基于定型结构相变储热模块小区供热的智慧控制系统

研究了基于定型结构相变储热模块小区供热的智慧控制系统,对定型结构相变储热模块及供热系统进行了描述。结合冬季供热的负荷系数随室外环境温度的变化规律,提出小区供热的智慧控制系统及其内涵。结合城市小区供热的示范工程,智慧供热系统与传统二种操作模式进行对比,分别降低供热设备运行费用24%、32%。基于定型结构相变储热模块供热系统,因为使用低谷电或可再生能源用电,使用智慧控制系统后,运行费用降低明显。智慧供热系统与传统两种操作模式进行对比,分别降低供热设备运行费用70%、73.3%。因此,基于定型结构相变储热模块小区供热,采用智慧供热系统对于运行费用降低具有非常重要的意义。

不同分子量的PEG定型相变材料的储热性能研究

以相对分子质量分别为4000、6000、10000、20000的聚乙二醇(PEG)为相变主材料,吸附性良好的膨胀石墨(EG)或活性炭颗粒(ACG)为支撑材料,采用物理吸附加熔融共混的方法制备出不同分子量的PEG定型相变材料,使用差示扫描量热仪(DSC)对不同分子量的定型相变材料的相变温度、相变焓进行测试与表征,探究不同分子量的对定型相变材料储热性能的影响。结果表明,支撑材料并未影响PEG的相变行为,PEG仍具有良好的结晶性能,PEG定型相变材料的结晶温度、熔融温度随相对分子质量的增加而增大,而其结晶焓、熔融焓不完全随着相对分子质量的增大而增大,而是在PEG相对分子质量为10000时达到顶峰,然后有所下降。

低成本兰炭灰骨架定型相变储热材料的制备及性能研究

在碳中和背景下,为促进工业固体废弃物的规模化消纳,避免兰炭灰大量堆积对环境造成破坏,创新性提出兰炭灰/碳酸钠定型相变储热材料,通过冷压缩-热烧结法制备兰炭灰基定型相变储热材料,为构建以新能源为主体的电力系统提供可能的储能技术路径。采用激光导热分析法(LFA)、热重及差示扫描量热法(TG-DSC)和X射线衍射法(XRD)对定型相变储热材料的导热性能、储热性能及化学相容性进行表征。结果表明,兰炭灰与碳酸钠的质量比为52.5∶47.5时,复合材料各方面的性能最佳,其导热系数在100~800℃内最高可达0.41 W/(m·K),在100~900℃时储热密度达1 101.14 kJ/kg。

MES/PET定型相变复合纤维的形貌结构及性能分析

通过制备硬脂酸甲酯/聚对苯二甲酸乙二酯(MES/PET)定型相变复合纤维,研究了MES固-液相变材料和PET支撑材料在定型相变复合纤维中的分布结构。结果表明在静电纺丝过程中MES组分作为分散相被随机地分散在PET纤维基体的连续相中,其在PET纤维中的最大负载量为50wt.%;复合纤维中的MES分子与PET分子之间没有发生化学反应,二者具有良好的相容性;MES/PET定型相变复合纤维的融化和结晶温度分别为39.84℃和27.96℃,融化和结晶焓值达到90.43kJ/kg和88.03kJ/kg;由于PET基体比MES分子具有更好的热稳定性,将PET纤维作为MES固液相变材料的支撑材料,有利于改善定型相变复合纤维的热稳定性;随着MES含量的增加,定型相变复合纤维膜呈现脆性断裂特征,其拉伸断裂强度增加。

石蜡/聚丙烯定型相变储能材料的泄漏率和定型能力的研究

采用3种不同类型增容剂乙烯-α-辛烯高共聚物(POE)、三元乙丙橡胶(EPDM)和苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)改善石蜡/聚丙烯(PP)定型相变材料(FSPCMs)的性能,讨论3种增容剂的用量对储能相变材料泄漏率和定型能力的影响,并通过扫描电镜(SEM)对相变材料的微观结构进行表征。结果表明:当FSPCMs中石蜡含量高达70%(wt,质量分数,下同),增容剂含量为20%时,48h后定型相变材料的泄漏率最低,POE、EPDM和SEBS这3种类型的FSPCMs泄漏率分别3.77%、4.46%和1.41%,比相同石蜡含量的纯PP/石蜡定型相变材料的泄漏率分别降低了3.68倍、3.1倍和9.84倍。定型相变材料的定型能力随着增容剂含量的增加而降低,定型能力最好的是POE-FSPCMs。SEM结果表明3种增容剂中与PP相容性最好的是POE,与石蜡相容性最好的是SEBS。

一种定型相变材料存储/释放能量测试装置设计

针对目前DSC数据仪器多用于小容量相变材料能量储放能力的测试,设计一种新型测试装置适用于多种容量需求的定型相变材料存储/释放能量的数据测试。首先对测试装置的需求进行分析,提出设计思路和测试系统的工作原理;其次根据工作原理对测试装置进行整体和部分结构进行设计,其中主要包括恒温容器的组成和尺寸设计、支撑架结构设计、信号采集、处理与显示单元设计和电磁阀、给水设备的选择等。然后,以PEG10000+活性炭定型相变材料为例,对测试步骤进行了详细的阐述。

负载脂肪酸酯的定形相变复合纤维的制备与性能研究

以单硬脂酸甘油酯(GMS)为固液相变材料,以聚对苯二甲酸乙二酯(PET)纤维为支撑材料,通过静电纺丝方法成功制备了新型的GMS/PET定形相变复合纤维。FE-SEM观察显示随着定形相变复合纤维中GMS含量的增加,纤维直径逐渐增大且直径分布更广,纤维交叉点之间也出现粘连。XRD分析结果表明,静电纺丝过程中GMS和PET纤维基体能够很好地结合,由于PET纤维基体的支撑保护作用阻碍了GMS的结晶,导致结晶度下降。DSC分析结果表明,静电纺GMS/PET定形相变复合纤维是一种相变过程完全可逆的储能材料,其相变焓值随着纤维中GMS含量的增加而逐渐增大,相变焓效率>85%。在DSC热循环测试过程中定形相变复合纤维的相变温度和相变焓值几乎没有变化,表明了该材料具有良好的热循环稳定性。

