相变材料 张东 同济大学Word下载.docx
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太阳能在建筑中的利用:
太阳能是绿色无污染的绿色能源,具有环保、分布广泛、价格低廉、资源丰富、永不枯竭等优点,在建筑中逐步引入太阳能对于缓解建筑对传统能源的过度消耗和依赖性,改善自然环境,促进社会可持续发展具有明显的价值。
但是,太阳能具有波动性和间断性等缺点。
只有白天晴天有,夜间没有。
因此,在其应用中,需要合适的技术方式对其进行储存,在这方面相变储能复合材料可以发挥其储能密度高、储能温度稳定等优点,克服太阳能的这些缺点。
例如可将白天的太阳能储存在相变材料作成的墙壁和地板内,用于夜间取暖。
将来甚至可以实现跨季节储能,将夏天的太阳热能长期储存用于冬天取暖,而将冬天的环境冷量长期储存用于夏天降温。
夜间室外免费冷量的利用:
在昼夜温差大的地区,可以将室外夜间免费的冷量吸收并储存在相变材料中,用于白天建筑物内的空间降温,从而减少空调使用,达到节能的效果。
提高建筑物的热稳定性:
在生态建筑中可以采用相变储能复合材料提高建筑结构的热惰性和热稳定性,减缓建筑物室内的温度波动,在提高室内热舒适度的同时,降低空调制冷或加热设施的启、停频率和运行时间,并达到降低建筑能耗的目的。
促进电力需求侧技术管理,减小电力峰谷差,实现节电、节能效果:
所谓的电力需求侧技术管理是指通过改善用户的用电技术达到优化电网、节电、节能和节约煤炭资源的目的。
在盛夏或严寒时节,空调或加热等建筑热能设备往往集中使用,造成电力紧张,供不应求,而在其它时段又出现电力过剩的现象,出现所谓的电力峰谷现象。
在电力需求波峰时段,发电设备满负荷运转,而在电力需求波谷时段,发电设备又不得不停机,因为电能无法储存。
过大的电力峰谷差造成发电设备过剩和浪费;
同时,与连续运转相比,频繁启、停浪费更多能源,并造成发电设备的损耗。
近年来随着经济的不断发展和人民生活水平的提高,空调普及,进一步加大电力峰谷差。
在电力需求的波谷时段,可采用相变储能复合材料蓄存由空调或制热设备产生的冷量和热量,用于电力波峰时段,降低空调等设备在波峰时段的用电强度,可从用户侧的角度减小电力峰谷差,实现节电、节能和节约资源的效果。
应用实例:
用户侧电力调峰手段:
纳米石墨相变材料空调蓄冷(蓄热)技术
(已申请专利,并已在上海生态建筑示范楼中应用)
近期我国电力能源紧张,2005年上海夏季电力负荷已屡次超过1600万千瓦。
夏季建筑空调集中使用是造成电力紧张的主要原因。
此外,空调集中使用还导致很大的电网负荷峰谷差(>450万千瓦),过大的峰谷差浪费大量电力投资,增加发供电成本,造成资源浪费和环境污染。
但是电网峰谷差又是极具开发价值的宝贵资源,被称为清洁的“第五电力能源”。
相变储能材料是开发峰谷差资源的有力手段:
利用低谷电制冷并蓄冷于相变材料中,在电力负荷高峰时关闭空调,释放蓄于相变材料中的冷量为建筑供冷,可将空调使用模式由高峰时的集中使用向24小时分散,实现空调负荷的移峰填谷,同时,可缩减空调设备容量和相应供电设备容量40%左右,节省空调运行电费40~50%,资源节约效益十分显著,在建筑节能领域,尤其是公共建筑中具有广阔的应用前景。
推广使用纳米石墨相变材料空调蓄冷(蓄热)技术具有如下益处:
(1)可在用户侧对电力调峰做出贡献。
建筑空调的集中使用已经成为夏季和冬季电力峰谷差和电力供应紧张的重要原因之一。
本实用新型正是通过改变建筑空调的使用模式-由集中使用转为分散使用,并将峰时的空调电力负荷转移到谷时,来缓解电力供应紧张局面,降低峰谷差。
