太陽能光熱應(yīng)用技術(shù) 第三章

1、 第 3 章 太陽能的存儲技術(shù) 自從 20 世紀(jì) 70 年代的能源危機(jī)以來，作為 最受矚目的清潔能源之一的太陽能，獲得了 越來越廣泛的關(guān)注。 對于太陽能熱能儲存的三種主要方式：顯熱 儲存、相變儲存、化學(xué)蓄熱。 顯熱儲存的研究已經(jīng)比較成熟，但由于顯 熱儲能密度較低等缺點(diǎn)而存在一定的局限 性； 相變儲存憑借其優(yōu)越性已經(jīng)成為了世界范 圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)，發(fā)展勢頭強(qiáng)勁，然而常 規(guī)相變材料存在的諸如過冷和相分離現(xiàn)象， 以及相變儲熱較高的使用成本嚴(yán)重制約了 相變儲存技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，隨著研究的不 斷深入，我們期待新型相變材料的出現(xiàn)能 推動相變儲存技術(shù)的發(fā)展； 化學(xué)蓄熱雖然具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是化學(xué)反 應(yīng)過程復(fù)雜，安

2、全性、效率和成本等方面 的制約使其只處在小規(guī)模實(shí)驗(yàn)階段，要達(dá) 到完全的商業(yè)化，很多的技術(shù)難題有待攻 克，新的探索也將繼續(xù)。 3.1 太陽能的存儲方式 太陽輻射不能直接儲存，必須將其轉(zhuǎn)換為 其他能量形式再加以儲存?，F(xiàn)在，國內(nèi)外 研究太陽能的儲存方式主要有兩大類，一 類是太陽能熱能儲存，另一類是把太陽能 先轉(zhuǎn)變成其他能量，如電能、化學(xué)能、動 能以及生物能等形式之后再儲存。本章主 要介紹的是太陽能熱能儲存。 太陽能的熱儲存方式主要有以下三種：顯 熱儲存、相變儲存和化學(xué)蓄熱。所謂顯熱 儲存，就是加熱蓄熱材料，使其溫度升高 而蓄熱，所以也叫“熱容式”蓄熱。相變 儲存通過加熱蓄熱材料到相變溫度時吸收 的大

3、量相變熱而蓄熱，所以也叫“潛熱式” 蓄熱?；瘜W(xué)蓄熱是通過可逆化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn) 熱能儲存和釋放的蓄熱方式。 太陽能熱能存儲方式的選擇以及蓄熱器的設(shè) 計，需要參考以下幾點(diǎn)： （1）單位體積或單位重量的蓄熱容量； （2）蓄熱器工作溫度范圍，即熱量輸入和 輸出系統(tǒng)的溫度范圍； （3）熱量輸入和輸出蓄熱器的方法和與此 相關(guān)的溫度差； （4）熱量輸入和輸出蓄熱器的動力要求； （5）蓄熱器的結(jié)構(gòu)、容積和內(nèi)部溫度的分 布情況； （6）減小系統(tǒng)熱損耗和使用成本的方法。 3.1.1 太陽能熱能儲存的分類 除了顯熱儲存、相變儲存和化學(xué)蓄熱三種 主要的蓄熱方式，實(shí)際應(yīng)用中太陽能熱能 儲存還可以按不同的類型加以區(qū)分和分類，

4、 例如，按熱儲存時間的長短、按蓄熱溫度 的高低、按蓄熱能量密度大小等。 3.1.1.1 按熱儲存時間的長短分類 （1）隨時儲存：以小時或者更短的時間 為周期，其主要目的是隨時調(diào)整熱能供需 之間的不平衡。例如，熱電站中的蒸汽儲 熱器，依靠蒸汽凝結(jié)或水的蒸發(fā)來隨時蓄 熱和放熱，使熱能供需之間隨時維持平衡。 （2）短期儲存：以天或者周為蓄熱周期， 其目的是為了維持一天（或一周）的熱能 供需平衡。例如，太陽能采暖，太陽能集 熱器只能在白天吸收太陽的輻射能，因此 集熱器在白天收集到的熱能除了滿足白天 供暖的需求外，還應(yīng)該儲存部分熱能，供 夜晚或者陰雨天氣使用。 （3）長期儲存：以季節(jié)或年為儲存周期， 其

