工业级Na2HPO4·12H2O基复合相变材料性能及其应用

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如今,建筑冬季供暖所带来的传统能源消耗及环境问题亟待改善,太阳能来源广、清洁,在降低建筑冬季供暖能耗方面优势明显,但其不稳定,持续性差。采用相变蓄热材料(PCM)在适当的时候将能量蓄积起来,并且在需要的时候释放能量,可望实现太阳能的持久供应。本文选取Na2HPO4·12H2O(工业级)材料,并将其分别与Na2CO3·10H2O(分析纯)、Na2SO4·10H2O(分析纯)混合制备了不同质量比的混合体系,以待改良其过冷及分相现象,并分析其应用特性,主要研究如下:(1)为了改善Na2HPO4·12H2O(工业级)和Na2CO3·10H2O(分析纯)的过冷和分相问题,将其以不同比例混合复配后发现,Na2HPO4·12H2O(工业级):Na2CO3·10H2O(分析纯)=9:1(B6)的过冷度最小(6.0℃),放热平台持续时间最长(10.6分钟),吸热焓值为1352.24 kJ/kg,而且其熔融后溶液澄清,无相分层。200次循环后,吸热总焓值降低了25.9%。(2)在B6中分别添加Na2B4O7·10H2O、Na2SiO3·9H2O、Na2SO4·10H2O并进行了研究分析。三种成核剂加入后的实验表明:总量为20g的情况下,分别加入0.2g-0.4g Na2B4O7·10H2O、0.5g-0.7g Na2SO4·10H2O和0.4-0.7g Na2SiO3·9H2O后,B6的过冷度均低于5.0℃。在B6比例中加入0.45g的Na2SiO3·9H2O(称为C1)后,C1相变结晶温度为28.4℃,放热平台持续了10.2分钟,过冷度减小至2.5℃,蓄热性能最好。C1比例循环200次后,吸热焓值降低了27.5%。(3)按照9.5比0.5的质量比例配制Na2HPO4·12H2O(工业级)、Na2SO4·10H2O(分析纯)复合材料(称为D1),在0-50次循环期间:D1相变熔化温度为30.3-31℃,过冷度在3.3-3.5℃以内,总吸热焓值由1230.78kJ/kg下降到1115.03kJ/kg,降幅为9.4%,总失重率由55.81%递减到54.22%,减幅为1.59%,相变循环性能稳定。随后,将其用于太阳能-电加热采暖装置中进行实验。实验表明:72kg D1比例PCM和水作为蓄热介质加入到太阳能采暖装置时,D1比例的PCM融化率超过75%,放热时间分别为600min和500min,采暖房最高温度分别为12.6℃和11.6℃,采暖房-对比房平均温差分别为5.4℃和4.9℃。72kg D1比例PCM加入到太阳能-电加热辅助加热采暖装置中时,相变蓄热材料融化率接近90%,放热时间为740min,采暖房房间最高温度为15.9℃,两个房间平均温差为6.2℃。
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