蓄冷空调新型相变蓄能材料热性能研究 方贵银, 徐锡斌
(南京大学物理系低温教研室, 江苏南京 210093
摘 要:通过实验分析了空调蓄冷材料的凝固点、融点、融解热和相变过程中的热稳定性等热学性能。在热分
析中, 用示差扫描量热仪(DSC 来测定蓄冷材料的融解热, 温度传感器用来测定蓄冷材料的凝固点和融解点。通过热分析寻找到了一种新型蓄冷材料, 其测试结果表明:该蓄冷材料是蓄冷空调系统中一种高效的蓄冷材料。
关键词:热学性能; 相变蓄能材料; 蓄冷空调
中图分类号:O552. 4+; TM925. 12文献标识码:A 文章编号:1006-7086(2002 03-0140-04
STUDY ON THERMAL PROPERTIES OF NEW PHASE CH ANGE MATERIAL FOR COOL STORAGE AIR CONDITIONING SYSTEM F ANG Gui -yin , XU Xi -bin
(Depar tment of Physics , Nanj ing Univer sit y , Nanjing 210093, China Abstr act :The therma l pr oper ties include fr eezing point, melting point , the heat of fusion and ther mal stabilit y
dur ing the phase cha nge pr ocess ar e investigated . In t he analysis , the Differ ential Sca nning Calor imenter (DSC was used t o determine t he heat of fusion of the cool storage mater ials. The temper ature sensor was used to deter -mine t he freezing point and melting point of the cool st or age mater ials . T he new cool stor age mat eria l
was found by therm al analysis . The results show that the cool st or age mater ial can be considered as an efficient cool storage ma-terial for cool stor age air condit ioning system.
Key wor ds :therma l properties ; phase change ther mal ener gy mater ial ; cool stor age air condit ioning
1 引 言
蓄冷是指在夜间电网低谷时间, 制冷主机开机制冷并由蓄冷设备将冷量储存起来, 待白天电网高峰用电时间再将冷量释放出来满足高峰空调负荷的需要。这样, 制冷系统的大部分耗电发生在夜间用电低谷期, 而
在白天用电高峰期只有辅助设备在运行, 从而实现用电负荷“移峰填谷”。根据蓄能介质的不同, 蓄冷系统可被分为水蓄冷、冰蓄冷和共晶盐蓄冷等几种类型。由于蓄冷介质水的热学性能较好以及价格低廉, 它被广泛应用在蓄冷系统中。水蓄冷是利用蓄水温度在0～7℃之间的显热进行蓄冷, 它可以使用常现的空调机组, 可实现蓄冷、蓄热双重用途。蓄冷和释冷运行时冷水温度相近, 空调机组在这两种运行工况下均能维持额定容量和效率, 但水蓄冷是利用其显热来蓄存冷量的, 它具有蓄冷密度低、蓄冷槽体积大及槽内不同温度的冷水易混合等缺点。冰蓄冷是利用水的相变凝固潜热来蓄存冷量的, 其相变潜热大(334kJ/kg , 但冰蓄冷的相变凝固点较低(0℃ , 且蓄冰时存在较大的过冷度(4～6℃ , 为了蓄存冷量, 空调机组必须运行在较低的工作温度范围(-10～-8℃ , 这样就势必造成了空调机组的效率下降, 空调机组在蓄冰工况的效率一般只有空调工况的70%。另外, 在空调工况和蓄冰工况时要配置双工况制冷主机, 增加了系统的复杂性。共晶盐蓄冷的优点是其相变温度与空调主机的蒸发温度相吻合, 选用一台空
收稿日期:2002-06-03
基金项目:南京大学分析测试基金和人才培养基金项目。
作者简介:方贵银(1963- , 男, 安徽省望江县人, 博士, 从事制冷低温与蓄冷技术研究。140 真空与低温
第8卷第3期
调主机即可进行制冷、蓄冷共况运行。缺点是其蓄冷密度较低(其融解热一般都低于80kJ /kg , 相变疑固时存在过冷现象, 且材料易老化变质、蓄冷性能易发生衰减等[1, 2]。如果蓄冷材料的相变温度在5～9℃范围, 该材料就能被应用到蓄冷空调系统中。
作者通过实验研究了一种新型相变蓄冷材料, 用示差扫描量热仪(美国Per kin-Elmer 公司的Pyris 1
DSC 和温度传感仪器测试了该材料的相变热、
凝固点、融解点以及相变过程热稳定性等热学性能。2 实验部分 2. 1 蓄冷材料的凝固点和融解点
将10mL 的蓄冷材料装入一试管中, 在一烧杯中装有一些冰水混合物, 使其温度保持在0℃。然后将试管浸入烧杯中, 并将温度传感器插入试管内, 蓄冷材料的温度变化值通过温度检测仪器被连续地记录下来。测试过程中, 蓄冷材料的温度将持续下降直至其凝固点。在凝固点附近, 其温度基本保持不变。在整个蓄冷材料都被冻结后, 其温度还将进一步下降。
凝固实验结束后, 将试管放入一个盛有水(室温 的烧杯中, 试管内的蓄冷材料温度开始慢慢上升直至其
融解点。在融解点范围内, 其温度上升减缓, 当整个蓄冷材料都融解完后, 其温度将迅速上升。2. 2 蓄冷材料的融解热
蓄冷材料的融解热采用美国Perkin -Elmer 公司的示差扫描量热仪Pyris 1DSC 进行测试。该仪器采用铟作为标准样品, 待测样品被密封在一个铝皿里, 试样降温过程由一个两级制冷系统完成。试样降温过程从50℃降至-50℃, 其降温速率为10℃/min; 试样升温过程从-50℃升至50℃, 其升温速率为10℃/min 。
首先, 在DSC 中将样品冷却到其融点温度以下, 然后以恒定的速率加热, 标准样品的温度也以恒定的速率增加。如果待测样品不发生相变, 那么待测样品和标准样品之间的温差将产生一条近似的水平线; 如果待测样品发生相变, 那么两样品之间的温差将产生一条偏离直线的曲线。直线和曲线之间的面积表示发生相变时所消耗的能量, 该面积可由DSC 中的计算程序自动积分求出
[3, 4]。
2. 3 蓄冷材料的热稳定性为了测试该蓄冷材料的热稳定性, 首先将其冷却到凝固点以下, 然后再加热到25℃, 这样反复进行冷却、加热循环60次(条件允许还可多进行一些加热冷却循环测试 , 来判定其凝固点是否发生改变。3 结果与讨论
图1～4所示为蓄冷材料A 、B 、C 、D 融化过程的DSC 曲线。由图1可以看出, 蓄冷材料A 只有一个吸热峰, 起始融化温度为5. 24℃, 测试样品量为3. 253mg, 其吸热峰面积为723. 737mJ, 则其融解热为222. 483
kJ /kg 。
从图2可以看出, 蓄冷材料B 也只有一个吸热峰, 起始融化温度为6. 63℃, 测试样品量为3. 226mg , 其吸热峰面积为101. 502mJ, 则其融解热为31. 464kJ/kg 。由图3可以看出, 蓄冷材料C 只有一个吸热峰,
图1 蓄冷材料A 融化过程的DSC 曲线
蓄冷空调新型相变蓄能材料热性能研究讲解
