地采暖用脂肪酸相变地板储放热性能模拟

作者：邢靖晨; 周玉成; 虞宇翔; 李露霏; 常建民^*

来源：林业科学, 2018, 54(11): 20-28.

• 地板采暖
• 相变储能
• 脂肪酸
• 传热模型
• ANSYS模拟

【目的】建立传热数学模型,模拟探究一种以脂肪酸共晶混合物为相变材料的地采暖用相变储能地板,为新型地采暖储能地板的开发和应用提供理论基础。【方法】利用差示扫描量热法(DSC)和步冷曲线法分析脂肪酸共晶混合物的热性能,应用DSC和傅里叶红外(FTIR)分析其化学性质和热循环稳定性,确定脂肪酸共晶混合物对地采暖地面环境的适用性,选择脂肪酸共晶混合物作为相变储能地板用相变材料。建立并求解铺设脂肪酸相变地板的电加热地采暖系统传热数学模型,分析其节能性能和供热效果。具体过程为:首先,选择常用的典型房间理论模型,分析地采暖运行条件下室内热动态过程,并设定日夜间歇式地采暖运行模式;然后,建立房间传热模型,计算理论房间冬季室内供暖热负荷,确定相变材料用量以及地板表面与室内空气的换热关系;最后,建立地板传热模型,利用ANSYS软件模拟地采暖间歇式运行模式下脂肪酸相变地板的储放热过程,并观察室内空气温度和地板表面温度的变化规律,分析基于脂肪酸相变地板的电加热地采暖系统的节能性能与供热效果。【结果】脂肪酸共晶混合物相变温度在20～30℃之间,满足地采暖地面环境和人体舒适温度要求;脂肪酸共晶混合物熔程仅2～3℃,供热过程室内温度变化小;脂肪酸共晶混合物化学性质稳定,经过1 500次冻熔循环后熔点和潜热变化仅为0.27℃和1.7%,热循环稳定性突出,可满足在地采暖环境中长时间应用。以脂肪酸共晶混合物为相变材料的相变储能地板应用于地采暖环境中,可实现利用夜晚8 h储热、白天16 h放热的稳定供暖模式,将白天的用电负荷转移至夜晚,达到"移峰填谷"式节能用电目的,同时可将室内空气和地板表面温度控制在人体适宜范围内。【结论】脂肪酸相变地板用于电加热地采暖系统中,供暖和节能效果理想。通过改变脂肪酸共晶混合物的种类和配比,可灵活调整相变温度,使相变储能地板在不同气候地区及热负荷建筑设计的地采暖环境中都能发挥出良好的节能性能和供热效果,具有较大发展潜力。

• 单位
  山东建筑大学; 北京林业大学