(2)可为用户节省电费开支。
在我国的大多数城市都实施分时电价。
以上海为例,夏季非工业经营用电(即办公建筑用电)的谷时电价为0.232元/度,峰时电价为1.044元/度,每度电相差0.8元多。
因此,如果能大面积使用本实用新型实施电力调峰,为用节省电费开支的效益非常明显。
(3)与现有的空调蓄冷技术-冰蓄冷技术相比,纳米石墨相变材料空调蓄冷(蓄热)装置温度较高,可直接利用建筑中原有的空调系统进行嵌入,不仅具有高的系统效率,而且还具夏天蓄冷和冬天蓄热的双重功能,具有投入少,见效快的优点。
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电子设备散热
电子产品的散热和热管理:
在各种电子仪器设备中,产热和散热是令人关注的问题。
随着电子设备向小型化、高集成化方向发展,该问题变得更为突出,如笔记本电脑的热耗散密度高达7000W/m3。
一方面产热密度直线上升,另一方面,可供散热的空间不断缩小,如果热量不能得到及时扩散开,导致微电路局部温升,将会影响电子设备的运行速度和使用寿命,因此,散热问题已成为电子设备进一步小型化和高性能化的障碍。
相变材料利用其吸热特性可以用于电子产品内的温度控制,其最显著的功能是能够平抑高功率电子器件的温度波动,起到保护电子器件的目的。
相变材料可在电子芯片层次和电子设备层次引入,具有安静无噪音、不耗电、长期稳定性高、体积小和热舒适度高等优点。
自动化机柜温度控制:
一些自动化机柜,如通信、天然气管线等控制机柜,处于露天环境,会受到外界环境温度波动的影响,同时其内部发热部件也会产生大量热量,这些都有可能导致机柜内部出现剧烈的温度波动,影响机柜的正常功能,因此需要对其进行必要的温度控制。
采用相变材料可对机柜内温度波动进行有效控制,同时,相变材料技术无需电源,长期使用过程中无需维护,非常适合地理分布范围大的自动化机柜的温度控制
航天科技
热保护:
太空环境恶劣,昼夜温度变化剧烈,在太空中飞行的宇航员和精密仪器如果没有足够的保护将会发生严重的损伤。
相变储能复合材料是一种有效的太空热保护材料,在白天,相变储能复合材料在太阳的辐射作用下熔化,吸收太阳辐射能量,为宇航员和精密仪器提供遮挡和降温功能,在夜间,相变储能复合材料随太空温度的迅速下降而发生凝固,释放出热量,又能为宇航员和精密仪器提供保温功能。
太阳能储存和利用:
在太阳能热动力发电系统中利用相变材料的潜热将日照期吸收的部分热量储存起来,用于阴影期的热机热源,对于太阳能热动力发电系统连续平稳运行意义重大。
工业余热储存利用
在许多工业中,如电力、化工、钢铁等,都会产生大量余热,过去这些余热都被直接放掉,是一种巨大的能源浪费。
随着能源日趋紧张,这些过去被白白放掉的工业余热逐渐引起了人们的注意。
采用相变材料可用将这些工业余热吸收和储存起来,并且可以运输到其它地点,满足相应的热能需求。
采用相变材料处理和利用工业余热,具有蓄热密度大、体积小、便于运输、灵活等优点,是提高能源利用效率的有效途径之一。
纳米多孔石墨基相变储能复合材料(Nanoporousgraphitebasedphasechangematerial)
相变储能片
相变储能片应用于上海世博会沪上生态家空调风管
风管中的相变储能片
相变石膏和砂浆
相变砂浆
相变砂浆应用于上海世博会沪上生态家案例
相变储能石膏板
相变储能涂料
相变储能单元1
相变储能单元2
相变储能陶粒
相变储能细丝
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