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 蓄熱式電暖器,用于家庭供暖,可以降低運(yùn)行費(fèi)用及對(duì)電網(wǎng)削峰填谷;1995年,張寅平等提出了一種民用相變蓄熱電取暖器。
綜合國(guó)內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn),高溫相變蓄熱僅局限于SDPS系統(tǒng);顯熱蓄熱式電暖器難以實(shí)現(xiàn)等溫放熱,放熱速率衰減快,熱舒適性較差;中溫相變蓄熱蓄熱密度小。
筆者研發(fā)的高溫相變蓄熱電暖器[1011]利用相變材料將夜間廉價(jià)低谷電轉(zhuǎn)化為熱量蓄積起來(lái),供白天供暖使用。該電暖器的優(yōu)點(diǎn)有:1)體積小,潛熱蓄熱密度大。2)結(jié)構(gòu)合理,蓄熱時(shí),隔熱性能好;放熱時(shí),放熱速率高措施,(),)100℃組裝式設(shè)計(jì),,使用靈活。4)電暖器內(nèi)無(wú)風(fēng)扇,運(yùn)行無(wú)噪聲。5)對(duì)加熱器實(shí)行時(shí)間控制和溫度控制并舉的方式,既保證加熱用低谷電,又保證蓄熱原件溫度不過(guò)高。
1 試驗(yàn)介紹
1.1 高溫相變材料選擇
1 1纖維棉保溫層 2容器 3格柵 4耐高溫硅酸鈣板保溫層
5電加熱器 6電源線(xiàn) 7高效保溫層 8可調(diào)節(jié)風(fēng)口 9風(fēng)道 10進(jìn)風(fēng)口
使用耐高溫硅酸鈣板保溫層高溫相變蓄熱電暖器結(jié)構(gòu)圖
開(kāi)發(fā)使用凱發(fā)耐高溫硅酸鈣板保溫層1。根據(jù)筆者設(shè)計(jì)的相變蓄熱電暖器樣機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)———設(shè)計(jì)供暖面積10m2、設(shè)相變蓄熱電暖器的關(guān)鍵技術(shù)之一是相變材料的合理選擇。通過(guò)試驗(yàn)研究,選定TH576作為相變蓄熱材料,其熱物性參數(shù)見(jiàn)表計(jì)供暖面積熱指標(biāo)60W/m2及蓄熱時(shí)段為23:00～次日7:00、供暖時(shí)段為23:00～次日23:00,選用相變材料30kg。
表1 蓄熱材料TH576的熱物性參數(shù)
固態(tài)比熱容/
(kJ/(kg K))
1.038
1電暖器 2時(shí)間、溫度控制器 3鉑銠鉑熱電偶(精度
0.1%) 4數(shù)據(jù)采集儀 5數(shù)據(jù)記錄儀 6調(diào)壓器
測(cè)試系統(tǒng)示意圖
相變溫度/℃潛熱/576
密度/導(dǎo)熱系數(shù)/(W/(m ℃))
160
(kJ/kg)(kg/m3)560
2700
1.2 使用凱發(fā)耐高溫硅酸鈣板保溫層高溫相變蓄熱電暖器試驗(yàn)系統(tǒng)
圖1為高溫相變蓄熱電暖器實(shí)物照片,圖2為
其結(jié)構(gòu)圖,測(cè)試系統(tǒng)見(jiàn)圖3,溫度測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖4。1.3 試驗(yàn)過(guò)程
分別采用1.1kW,1.4kW及1.7kW電加熱功率進(jìn)行該相變蓄熱電暖器蓄放熱性能試驗(yàn)。蓄放熱過(guò)程中風(fēng)門(mén)均關(guān)閉,放熱過(guò)程保持16h(該電暖器實(shí)際使用中蓄熱8h,放熱16h),數(shù)據(jù)采集儀http://m.welleastern.cn
數(shù)據(jù)采集儀
1使用凱發(fā)耐高溫硅酸鈣板保溫層 2容器 3風(fēng)道 4PCM 5電加熱器
圖4 溫度測(cè)點(diǎn)布置示意圖
每5min采存一次溫度數(shù)據(jù)。