5、目的是為了調(diào)節(jié)季度（或年）的熱能供 需關(guān)系。例如，把夏季的太陽能或工業(yè)余 熱長期儲存下來供冬季使用，或者在冬季 儲存天然冰供來年的夏季使用。 3.1.1.2 按蓄熱溫度的高低分類 （1）蓄冷：蓄熱溫度在 0左右或者低 于 0，多用于制冷空調(diào)系統(tǒng)的冷量儲存。 常用材料以水和冰為主。若用水作為蓄冷 材料，最低溫度不可能低于 0；若用其 他材料作為蓄冷材料，則最低溫度可以低 于 0。 （2）低溫蓄熱：蓄熱溫度低于 100，多 用于建筑物的采暖、提供生活用或低溫工農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)用的熱水或干燥。適用于低溫蓄熱的 介質(zhì)材料有水、巖石、無機(jī)鹽水合物和石蠟 等有機(jī)鹽。 （3）中溫蓄熱：蓄熱溫度介于 100500

6、之間，多用于吸收式制冷系統(tǒng)、蒸餾器、小 功率水泵或小規(guī)模太陽能發(fā)電站等。常用有 機(jī)流體作為蓄熱材料，也可利用巖石作為蓄 熱材料。如仍用水作為蓄熱材料，則需高壓 環(huán)境，這需要蓄熱器有一定的耐壓性，成本 也會顯著提高。 （4）高溫蓄熱：蓄熱溫度在 500以上， 多用于聚焦型太陽灶、蒸汽鍋爐或大裝機(jī) 容量汽輪機(jī)的太陽能發(fā)電系統(tǒng)。常用的蓄 熱介質(zhì)材料一般為巖石或金屬熔鹽，以及 氧化鋁等金屬氧化物制成的耐火磚或液態(tài) 金屬等。 3.1.1.3 按蓄熱能量密度大小分類 （1）低能量密度蓄熱：采用儲能密度較 低的材料，比如磚或巖石等作為蓄熱材料。 當(dāng)采用這類蓄熱介質(zhì)時，需要使用大量的 材料，導(dǎo)致蓄熱系統(tǒng)的質(zhì)量

7、和體積都比較 大。但是，這類材料擁有較低的價格，適 宜于不需要嚴(yán)格限制蓄熱系統(tǒng)質(zhì)量和體積， 以及低成本廣泛應(yīng)用的需要。 （2）高能量密度蓄熱：采用儲能密度較 高的材料，比如無機(jī)鹽水合物、有機(jī)鹽和 金屬熔鹽等都屬于這類蓄熱材料。另外， 水和鑄鐵也都具有較大的儲能密度。不過， 雖然部分材料的儲能密度較高，但其價格 昂貴。因此，除了特殊需要外，這類介質(zhì) 材料高昂的蓄熱成本限制了其使用范圍。 3.1.2 太陽能蓄熱材料的分類及特點(diǎn) 一般來說，理想的太陽能熱能儲存系統(tǒng)具 有蓄熱容量大、蓄熱時間長、溫度波動范 圍小以及熱損耗小等優(yōu)點(diǎn)。作為熱儲存系 統(tǒng)的核心，蓄熱材料的性質(zhì)直接關(guān)系到整 個系統(tǒng)性能的好壞。蓄

8、熱材料的本質(zhì)在于 它可將熱能在特定的條件下儲存起來，并 能在特定的條件下將熱能釋放和利用。正 是這一本質(zhì)，決定了蓄熱材料必須具有可 逆性好、儲能密度高、可操作性強(qiáng)等特點(diǎn)。 3.1.2.1 蓄熱材料的性能要求 （1）蓄熱密度大。材料單位質(zhì)量或單位體積的 蓄熱量大，對顯熱儲存材料要求為材料的熱容 大，對相變儲存材料要求為相變熱大，對化學(xué) 蓄熱材料的要求為反應(yīng)的熱效應(yīng)大。 （2）成本低。要求材料來源豐富，價格低廉。 在顯熱儲存中，一般多采用水和巖石為蓄熱材 料；而在相變儲存中，多采用無機(jī)鹽水合物和 石蠟等有機(jī)鹽。 （3）化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。 （4）溫度適宜。 （5）能反復(fù)方便地使用。 3.1.2.2 蓄熱

