儲熱技術包括兩個方面的要素,其一是熱能的轉化,它既包括熱能與其它形式的能之間的轉化,也包括熱能在不同物質載體之間的傳遞;其二為熱能的儲存,即熱能在物質載體上的存在狀態,理論上表現為其熱力學特征。雖然儲熱有顯熱儲熱、潛熱儲熱和化學反應儲熱等多種形式,但本質上均是物質中大量分子熱運動時的能量。因而從一般意義上講,熱能存儲的熱力學性質與熱力學性質相同,均有量和質兩個衡量特征,即熱力學中的***定律和第二定律。以顯熱儲熱為例,熱能儲存的量即所儲存的熱量的大小,數學上表現為物質本身的比熱容和溫度變化的乘積。具體地,假設儲熱材料本身的定壓比熱容恒定且大小為Cp,且在儲熱過程中物質載體的溫度變化為△T,則在儲熱過程中物質載體所儲存的熱量的大小△Q可計算為△Q =Cp△T。可見,給定物質載體,其所儲存熱量的大小只與溫差有關而與***溫度無關,亦即儲存熱量的大小不能反映熱量的品位,因而需要借助熱力學中的另一個重要參數 來衡量所儲存熱量的質(即有用功)。太陽能儲熱能夠滿足用能連續和穩定供應的需要。山西家庭用采暖系統生產商
太陽能儲熱技術是一項復雜的技術,無論從技術層面和投資成本來看,太陽能熱儲熱技術都是太陽能利用中的關鍵環節。從現有的研究來看,顯熱儲熱研究比較成熟,已經發展到商業開發水平,但由于顯熱儲能密度低,儲熱裝置體積龐大,有一定局限性?;瘜W反應儲熱雖然具有很多優點,但化學反應過程復雜、有時需催化劑、有一定的安全性要求、一次性投資較大及整體效率仍較低等困難,只處于小規模實驗階段,在大規模的應用之前還是有許多問題需要解決的。北京相變儲熱棒顯熱儲熱是通過儲熱材料的溫度的上升或下降來儲存熱能。
當前顯熱儲熱的應用較為成熟,但是相變儲熱和熱化學儲熱具有諸多優勢,后兩種儲熱方式將是未來重點研究的方向。中高溫相變儲熱材料儲熱密度大,有利于設備的緊湊和微型化,但是相變材料的腐蝕性、與結構材料的兼容性、穩定性、循環使用壽命等問題都需要進一步的研究,其商業化道路需要探索。熱化學儲熱適用的溫度范圍比較寬,儲熱密度大,理論上可以適用在中高溫儲熱領域。但熱化學儲熱技術工藝復雜,迄今為止,其技術成熟性尚低,需對反應速率和傳熱系統等關鍵技術進行優化設計與控制,并對其進行大量的研究投入。
相變儲熱有著哪些優點?容積儲熱密度大:因為一般物質在相變時所吸收(或放出)的潛熱約為幾百至幾千kJ/kg。例如,冰的熔解熱為335kJ/kg,水的比熱容為4.2kJ(kg?℃),巖石的比熱容為0.84kJ(kg?℃)。所以儲存相同的熱量,相變儲熱體所需的容積小得多,即設備投資費用降低。許多場合需要限制儲熱設備的空間尺寸及質量(如在原有的建筑物中安裝儲熱設備等),就可優先考慮采用相變存儲設備。溫度波動幅度?。何镔|的相變過程是在一定的溫度下進行的,變化范圍極小,這個特性可使相變儲熱體能夠保持基本恒定的熱力效率和供熱能力。因此,當選取的相變材料的溫度與熱用戶的要求基本一致時,可以不需要溫度調節或控制系統。這樣,不只設計簡化,而且能降低不少成本。相變儲熱系統熱量以顯熱、潛熱或兩者兼有的形式儲存。
隨著社會的發展,人們環保意識的加強,在我國碳達峰、碳中和背景下,作為可再生能源富集區的青海省,選用了相變儲熱技術提高新能源的利用率,同時能夠有效緩解可再生能源發電的不穩定性、間隙性、平衡性,使用相變儲熱清潔供暖技術,既解決了清潔采暖需求,也解決了新能源與用戶需求匹配的矛盾。太陽能是一種取之不盡用之不竭的可再生能源,但其本身的特點,如不穩定、不連續、能量密度低、受天氣影響大等,給太陽能高效利用帶來諸多挑戰。利用相變材料儲存太陽能集熱產生的熱能可以有效緩解上述問題。相變儲熱技術得到了普遍的研究。家庭地采暖系統生產
當環境溫度低于一定值時,相變材料由液態凝結為固態,釋放熱量。山西家庭用采暖系統生產商
儲熱未來發展面臨技術與科學挑戰:在單元與裝置方面,材料模塊和單元需要進一步優化設計與排列組裝,實現儲熱換熱裝置的優化設計以及材料模塊、單元、儲熱換熱裝置的規模化制造。在系統集成與優化方面,要注意能源系統集成儲熱技術的復雜動力學,系統動態模擬與優化,以及復雜系統的動態控制。儲熱技術的基礎理論研究涵蓋從材料到單元操作再到系統的寬廣尺度范圍,其挑戰在于建立一個一個跨尺度的反饋機制,獲得從材料特性到系統性能的關聯關系,其中包括理解跨尺度的多相輸運現象,從而建立分子層面特性與系統性能的關系。山西家庭用采暖系統生產商
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