采用1.4kW電加熱功率進(jìn)行風(fēng)道強(qiáng)化散熱試驗(yàn)。蓄熱及相變散熱過(guò)程風(fēng)門(mén)關(guān)閉,當(dāng)相變材料TH576完全凝固時(shí)開(kāi)啟風(fēng)門(mén)。利用熱球風(fēng)速儀每隔1h測(cè)定風(fēng)口空氣流速一次
2 試驗(yàn)結(jié)果及分析2.1 蓄放熱性能
該蓄熱電暖器各電加熱功率下的溫度曲線(xiàn)見(jiàn)
圖5～7。由溫度曲線(xiàn)可以看出:1)完整的蓄熱過(guò)程包括固體顯熱蓄熱、潛熱蓄熱及液體顯熱蓄熱;完整的放熱過(guò)程包括液體顯熱放熱、潛熱放熱及固體顯熱放熱。2)TH576相變溫區(qū)較小(570～578)。3)在蓄放熱過(guò)程中出現(xiàn)了明顯的溫度平臺(tái),℃
機(jī)殼前外壁面溫度不高于70℃,側(cè)外壁面溫度低于80℃,滿(mǎn)足電暖器使用時(shí)的熱舒適性及安全要求。
圖8～10
為各電加熱功率下該電暖器蓄放熱
時(shí)的散熱功率曲線(xiàn)
圖9 加熱功率1.4kW
時(shí)的散熱功率曲線(xiàn)
圖5 加熱功率1.1kW
時(shí)的溫度曲線(xiàn)
圖10 加熱功率1.7kW時(shí)的散熱功率曲線(xiàn)
過(guò)程的散熱功率曲線(xiàn)。由散熱功率曲線(xiàn)可以看出,
該電暖器潛熱散熱功率基本恒定,固體顯熱散熱功率下降較快,末端功率偏小,此時(shí)應(yīng)采取措施強(qiáng)化散熱。
表2為各電加熱功率下該電暖器的試驗(yàn)結(jié)果。
表2 各電加熱功率下的試驗(yàn)結(jié)果
電加熱功率/kW
圖例同圖5
圖6 加熱功率1.4kW
時(shí)的溫度曲線(xiàn)
PCM固體加熱時(shí)間/hPCM固體熔化時(shí)間/hPCM液體凝固時(shí)間/hPCM固體放熱時(shí)間/h
1.15.95.74.711.356871
1.44.63.44.311.757173
1.73.82.94.911.157972
放熱過(guò)程平均散熱功率/W
蓄熱效率/%
圖7 加熱功率1.7kW
時(shí)的溫度曲線(xiàn)
從中可以看出,各散熱過(guò)程平均散熱功率分別為568W,571W及579W,能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。蓄熱電暖器蓄熱性能的評(píng)價(jià)可以用其蓄熱效率(定義為蓄熱過(guò)程電暖器實(shí)際蓄熱量占總耗電量的百分?jǐn)?shù)),理想的蓄熱效率因各地分時(shí)電價(jià)政策不同而有所不同。例如,北京分時(shí)電價(jià)優(yōu)惠政策為:23:00～次日7:00低谷電價(jià)為0.20元/(kWh),其余時(shí)間為0.44元/(kWh)。為了充分利用夜間廉價(jià)電,則在北京地區(qū)使用蓄熱電暖器蓄熱效率應(yīng)高于66.7%。
試驗(yàn)表明,該電暖器蓄熱效率分別為71%,73%及72%,均高于66.7%,說(shuō)明在北京地區(qū)使用該電暖器可以實(shí)現(xiàn)降低供暖費(fèi)用,對(duì)電網(wǎng)削峰填谷之目的。目前,我國(guó)實(shí)行分時(shí)電價(jià)政策的地區(qū)分時(shí)時(shí)段大多與北京相同,因此該電暖器也可以用于其他地區(qū)。
蓄熱電暖器應(yīng)在8h內(nèi)完成蓄熱(23:00～次日7:00),該電暖器加熱功率為1.4kW時(shí)加熱時(shí)間接近8h,說(shuō)明該加熱功率合適。2.2 風(fēng)道強(qiáng)化散熱
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使用凱發(fā)耐高溫硅酸鈣板保溫層外表面與通道內(nèi)空氣溫差大,導(dǎo)致散熱迅速;而在后期,隨著內(nèi)保溫層外表面溫度降低,通道