9、材料的分類 按蓄熱方式劃分，蓄熱材料一般可分為顯 熱型、相變型和化學(xué)反應(yīng)型三大類，分別 對應(yīng)三種主要的太陽能蓄熱方式。 （1）顯熱型。顯熱型的蓄熱材料在儲存 和釋放熱能時，材料自身只是發(fā)生溫度的 變化，而不發(fā)生其他任何變化。該類材料 蓄熱密度較低，蓄熱系統(tǒng)容器體積較為龐 大，應(yīng)用價值不是很高。 （2）相變型。相變型的蓄熱材料在相變 時吸熱或者放熱，這類材料單位蓄熱密度 大。在相變蓄熱系統(tǒng)的設(shè)計中，蓄熱密度 大的優(yōu)點(diǎn)使其具有設(shè)備簡單、體積小、設(shè) 計靈活、使用方便、易于管理等優(yōu)點(diǎn)。在 相變蓄熱過程中，材料近似恒溫，可以此 來控制系統(tǒng)的溫度。 （3）化學(xué)反應(yīng)型。化學(xué)反應(yīng)型蓄熱材料 是利用可逆化學(xué)反應(yīng)

10、通過熱能和化學(xué)能的 轉(zhuǎn)換進(jìn)行蓄熱的。它在受熱和受冷時容易 發(fā)生可逆反應(yīng)，分別對外吸熱或放熱，由 此可以把熱能儲存起來。 3.2 顯熱儲存 顯熱儲存是利用蓄熱材料的熱容量，通過 升高或降低材料的溫度而實(shí)現(xiàn)熱能的存儲 或釋放的過程。顯熱儲存的熱能和蓄熱材 料的比熱容及質(zhì)量相關(guān)，當(dāng)物體溫度由 T1變化到 T2時，吸收的熱量為 由此可見，增加顯熱儲存蓄熱量的途徑，包 括提高蓄熱材料的比熱容、質(zhì)量以及增大蓄 熱溫度差。 在實(shí)際應(yīng)用中，通常把比熱容和密度的乘積 （即容積比熱容）作為評定蓄熱材料性能的 重要參數(shù)；黏度大的液體材料輸送需要耗費(fèi) 能量，也需要大尺寸的系統(tǒng)管線，因而增大 了系統(tǒng)的設(shè)備投資和運(yùn)行成本

11、；毒性、腐蝕 性和熱穩(wěn)定性則直接影響到系統(tǒng)的壽命和安 全性，在選擇蓄熱材料時也要重點(diǎn)考慮。 3.2.2 液體顯熱儲存 利用液體進(jìn)行顯熱儲存，是各種顯熱儲存 方法中理論技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的一 種。通常對液體蓄熱材料除了要求具有較 大比熱容外，還要具有較高的沸點(diǎn)和較低 的蒸汽壓。 作為最常見的液體材料，水是低溫液態(tài)顯熱 蓄熱材料中性能最好且最常用的一種，它具 有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）傳熱及流動性好，黏性、密度、熱傳 導(dǎo)性和熱膨脹系數(shù)適宜于自然循環(huán)和強(qiáng)制循 環(huán)； （2）可以兼作蓄熱材料和傳熱材料，在蓄 熱系統(tǒng)中可以省去熱交換器，降低了系統(tǒng)成 本； （3）物理、化學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)都很穩(wěn)定； （4）來源豐

