一方面,北方冬季供暖能耗占据相当比例,其如农宅等孤立建筑的清洁供暖亟需因地制宜、合理有效的解决方案;另一方面,电力峰谷供需矛盾的日益加剧,使“停机”、“弃风”、“弃光”等现象频现,严重影响了电力事业的健康发展。空气源热泵低温条件下的不经济,低温地板辐射电采暖的舒适、蓄热、可控、方便等特点,以及峰谷电价政策和相对成熟的太阳能光电、风电等技术,使蓄热电地暖技术有望成为孤立建筑清洁供暖、电力移峰填谷最有效的解决方案。基于光电、风电和峰谷电价政策条件供电运行模式下,电地暖应具有蓄热量大、快速蓄放热的特性,同时应经济可行。为此,本文提出相变蓄热电地暖系统,并采用理论分析、实验和数值方法对其材料、结构、蓄放热特性等进行了分析,得到了相关结论。具体如下。首先,通过理论分析,确定了蓄热量大、快速蓄放热低温地板辐射电地暖的系统型式、材料组成、研究方案等,即以金属发热电缆、无纺布反射膜、挤塑聚苯乙烯保温板、豆石混凝土及相变材料构成地板供暖系统。以石蜡作为相变材料主体,膨胀石墨作为增强传热和封装石蜡的多孔介质载体,以有效防止石蜡相变熔化泄漏问题。其次,采用多孔物理吸附法制备三种不同比例的石蜡/膨胀石墨复合相变蓄热材料,并通过实验测试方法表征了其参数及蓄放热特性。随后,制备并实验测试了不同工况下复合相变材料层试块系统的蓄放热特性。结果表明:在供电加热7h、停电放热6h测试周期工况条件下,复合相变材料层电地暖系统的蓄放热性明显优于普通豆石混凝土层电地暖系统,且试块系统升温速率、蓄热效果随复合相变材料中膨胀石墨的占比得以改善。最后,基于复合相变材料及试块的表征及热物性参数实验数据,确定了合理有效的电地暖试块系统数值模型和方法,并借助ANSYS FLUENT软件对不同比例复合相变材料、不同厚度蓄热层、不同发热电缆间距和不同表面装饰层等电地暖试块系统的蓄放热特性进行了数值研究。结果表明:1)石蜡的相变潜热对电地暖蓄热能力影响很大,膨胀石墨的多寡决定了复合相变材料层的蓄放热速度。2)地板层厚度的增加和发热电缆间距的减小都会增强蓄热能力。3)从热舒适角度考虑,地板装饰层采用木地板效果最好,温度变化稳定,其表面还有“均热”现象。本文研究及结果可为孤立建筑的清洁能源、电力的移峰填谷等问题的有效解决提供理论依据。