內(nèi)空氣溫度降低,熱壓減小、流動(dòng)變緩,表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)變小,傳熱溫差變小,導(dǎo)致散熱變緩。圖13為風(fēng)門(mén)開(kāi)啟時(shí)的出風(fēng)口風(fēng)速,從中可以看出風(fēng)門(mén)開(kāi)啟9h以后的空氣流速變化很小
風(fēng)門(mén)開(kāi)啟時(shí)蓄熱電暖器蓄放熱過(guò)程各測(cè)點(diǎn)溫度曲線(xiàn)見(jiàn)圖11。從圖中可以看出,道內(nèi)壁面、,了強(qiáng)化
試驗(yàn)表明:1)打開(kāi)風(fēng)門(mén)可以在一定程度上強(qiáng)化散熱,在風(fēng)門(mén)開(kāi)啟階段其平均散熱功率從關(guān)閉時(shí)
的508W強(qiáng)化為546W,散熱強(qiáng)化達(dá)7.8%;2)只靠風(fēng)道內(nèi)的空氣自然流動(dòng)不能完全滿(mǎn)足裝置整個(gè)放熱階段的強(qiáng)化散熱。3 結(jié)論3.1 該蓄熱電暖器蓄放熱過(guò)程平均散熱功率能夠
滿(mǎn)足供暖要求,相變階段散熱功率基本恒定,顯熱階段散熱功率變化較大。3.2 開(kāi)啟風(fēng)門(mén)后在一定放熱時(shí)段內(nèi)(9h)可以強(qiáng)化散熱,平均散熱功率由508W強(qiáng)化為546W,散
圖11 風(fēng)門(mén)開(kāi)啟時(shí)蓄熱電暖器各測(cè)點(diǎn)溫度曲線(xiàn)
圖12為風(fēng)門(mén)開(kāi)啟與關(guān)閉時(shí)對(duì)應(yīng)的散熱功率曲
線(xiàn)。從圖中可以看出,風(fēng)門(mén)開(kāi)啟初期散熱功率明顯增大,在后期與風(fēng)門(mén)關(guān)閉時(shí)散熱功率接近直至相等。這是因?yàn)榇蜷_(kāi)風(fēng)門(mén)初期通道內(nèi)空氣溫度高,通道內(nèi)空氣熱壓大、流動(dòng)快,表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大,
裝置內(nèi)
熱強(qiáng)化達(dá)7.8%;9h后散熱強(qiáng)化不明顯。
3.3 高溫相變蓄熱器可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的削峰填谷,有利于國(guó)家電力的有效利用。
圖12 風(fēng)門(mén)開(kāi)啟與關(guān)閉時(shí)的散熱功率曲線(xiàn)
其傳熱損失和冷風(fēng)滲透可達(dá)40%左右,因此窗的保溫尤為關(guān)鍵。目前陽(yáng)臺(tái)裝修的普遍做法是采用
鋁合金單層玻璃窗封閉,由于太陽(yáng)的短波輻射可直接透過(guò)平板玻璃,而且鋁合金材料傳熱系數(shù)(K=
))又較大,因此可通過(guò)以下措施來(lái)6.4W/(m2 ℃減少窗戶(hù)的熱損失。
1)如有條件可選用雙層玻璃構(gòu)造或中空玻璃,使用中空玻璃(12mm)代替3mm普通玻璃可減少供暖能耗22%～28%[6]。
2)選用傳熱系數(shù)較小的塑鋼玻璃窗或塑料窗。
),PVC塑料窗 的傳熱系數(shù)僅為0.14W/(m2 ℃是目前熱損失較小的一種窗。
3)采用性能好的窗框密封條,以提高窗戶(hù)的氣密性。
4)涂膜。
2.2.3 因此可以用一些蓄熱系數(shù)大的裝飾材料進(jìn)行裝修,比如墻磚、地磚和石材等[711]。
萊州凱發(fā)隔熱材料有限公司專(zhuān)業(yè)致力于世界節(jié)能降耗產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)，為全球節(jié)能事業(yè)貢獻(xiàn)力量！
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