12、富，價格低廉。 然而，水作為顯熱蓄熱材料，其缺點(diǎn)是： （1）作為一種電解腐蝕性物質(zhì)，電解時 產(chǎn)生的氧氣容易腐蝕容器和管道的金屬部 件； （2）低溫結(jié)冰時體積膨脹較大（達(dá) 10% 左右），容易破壞容器和管道； （3）水蒸氣壓力會隨著絕對溫度的升高 而指數(shù)增加，不適宜用作高溫蓄熱材料。 所以，用水蓄熱時，溫度和壓力都不能超 過其臨界點(diǎn)（373 ，2.2l07 Pa）。 3.2.2.1 蓄熱水箱 蓄熱水箱是一種既可蓄熱又可蓄冷的裝置。 在加熱、空調(diào)和其他應(yīng)用場合，蓄熱水箱得 到了廣泛應(yīng)用。理想的儲水容器要求外表面 熱傳導(dǎo)、對流及輻射的熱損失小，一定體積 下要求容器的表面積最小，因此水箱往往做 成球形

13、或圓柱形。蓄熱水箱根據(jù)儲熱特性儲熱特性可 以分為完全壓出式蓄熱水箱、完全混合式蓄 熱水箱和溫度分層式蓄熱水箱。按蓄熱水箱 的個數(shù)又可以分為單箱式和多箱式，按壓力按壓力 狀態(tài)狀態(tài)分為敞開式和密閉式。 圖 3-1 為這三種水箱內(nèi)的溫度分布圖。 1完全壓出式蓄熱水箱 完全壓出式蓄熱水箱的工作原理是在水箱內(nèi)儲 滿熱水后，取熱時從水箱底部緩慢注入冷水， 由于熱水的密度小，在水箱的上部，而冷水在 水箱的下部，將水箱內(nèi)儲存的熱水從頂部壓出， 向用戶供熱。在水箱內(nèi)存在著冷熱兩個水域， 界限十分清晰，幾乎沒有混合，完全是活塞式 的流動。普通家用的小型水箱一般為完全壓出 式蓄熱水箱。由于充熱和放熱運(yùn)行時熱水和冷

14、水容易發(fā)生混合或熱能通過水箱壁從熱水向冷 水傳遞，因此，為了減少混合損失，應(yīng)降低進(jìn) 口流速以保持冷熱水分層狀態(tài)，或在熱水和冷 水層之間設(shè)置浮動的隔熱板，以阻止冷熱水之 間的熱量傳遞。 2完全混合式蓄熱水箱 完全混合式蓄熱水箱內(nèi)水溫完全均勻一致， 表明冷熱水的混合非常充分。通常情況下， 需要在混合式蓄熱水箱中裝設(shè)攪拌機(jī)，取熱 時一邊注入冷水一邊攪拌。在圖 3-2 所示的 以水箱作為蓄熱器的太陽能熱水系統(tǒng)中， Tc,o、Tc,i分別為集熱器出口和蓄熱水箱入 口的溫度，Ts為水箱中的水溫。水在集熱器 內(nèi)被太陽能加熱后泵入水箱，當(dāng)需要使用儲 存的熱能時，水泵將箱內(nèi)熱水泵入負(fù)荷，放 熱后返回水箱。 3溫

15、度分層式蓄熱水箱 溫度分層式蓄熱水箱又稱部分混合水箱。由 于水的密度隨著溫度變化，在垂直方向上的 水溫是不均勻的，上層水溫比下層水溫高些。 如果進(jìn)入集熱器的水溫較低，則集熱器的效 率將因熱損失減少而提高。而對于負(fù)荷來說， 總是要求流體有較高的溫度。為此，水箱中 的溫度分層對于改善系統(tǒng)的性能是有利的。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，良好的溫度分層可以使系統(tǒng) 的性能提高約 20%。 4單箱式和多箱式蓄熱水箱 蓄熱水箱按照蓄熱水箱的個數(shù)可以分為單 箱式和多箱式兩類。單箱式蓄熱水箱技術(shù) 簡便、成熟，常用于普通家用太陽能熱水 器。幾個水箱也可以并聯(lián)使用組合為多箱 式蓄熱水箱，可以獲得更高的效率和更大 的蓄熱量。 5敞開

