相变储能材料的分类和选择.pptx

相变储能材料的分类和选择2、1 储热的几种方式 显热储能潜热储能平均热容：显热储能 利用材料的热容,通过升高或降低材料的温度而实现热量的存储或释放的过程。热容: 对不发生相变化和化学变化,且非体积功等于零的封闭系统,系统每升高单位热力学温度(1K)所吸收的热。如:太阳能热储存方式水、土壤、砂石及岩石是最为常见的显热储热材料。德国汉堡生态村的设计中,采纳了一个容量为4500L的大储水罐作为储存一年四季中采集的太阳能的储存设备。美国华盛顿地区利用地下土壤储存太阳能,用于供暖和提供生活热水。在夏季结束时,土壤温度可上升至80℃,而在供暖季节结束时,温度降低为40℃显热储能的特点优点 原理简单、材料来源丰富、成本低廉 系统结构简单、运行方便缺点 储能密度小、储能装置体积大潜热储能 利用物态转变过程中伴随的能量吸收和释放进行的。相变潜热:相变过程中伴有的能量的吸收或释放,这部分能量称为相变潜热。潜热储能的优点比显热储能高得多的储能密度。如:水水在大气压力下,水沸腾其潜热约为2260 kJ/kg,冰融化其潜热为355 kJ/kg、水在1个大气压力下,从20 ℃加热到40 ℃,温差为20 ℃的显热仅为84 kJ/kg2、2 储能材料的相变形式 (1)Solid Solid可行的相变储能方式材料的体积变化小融化或熔化(2)Solid Liquid凝固或固化(3)Liquid Gas汽化或蒸发液化或凝结实际特别少利用相变过程中气体所占体积太大(4)Solid Gas升华凝华2、3 相变储能材料的定义及评价标准1、 定义利用某些物质在相转变过程中的吸热和放热,能够进行热能的储存和温度调节控制,这种具有热能存储和温度调控功能的物质称为相变材料(Phase change materials, PCMs) 不是所有物质的相变过程都能够用于储能目的,PCMs 能够“…经受无限制次数的熔化和凝固循环,其物理与化学性质没有变化” 2、3 相变储能材料的定义及评价标准2、 评价标准(1)热力学标准熔点,在需要的温度范围内。单位质量潜热大,以便以较少的数量即能储存给定数量的热能。 密度高,如此盛装的容器会更小。比热大,以提供额外的显热效果。热导率大,以便储、放热时储存物质内的温度梯度小。协调融解,材料应该熔化完全,以使液相和固相在组成上完全相同。否则,因液体与固体密度差异发生分离,材料的化学组成改变。相变过程的体积变化小,以使盛装容器形状简单。2、3 相变储能材料的定义及评价标准2、 评价标准(2) 动力学标准凝固时无过冷现象或过冷度特别小。 熔体应该在其热力学凝固点结晶。这可通过高的晶体成核速度(Nucleation rate)及生长速率来实现,有时也可向储热材料中加入成核剂或“冷指”(Cold finger)来抑制过冷现象。2、3 相变储能材料的定义及评价标准2、 评价标准(3) 化学标准高稳定性。不发生分解,以使潜热储能材料具有长期的使用寿命。对构件材料无腐蚀作用。 材料应该无毒性、不燃、无爆炸性。 (4)经济标准可大量获得。 廉价。 先考虑有合适的相变温度和较大的相变热,再考虑各种影响研究和应用的综合性因素。2、4 相变储能材料的分类 依照相变温度的范围高温储能材料(250 ℃以上)中温储能材料(100～250 ℃)低温储能材料 (100℃以下)2、4 相变储能材料的分类 依照材料的组成成分结晶水合盐(如Na2SO4·10H2O)熔融盐无机类其它无机类相变材料(如水)金属(包括合金)石蜡类相变材料有机类酯酸类其它有机类混合类有机类与无机类相变材料的混合加热（TTm)AB·mH2O AB + mH2O冷却（TTm)加热（TTm)AB·mH2O AB·pH2O + (m-p)H2O冷却（TTm)2、4、1 固－液相变材料 1、无机类:结晶水合盐结晶水合盐提供了熔点从几摄氏度到一百多摄氏度的可供选择的相变材料结晶水合盐的通式:AB·mH2O相变机理:2、4、1 固－液相变材料 常用的结晶水合盐Na2SO4·10H2O (芒硝)(Glauber’s salt)MgCl2?6H2OCaCl2?6H2O2、4、1 固－液相变材料 结晶水合盐的特点是中、低温储热相变材料中重要的一类优点:使用范围广、价格较廉价、导热系数较大(与有机类相变材料相比)融解热较大、密度较大、体积储热密度较大、一般呈中性导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K，℃），在1秒钟内（1S）（ 非1H，1小时内），通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米·度 （W/(m·K)，此处为K