KNO_(3)熔盐复合相变材料储热性能调控机理研究

本文将热物理性能优异的SWCNT掺杂到KNO_(3)熔盐相变材料中,构建KNO_(3)-SWCNT熔盐复合相变材料的微观物理模型,对KNO_(3)-SWCNT熔盐复合相变材料的储热性能进行分子动力学模拟研究,计算得到了熔盐复合相变材料的微观结构参数和储热性能参数,并采用SWCNT表面电荷修饰的方法调控熔盐复合相变材料的储热性能,并揭示了储热性能调控的微观机理。研究发现,随着SWCNT质量分数fm的增加,熔盐复合相变材料的导热系数增大,而黏度、熔化焓、熔点均降低;随温度的升高,导热系数与黏度均降低;当fm从0增加到4.43%和8.48%时,平均导热系数增强了2.26%和28.01%,熔化焓分别降低32.31%和45.19%,SWCNT表面正电修饰可以改变熔盐复合相变材料的微观结构,增强原子之间的相互作用势能,可对熔盐相变材料的储热性能有效地进行调控,熔盐复合相变材料的导热系数平均增加了21.21%。

石蜡/硅藻土定型相变材料的结构和热性能

以硅藻土为载体、以石蜡为相变材料,用溶剂蒸发法制备出石蜡/硅藻土定型相变材料(PA/D-PCMs),使用SEM、FT-IR、TGA、DSC等手段对其微观结构和热性能进行了表征。结果表明:硅藻土对石蜡的毛细管力及两者之间形成的氢键能阻碍液态石蜡的渗出,使PA/D-PCMs具有很高的热稳定性,硅藻土的二级孔洞限制了部分石蜡的结晶。硅藻土内部有许多互相连通的导热通道,增强了石蜡的导热效果并提高了蓄放热速率。随着石蜡含量的增大PA/D-PCMs的X、Y和Z轴传热通道上声子的散射作用更剧烈,使其导热系数降低,但是具有更高的结晶度和相变潜热。为了保证PA/D-PCMs的结构稳定和良好的热性能,石蜡的最佳质量分数为45%。

粉煤灰高温定型相变储热材料制备及性能表征

按照不同混合比例配置了9种二元混合碳酸盐(碳酸钠-碳酸钾).采用差示扫描量热法分析了9种混合盐的潜热及相变温度,并选取一种混合碳酸盐(碳酸钠-碳酸锂,1:1,质量比)为相变材料,以改性粉煤灰为基体材料,通过混合烧结法制备了5种不同含盐量的定型相变储热材料.定型相变储热材料的导热系数与储热密度都随相变材料含量的增加而增加.当二元碳酸盐质量含量为50%(N1),60%(N2)和70%(N3)时,定型相变材料烧结后外观完好无裂纹,且具有良好的储热能力及化学相容性.N3的相变温度为693.4°C,潜热为73.85 J/g.而且N3的导热系数(1.736 W/(m K))和储热密度(1067.825 J/g)在所制备的材料中性能最佳,因此N3有望作为一种低成本的高温定型相变储热材料.

生物炭/二十烷复合定型相变材料制备及其光热、电热转换和储存性能

为解决单一有机相变材料二十烷(n-Eicosane)导热性差及在相变过程中易发生泄漏的问题,本实验选取玉米秸秆作为生物质原料,通过700℃高温热解、KOH刻蚀改性制备了具有多级孔道结构的生物炭(KBC)材料,再通过乙醇熔融、真空浸渍的方法将二十烷封装到生物炭内部孔道,得到了一种生物炭/二十烷(KBC/n-Eicosane)复合定型相变材料。通过SEM、XRD、FTIR等表征手段研究了复合材料的微观结构和形貌,同时利用TG及DSC测试了复合相变材料的热稳定性和储热性能,并探讨了复合相变材料中二十烷不同用量与焓值的关系。结果表明,复合相变材料的焓值与二十烷的用量成正比,当复合相变材料中生物炭与二十烷的质量比为1∶2时,复合相变材料未明显泄漏,定型效果良好,此时对应的熔融焓和凝固焓值分别为121.3 J·g^(−1)和117.6 J·g^(−1),经过100次循环储热和放热性能测试后,未产生渗漏现象,相变焓值亦无明显变化,表明该复合相变材料的储热能力和稳定性较好。此外,还通过模拟太阳光辐射和接入直流电源的方式测试了复合相变材料的光热转换和电热转换能力,结果表明,复合相变材料能高效的将太阳光热和电能转换为热能并加以储存和释放,因此,本实验所制备的复合相变材料不仅是一种性能优异的相变储热材料,而且可以实现对不同形式能源的高效转化和利用,在清洁能源的转换和利用方面具有一定的应用潜力。

高温相变储热技术:保持不灭的智慧与温度

全球能源格局正在发生由依赖传统化石能源向追求清洁高效能源的深刻转变,我国能源结构也正经历前所未有的深刻调整.为完成二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现"碳中和"的国家重大战略部署,清洁能源尤其是可再生能源发展势头迅猛,已成为我国加快能源领域供给侧结构性改革的重要力量.如何进一步提升电网消纳波动可再生能源能力,平抑电网峰谷需求冲击,成为新时代电网发展所面临的挑战.