相变材料对家用水箱性能的影响及相变层厚度优化

吴 璠, 程远达, 秦智胜, 林成楷

(太原理工大学土木工程学院， 太原 030024)

随着能源需求的增长，太阳能等可再生能源的利用得到迅速发展[1]。作为光热技术在建筑应用的一种形式，太阳能热水系统为建筑提供生活或采暖所需热水，对降低建筑能耗意义重大[2-3]。然而，由于太阳能固有的非连续性和不稳定性特点，保证率较低是太阳能热水技术的主要缺陷[4-5]。

近年来，中外学者将相变蓄热水箱与太阳能热水系统相结合[6]，尝试利用相变材料(phase change material,PCM)的蓄放热特性弥补太阳能热水系统在运行稳定性方面的不足[7]，从而提高太阳能的利用效率。Ibáez等[8-9]基于TRNSYS平台建立相变蓄热水箱的数值模型，对加入圆柱形相变单元体的家用太阳能蓄热水箱的蓄放热特性进行了全年模拟，结果表明体积相同时相变水箱可蓄存更多热量。于国清等[10-11]根据普通水箱多节点模型建立了相变蓄热水箱内温度分布的数学模型，通过对水箱的运行特性进行实验测试后发现，在蓄放热过程中水箱存在温度分层现象，放热过程中高温热水的供应量有所提高。汪玺等[12]提出了一种以肉豆蔻酸/膨胀石墨作为相变储热材料且具有均流结构的相变蓄热水箱，并对其性能展开了实验研究，揭示了蓄热温度和相变单元数量等因素对水箱蓄放热特性的影响。Li等[13]通过实验对比研究了传统水箱和相变蓄热水箱的动态放热特性，结果显示在相变材料的温度降低到熔点温度前，相变蓄热水箱的供水温度下降率小于传统水箱。……