三水乙酸钠和十二水磷酸氢二钠蓄热材料的复合优化和应用

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太阳能具有绿色无污染、取之不尽、易获取等一系列优点,但其也存在不连续性、受天气变化影响造成利用率低下等问题。本文通过研究改进无机水合盐相变蓄热材料,将太阳能以热能的方式储存再利用,以期提高太阳能的利用率。针对水合盐相变材料的过冷和相分离问题,本文采用熔融法获取三水乙酸钠基复合相变蓄热材料,以期解决过冷和相分离问题。同时将十二水磷酸氢二钠基复合相变蓄热材料应用于太阳能热水系统,将太阳能以热能的方式储存起来,以此来研究相变蓄热材料对太阳能热水系统热转化效率的影响作用。主要研究结果如下:(1)解决纯CH3COONa·3H2O存在过冷与分相问题。本文将CH3COONa·3H2O与Na2HPO4·12H2O相混合,研究了不同的质量比例情况下的相特征,获取最佳比例为B3(CH3COONa·3H2O:Na2HPO4·12H2O=8.5:1.5)的复合相变蓄热材料。B3复合相变蓄热材料过冷度为0.3℃,放热平台持续1220s,放热过程稳定,吸热焓值为1357.1k J/kg。(2)B3复合相变蓄热材料的冷-热循环稳定性分析。针对B3复合相变蓄热材料经历150次冷-热循环后过冷度上升问题,向循环了150次B3复合相变蓄热材料中分别加入不同质量比例的Na2Si O3·5H2O、Na4P2O7·10H2O、Na2B4O7·10H2O进行改进。实验结果表明:B3复合相变蓄热材料添加1.5%成核剂Na2Si O3·5H2O改善效果最好,称为C材料。其过冷度为0.5℃,平台放热温度在51.2℃左右,放热可达到1130s。C材料经过200次凝固-融化后,热循环性能稳定,过冷度低于1.3℃,放热平台在51℃左右。(3)相变蓄热材料的应用试验。将Na2HPO4·12H2O-Na2SO4·10H2O复合相变蓄热材料在太阳能热水系统中进行应用测试,在环境平均温度低于零度的情况下,太阳能热水系统中水箱水温可以满足相变蓄热材料相变融化的温度要求,蓄热材料融化均超过90%。太阳辐射强度是水温增速的决定因素,太阳辐射强度越高,水箱水温与集热器出口水温度的延迟时间越短,水温增速越快。增加太阳能热水系统内的蓄热材料,可以提高太阳能热水系统的光热转化效率,在宜君地区的光热转化效率达到约66.4%。
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