16、式和密閉式蓄熱水箱 敞開式蓄熱水箱如圖 3-3 所示，它與大氣相 通，箱體承受的壓力較小，如自然循環(huán)式家 用太陽能熱水器的蓄熱水箱。敞開式蓄熱水 箱容易受酸性腐蝕，對容器的耐腐蝕性要求 較高。密閉式蓄熱水箱如圖 3-4 所示，箱體 需要承受一定的壓力，為避免蓄熱水箱膨脹， 其上方專門設(shè)置了膨脹水箱。密閉式蓄熱水 箱的優(yōu)點(diǎn)是配管系統(tǒng)簡單，只需要容量較小 的循環(huán)泵，功耗較??；缺點(diǎn)是蓄熱水箱承受 的壓力較大，要求容器具有一定的承壓性， 容器的設(shè)備費(fèi)用較高。 3.2.2.2 地下含水層蓄熱 地下含水層就是指含有充滿水的泥、沙礫或 者多孔石的地下河床或地層。如果某些含水 層的上層和下層都是密封的，而且本

17、層內(nèi)沒 有或者只有很慢的地下天然水流動，則這些 地下含水層就可以用作熱能的儲存。地下含 水層既可以蓄熱也可以儲冷，蓄熱溫度一般 為2030，若儲水層足夠深則溫度可達(dá) 6090，能量回收率可達(dá) 70%。地下含 水層蓄熱近 20 年來受到了廣泛的關(guān)注，它 被認(rèn)為是最有潛力的大規(guī)?？缂径刃顭岱桨?之一，可以應(yīng)用于區(qū)域供熱和區(qū)域供冷。 地下含水層蓄熱是通過井孔將溫度低于含水 層原有溫度的冷水或高于含水層原有溫度的 熱水灌入地下含水層，利用含水層作為蓄熱 材料來蓄冷或儲存熱能，待需要時使用水泵 抽出送至負(fù)載。圖 3-5 所示為雙井蓄熱系統(tǒng) 工作原理示意圖。當(dāng)用于供熱循環(huán)時，蓄熱 溫水井的水被抽出，經(jīng)過換

18、熱器與供熱循環(huán) 的水進(jìn)行熱交換后灌入熱水井儲存；放熱時， 熱水井的水被抽出，經(jīng)過換熱器與供熱循環(huán) 的水進(jìn)行熱交換后灌入溫水井。當(dāng)用于供冷 循環(huán)時，按與供熱循環(huán)相反的方向進(jìn)行即可。 3.2.3 固體顯熱儲存 液體顯熱儲存具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是也存在一 些不足之處。例如，水對普通金屬有一定的 腐蝕性，需采用成本比較高的不銹鋼等材質(zhì) 來制作蓄熱水箱。在太陽能工程中，固體顯 熱儲存所用的材料大多是巖石、砂石和土壤。 這類材料在中、高溫下不產(chǎn)生相變，雖然比 熱容比水低但是密度比水高，所以其容積比 大約是水的 40%。同時巖石、砂石等固體材 料比較豐富，不會產(chǎn)生銹蝕，所以利用固體 材料進(jìn)行顯熱儲存，不僅成本低

19、廉，也比較 方便。固體顯熱儲存主要有巖石床蓄熱和地 下土壤蓄熱兩種方式。 3.2.3.1 巖石床蓄熱 水的比熱容大約是巖石的 4.8倍，而巖石 的密度僅是水的 2.2 倍，因此，水的蓄熱 密度要比巖石的大。但是巖石成本低廉、 容易取得，不像水那樣具有漏損和腐蝕性 的問題，所以巖石是除水以外應(yīng)用得最廣 泛的顯熱蓄熱材料。 巖石床蓄熱器是利用巖石或卵石的熱容量 進(jìn)行蓄熱的，是目前主要的蓄熱方法之一。 將巖石床置于地下 4050cm 深處或者 地面，巖石放置于支撐網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上，密閉 在一個熱的容器內(nèi)。容器一般由混凝土或 金屬制成，蓄熱器的入口和出口都裝有流 動分配葉片使空氣能在兩個方向上均勻流 動，如

