Estructura y principio de funcionamiento del piso de calefacción de almacenamiento de calor con cambio de fase

FloridaEl calor adopta fuentes de energía amigables con el medio ambiente, como la energía solar y la electricidad de bajo valle, pero estas dos formas de energía no son muy consistentes con el período de calentamiento. Por ejemplo, cuando el sol es más fuerte, la carga de calefacción es a menudo la más pequeña, y cuando se subestima el precio de la electricidad, a menudo es en las primeras horas. El período de tiempo solo representa una pequeña parte del período de calentamiento. Si desea utilizar estas dos formas de energía razonablemente

y efectivamente, inevitablemente implicará el problema del almacenamiento de calor y la preservación del calor. El sistema de calefacción de piso de agua caliente a baja temperatura generalmente usa un tanque de almacenamiento de agua caliente para el almacenamiento de calor. De esta manera, se requiere que el medio de transferencia de calor sea agua, y ocupa un espacio para el uso del edificio. La forma de almacenamiento de calor en la que el suelo radiante no ocupa el área del edificio es el material de almacenamiento de calor enterrado.

2.1 Definición del material de cambio de fase y sus características

Los materiales de cambio de fase (PCM) se refieren a sustancias que cambian la morfología con la temperatura y proporcionan calor latente. El proceso de cambiar un material de cambio de fase de sólido a líquido o de líquido a sólido se llama proceso de cambio de fase, en cuyo caso el material de cambio de fase absorberá o liberará una gran cantidad de calor latente. Los materiales de cambio de fase tienen la capacidad de cambiar su estado físico en un rango de temperaturas. Es este fenómeno endotérmico y exotérmico de los materiales de cambio de fase lo que hace que los materiales de cambio de fase sean un punto caliente en el mundo.

El estudio de PCM aplicado a materiales de construcción comenzó en 1982 y fue iniciado por el Departamento de Energía Solar de EE. UU. Se han encontrado miles de materiales de cambio de fase hasta ahora, pero no todos los PCM se pueden usar para el almacenamiento de energía. El PCM ideal debe tener calor latente de alta fusión, alta conductividad térmica y capacidad calorífica, deformación pequeña, no tóxico, no corrosivo, demasiado frío o demasiado caliente. Teniendo en cuenta los requisitos de las personas para la comodidad de los edificios residenciales, los materiales de cambio de fase aplicados al edificio también deben cumplir las siguientes condiciones: (1) La temperatura de cambio de fase del PCM debe estar cerca del rango de temperatura de confort interior, como la temperatura ambiente en invierno a las 18°C a 22°C; La temperatura ambiente de la temperatura ambiente de 22°C ~ 26°C (2) en verano debe estar dentro de este rango. El PCM no puede gotear del tablero, el ciclo a largo plazo no se deteriora y es compatible con los materiales de construcción. La Tabla 1 enumera los materiales de cambio de fase comúnmente utilizados en la construcción de almacenamiento de energía.

2.2 Principio de ahorro de energía de materiales de construcción de almacenamiento de energía de cambio de fase

El principio de los materiales de cambio de fase aplicados en la conservación de la energía del edificio es que el material de cambio de fase experimenta un cambio de fase acompañado de la liberación y absorción del calor de cambio de fase, es decir, durante el proceso de transferencia de calor, la carga fría en el material de cambio de fase se almacena en la estructura de almacenamiento de energía. La temperatura exterior se reduce, parte del calor almacenado se libera al exterior, lo que reduce la carga de enfriamiento del edificio; La otra parte se libera en la habitación, lo que aumenta la carga fría del edificio nocturno. Según la teoría anterior, tomar la estructura de almacenamiento de energía de cambio de fase como un ejemplo, aplicar el material de cambio de fase al edificio existente puede aumentar en gran medida la capacidad de almacenamiento de calor de la estructura del edificio, y una pequeña cantidad de material puede almacenar una gran cantidad de calor. Debido al efecto de almacenamiento de calor de la estructura de almacenamiento de energía de cambio de fase, la fluctuación del flujo de calor entre los edificios interiores y exteriores se debilita y el tiempo de acción se prolonga, reduciendo así la carga de diseño del sistema de calefacción y aire acondicionado del edificio y logrando el propósito de ahorro energético.

2.3 Materiales de cambio de fase en forma

El material de cambio de fase conformado es un material compuesto de almacenamiento de energía compuesto por un material de cambio de fase y un soporte de polímero y material de encapsulación. Debido a la microencapsulación y al soporte de la cápsula de polímero, el material de cambio de fase como el material del núcleo no sufre cambio de fase sólido-líquido. Sale, y todo el material compuesto mantiene su forma original y tiene una cierta resistencia incluso después de que el material del núcleo se derrita. Desventajas de los materiales ordinarios de cambio de fase sólido-líquido: (1) separación de fases; (2) embalaje, envases caros; (3) gran resistencia térmica del contenedor; (4) fuga del contenedor. Los materiales de cambio de fase con forma superan estas deficiencias, y la forma del material no cambia durante el cambio de fase. Este tipo de material tiene las ventajas anteriores para reducir el costo y la dificultad del embalaje, y para reducir la resistencia térmica entre el material de cambio de fase y el fluido de transferencia de calor. Este tipo de material tiene amplias perspectivas de aplicación en el campo de la construcción de HVAC y materiales de construcción.

2.4 Clasificación de los materiales de cambio de fase.

Los materiales de cambio de fase se pueden dividir en materiales de cambio de fase sólido-líquido, materiales de cambio de fase sólido-sólido, materiales de cambio de fase líquido-gas y materiales de cambio de fase sólido-gas según el modo de cambio de fase, aunque el gas líquido y el gas sólido. El calor latente de cambio de fase que acompaña a la conversión es mucho mayor que el calor de cambio de fase durante la conversión sólido-sólido y sólido-líquido, pero es difícil de usar debido a la generación de gas durante los cambios de fase líquido-gas y sólido-gas. En ingeniería real.

Los materiales orgánicos de almacenamiento de energía en fase sólida-líquida incluyen principalmente hidrocarburos alifáticos, ácidos grasos, alcoholes y polienoles. Las ventajas son que la separación de fases y el sobreenfriamiento son menos probables, la corrosión es menor y el calor latente del cambio de fase es grande. Fácil de gotear. En la actualidad, la mayoría de las aplicaciones son principalmente hidrocarburos alifáticos y compuestos de alcohol polihídrico. El material de cambio de fase tiene una gran capacidad de almacenamiento de calor y una buena estabilidad térmica, pero es fácil de filtrar cuando se alcanza la temperatura de cambio de fase, y requiere el embalaje del contenedor.

El material de almacenamiento de energía de cambio de fase sólido-sólido orgánico es almacenamiento de energía y libera energía a través de la conversión de la forma cristalina del material, y tiene las ventajas de un pequeño cambio de volumen, sin fugas, sin corrosión y una larga vida útil en el proceso de cambio de fase , y el material del contenedor Y los requisitos de tecnología de producción no son altos, y el calor latente de cambio de fase es del mismo orden de magnitud que el material de cambio de fase sólido-líquido. Hay tres tipos principales de materiales de cambio de fase sólido-sólido que se han desarrollado con potencial económico: polioles, polímeros y perovskitas en capas.