间

的热传导水& PCM是可能的。 冷却器及冷却塔风机盘管失效——如果在夏季中期天当时这部分将作为一个甜点冷却器否则它将继续作为一个 冷却塔(24 x7)。 风机盘管机组,风机盘管由铜线圈通过水循环冷却,冷却循环空气流经线圈。 水泵将在连续24 x7和因此水流沿墙的水冷却器将接触到空气和水会因为蒸发冷却。 这个冷却的水是空运到测试 工程师坦克和相同的热量是由Cacl2.6H2O存储。 当温度达到低于相变温度的Cacl2.6H2O,它变成结晶固体。 这一 阶段变化将会发生在充电模式(晚上),并将继续提供冷水在放电模式(天)是switchedON风机盘管。 在仲夏的天当风机盘管将无效当时甜点冷却器可以被打开后将水环流流到甜点冷却器通过三路安排。在这种方 式的灵活性和平衡之间的甜点冷却器和空调可以实现。 结果: 能源消耗和成本降低40%, 室内空气质量改善,因湿度控制是可能的, 操作灵活性增加, 维修成本(因为压缩机空调系统是消除)降低, 将有助于节省燃料和燃烧化石燃料来产生能量。 温室气体,氯氟化碳排放量将减少。 结论 热能存储通过使用相变材料像Cacl2.6H2O是一个突出的技术构建冷却的目的。 由于其所需的熔化温度即。 28 - 30 0 c分别及其高熔化热,也Cacl2.6H2O具有良好的物理性质,如热导率大,密度高,稳定。 所有这些属性使它作为一 个突出的相变材料。 本试验装置提供一个好的产品来解决湿度问题,甜点冷却器,一个节能、环保、经济的设备。 承认 作者想要感谢这位教授 s r . Karale 为伟大的支持这个项目 参考文献


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