20、圖 3-6 所示。 有太陽輻射時，用送風(fēng)機(jī)將集熱器內(nèi)的熱 空氣吹進(jìn)儲存箱內(nèi)，加熱巖石床；沒有太 陽輻射時，冷空氣經(jīng)巖石蓄熱床加熱后返 回供熱，形成采暖蓄熱供暖循環(huán)。 巖石床的設(shè)計需要考慮床體的形狀以及巖石 大小等因素。一般情況下，床體設(shè)計成扁平 圓柱形比較合適。另一方面，巖石顆粒越小， 傳熱面積越大，巖石床和空氣的換熱面積就 越大。因此，選擇小的卵石將有利于換熱效 率的提高。同時，巖石小的另一個好處是能 使巖石床有較好的溫度分層，從而在放熱過 程中得到較多的熱能，以滿足所需的溫度。 但巖石越小，壓力降越大，空氣流動會受到 的阻礙就越大，因此，在選擇巖石的大小時 應(yīng)考慮送風(fēng)功率的消耗情況。 3.

21、2.3.2 土壤蓄熱 土壤蓄熱就是以大地為蓄熱容器，利用土壤 圍作蓄熱槽進(jìn)行固體顯熱儲存。一般是利用 現(xiàn)有的小池塘或者挖坑，用挖出的泥土在其 四周構(gòu)筑圍壩，中間填滿破碎的巖石，上面 覆蓋隔熱層和防水層。土壤蓄熱結(jié)構(gòu)簡單、 成本低廉，一般不需要良好的保溫，周圍的 土壤也能起到保溫的作用，但是只適用于干 燥地區(qū)的小規(guī)模蓄熱。一般來說，太陽能的 地下顯熱儲存比較適合于長期儲存，成本低、 占地少，是一種非常有潛力的蓄熱方式，已 經(jīng)成為了熱門的研究方向。 3.3 相變存儲 3.3.1 相變存儲的基本原理 相變儲存，又稱潛熱儲存，是利用物質(zhì)發(fā) 生相變時吸收或放出大量熱量的性質(zhì)來實(shí) 現(xiàn)蓄熱的。具體地說，物質(zhì)

22、有固、液、氣 三相，相變蓄熱是利用相變蓄熱材料 （Phase change material，PCM）在特 定溫度（相變溫度）下發(fā)生物相變化，材 料的分子排列在有序和無序之間迅速轉(zhuǎn)變， 同時伴隨著吸收或者釋放熱能的現(xiàn)象來儲 存或放出熱能。 一般把物質(zhì)由固態(tài)溶解成液態(tài)時所吸收的 熱量稱為溶解潛熱，從液態(tài)凝結(jié)成固態(tài)時 所放出的熱量稱為凝固潛熱；同樣，把物 質(zhì)由液態(tài)蒸發(fā)成氣態(tài)時吸收的熱量稱為蒸 發(fā)潛熱，氣態(tài)冷凝成液態(tài)時所放出的熱量 稱為冷凝潛熱；物質(zhì)由固態(tài)升華成氣態(tài)時 吸收的熱量稱為升華潛熱，由氣態(tài)凝結(jié)成 固態(tài)時放出的熱量同樣稱為凝固潛熱。 利用相變儲存蓄熱量大的優(yōu)點(diǎn)，可以設(shè)計 出溫度變化小、熱容量

23、高、設(shè)備體積和重 量都較小的蓄熱系統(tǒng)。通常適合太陽能蓄 熱系統(tǒng)的相變過程為固-液相變。 理想的相變蓄熱材料應(yīng)具備以下特性： （1）具有較大的溶解潛熱，在固態(tài)和液 態(tài)中都具有較大的比熱容和熱導(dǎo)率； （2）相變時體積變化很小，且無論處于 固態(tài)、液態(tài)都能與容器壁之間接觸良好； （3）化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可逆性好，無毒、 無腐蝕性，不易燃； （4）沒有或只有微小的過冷和過熱現(xiàn)象； （5）來源豐富，價格低廉。 3.3.2 相變儲存的優(yōu)點(diǎn)及面臨的 問題 3.3.2.1 相變儲存的優(yōu)點(diǎn) （1）儲能密度高 一般物質(zhì)在相變時所吸收的（或放出）的 潛熱約為幾百至幾千千焦每千克。例如， 冰的熔解熱為335kJ/kg，而水

