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相变蓄热水箱和相变蓄热太阳能通风系统

相变储能材料技术是近年来蓄能领域和新材料领域新兴的研究热点，该技术对建筑节能、解决能源紧张有着重要的应用价值。相变储能技术在建筑中有着广泛的应用，对于太阳能供热系统，由于太阳能具有间断性与能量密度低的特点，不能连续稳定的提供热量，限制了太阳能的大面积使用，为了蓄存不稳定的太阳能，常以蓄热水箱为蓄热设备，水为蓄热介质来维持系统稳定运行，从而使得蓄热水箱需要放置在一个特定的房间中，占用了宝贵的建筑面积。本成果所涉及的模块化相变箱及其构成的相变蓄能系统，其通过采用设置多个独立腔体的技术能同时实现蓄热和末端供热的目的，同时，在达到同样存储热量的情况下能减少传统蓄热水箱体积，还能增大蓄热水箱运行时长，减少辅助能源设备能耗；水箱中所用相变材料相变潜热大，在相变温度附近蓄放热温度稳定，采用封装成板片形式的技术放置于普通蓄热水箱中，将时间和空间上分布不均不稳定的太阳能转化成稳定的热能储存在相变材料中，可以有效增大太阳能能源利用率。太阳能通风烟囱(Solar Chimney, SC)作为世界上最丰富、最具发展潜力的能源资源一太阳能的被动利用技术之一，因其具有降低建筑通风与空调能耗、改善室内空气品质及能源资源可再生等优点而广泛应用于生态建筑设计中，是生态与节能建筑研究中的一个热点。但是传统太阳能烟囱一直存在着蓄热能力差、工作不稳定的缺点，在没有太阳辐射的时段无法运行。本团队成果创新点在于将相变材料与传统太阳能烟囱相耦合，相变材料是替代传统蓄热介质的最佳选项，与显热蓄能相比，相变蓄热是种潜热蓄能模式，具有蓄能密度高，体积小，温度变化小，相变温度选择范围宽，易于控制等优点。相变材料耦合太阳能烟囱可以有效提高烟囱本身的蓄热能力，将多余的太阳能贮存起来，在没有太阳辐射时使用，从而有效延长了太阳能烟囱的工作时间。市场及经济效益分析：在自然通风领域，目前节能设计中由于太阳能等可再生能源在时间和强度等方面的间歇性和不稳定性，导致当前面临最大的挑战就是满足建筑的热舒适性，传统太阳能烟囱利用普通围护结构或金属板作为蓄热介质，蓄热方式是显热蓄热，墙体表面温度是随着太阳辐射强度的变化而变化的，墙体温度的变化极容易引起通风量变化或人体热不舒适感。另外，烟囱蓄热墙的蓄热能力差，在多云天气或夜间，太阳能烟囱工作效能很差或不能工作，这极大地限制了太阳能烟囱的实际应用。同时，相比于市场常见的机械通风技术, 其能达到良好的通风效果，但是需要复杂的通风设备和动力设备，结构复杂，而以相变太阳能烟囱为代表的自然通风技术低能耗，结构简单，仅需经过合理布置房间的门窗位置即可形成有组织的自然风，尤其在过度季节和气候温和地区具有广阔的应用前景。团队介绍：本研究团队拥有一批由教授、副教授、青年教师、博士和硕士组成的高层次科研人员及先进的科研设备，在相变传热理论和数值模拟分析等方面均具有扎实的基础，人员组成结构合理，团队成员大都有丰富的现场实测经验及实验室研究的工作经历。研究团队的主要研究人员卢军教授主持完成了国家自然科学基金项目“山地城镇室外热环境预测与评价”，作为专题负责人完成了国家科技攻关项目“长江流域住宅节能理论与策略研究"，主研完成了国家十一五科技支撑计划子课题“城镇热岛效应机理和模拟技术研究”以及数十项建筑可再生能源利用科研课题和工程方案的可行性研究，具有坚实的理论基础和丰富的实验工作经验，目前正在主持完成国家自然科学基金项目“高海拔寒冷地区室内热环境质量及调控机理研究"的研究工作。卢军教授在相变材料在建筑领域应用研究方面有较多的工作积累，尤其是相变蓄能水箱与被动式自然通风技术等方面取得了丰富成果，发表多篇学术论文，为团队发展提供相关研究建议和指导。

重庆大学 2021-04-11