24、的比熱容為 4.2kJ/ （kg），巖石的比熱容大約為 0.88kJ/ （kg），相變儲存明顯比顯熱 儲存儲能密度更高。 （2）溫度波動幅度小 物質(zhì)的相變過程是在一定的溫度下進(jìn)行的。 一般相變材料在蓄熱或取熱時溫度波動幅 度僅為 23，變化范圍極小，這個特 性可以使相變蓄熱器能夠保持基本恒定的 熱力效率和供熱能力。因此，當(dāng)選取的相 變材料的相變溫度與用戶要求的溫度基本 一致時，可以考慮不需要溫度調(diào)節(jié)和控制 系統(tǒng)。這樣，不僅設(shè)計可以簡化，而且還 可以降低系統(tǒng)成本。 3.3.2.2 相變儲存面臨的問題 利用相變蓄熱材料進(jìn)行熱能儲存，一些由 相變材料自身存在的不足或相變蓄熱方式 固有的缺陷引起的問題

25、，需要在蓄熱系統(tǒng) 的設(shè)計上有所注意。 （1）由于相變材料本身的特性，當(dāng)系統(tǒng) 工作在材料的熔點(diǎn)附近時，往往固、液兩 相共存，這容易造成輸送上的困難。所以 相變材料自身不能兼做傳熱介質(zhì)材料，在 相變蓄熱系統(tǒng)的設(shè)計中必須考慮加入獨(dú)立 的傳熱循環(huán)系統(tǒng)。 （2）為了保證相變材料的凝固速率（也 就是放熱速率）與取熱速率協(xié)調(diào)一致，需 要對熱交換器進(jìn)行特殊的設(shè)計。 （3）相變材料通常會發(fā)生的過冷現(xiàn)象、 晶液分離現(xiàn)象以及添加的成核劑、增稠劑 在經(jīng)過多次熱力循環(huán)后可能受破壞而造成 效率降低，還有可能的腐蝕性等問題都需 要在系統(tǒng)的設(shè)計中多加以考慮。 3.3.3 相變蓄熱的應(yīng)用 近年來，建筑能耗（包括空調(diào)能耗）逐漸增

26、 大，造成能源消耗過快，環(huán)境污染加劇，這 反映了建筑物的能量供求在時間和強(qiáng)度上嚴(yán) 重不匹配?？梢栽诮ㄖ锕┡到y(tǒng)中采用相 變材料做相變蓄熱。利用相變材料儲存熱能 的特性，使用相變材料制成建筑材料，可以 解決或者緩解熱能供給中存在的問題，產(chǎn)生 巨大的節(jié)能效應(yīng)，是建筑節(jié)能的一項(xiàng)重要措 施。同時，也是在建筑物系統(tǒng)中有效存儲、 利用太陽能等低成本清潔能源的重要途徑， 有利于環(huán)保、節(jié)能。 相變蓄熱材料可廣泛應(yīng)用于建筑節(jié)能，其 原理是提高建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)對太陽能、地?zé)?等可再生能源的熱能存儲與釋放，增大可 利用的太陽熱能，從而降低建筑物采暖與 空調(diào)的負(fù)荷，達(dá)到節(jié)能目的。 3.4 化學(xué)蓄熱 3.4.1 化學(xué)蓄熱的基本原理 前面介紹的顯熱儲存和相變儲存都是屬于物 理方式進(jìn)行太陽能熱能存儲。除了這兩種物 理方式，化學(xué)方式同樣能實(shí)現(xiàn)熱能的儲存， 這就是化學(xué)蓄熱。許多物質(zhì)在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng) 過程中都需要吸收大量的熱量，在進(jìn)行該反 應(yīng)的逆反應(yīng)時則釋放出大量的熱量，這種熱 量稱為