居民區(qū)相變蓄熱供暖的可行性研究

祝藝丹

(吉林建筑科技學院，長春130114)

隨著人們對居住環(huán)境舒適性要求的不斷提升令冬季采暖的傳統(tǒng)分界線被弱化，在積極貫徹和落實綠色發(fā)展理念和可持續(xù)發(fā)展理念的前提下，我國部分地區(qū)在冬季采暖過程中已經(jīng)徹底取消了燃煤方式，轉(zhuǎn)向運用電能進行采暖，此過程中要維持電力系統(tǒng)的功率平衡與穩(wěn)定，使填谷消峰措施得到有效落實，對現(xiàn)有電力能源進行充分利用。相變蓄熱供暖措施主要是在夜晚對谷電蓄熱進行充分利用白天進行集中供暖，有效避開白天的用電高峰，這是對深夜用電潛力的深入挖掘和充分利用，是一項有效的節(jié)能措施。通過對相變蓄熱供暖措施進行有效應(yīng)用使傳統(tǒng)供電和用電存在的問題得到有效解決，形成低谷不低高峰不高的良好用電局面。

1 相變蓄熱供暖技術(shù)的方式類型

目前，廣泛運用在居民區(qū)供暖系統(tǒng)中的相變蓄熱主要分為化學反應(yīng)蓄熱、顯熱蓄熱、潛熱蓄熱三種方式：(1)化學反應(yīng)蓄熱方式主要是對可逆化學反應(yīng)具有的熱效應(yīng)進行充分利用，實現(xiàn)續(xù)熱的目的。化學反應(yīng)蓄熱方式可以不必采取任何保溫措施，對熱量的消耗較小，具有較大的蓄熱容量，工作環(huán)境實際溫度較高，能夠?qū)崃總魉偷捷^遠距離；(2)顯熱蓄熱方式主要分為巖石床蓄熱方式和水蓄熱方式兩種。顯熱蓄熱方式在產(chǎn)生熱量的過程中，熱量的耗散速度較快，蓄熱容量較小，實際工作環(huán)境的溫度較低，無法遠距離傳送熱能，需要采取必要的保溫手段；(3)潛熱蓄熱方式主要是通過對潛熱的吸收或釋放來實現(xiàn)蓄熱目標。在長時間儲存熱能的過程中，會有較大的熱量耗散，而儲熱容量適中，工作環(huán)境的實際溫度較低，無法對熱能進行遠距離傳輸，需要采取必要的保溫手段。

在相變蓄熱過程中，由于所使用的物質(zhì)不同，又可以分為固態(tài)—固態(tài)相變、固態(tài)—液態(tài)相變。與顯熱蓄熱方式相比，相變蓄熱能夠使蓄熱量得到大幅度增加；與化學反應(yīng)蓄熱方式相比，相變蓄熱只需花費較少成本即可得到相同熱量。由此看出，相變蓄熱方式的發(fā)展前景較為可觀。

2 相變蓄熱供暖技術(shù)的優(yōu)勢和缺陷

相變蓄熱供暖是一種對熱能進行儲存和運輸?shù)南冗M技術(shù)，主要是對相變材料在相變過程中能夠吸收或釋放大量熱能且這些熱能能夠在較長時間內(nèi)溫降較小這一特點進行充分利用。通過電鍋爐的轉(zhuǎn)換，能夠使夜間電力供應(yīng)低谷階段具有的電能轉(zhuǎn)化成為熱能，并在相變材料的作用下將這部分熱能進行儲存，將所儲存的熱能在電力供應(yīng)高峰階段提供給用戶。對相變蓄熱供暖技術(shù)展開了大量調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)相變蓄熱供暖技術(shù)具有較高的環(huán)保性和安全性，在良好的環(huán)境中能夠長時間使用，組成結(jié)構(gòu)簡單，維護和保養(yǎng)極為便利，重點是具有較大的熱量，對熱能的損失較小，對熱能的傳遞和控制極為方便。通過有效落實相變蓄熱供暖技術(shù)，能夠在很大程度上使電力供需不平衡的現(xiàn)狀得到有效緩解。為了能夠使儲存的熱量更多，供暖人員經(jīng)常會對熱池箱體的體積進行擴大，這對相變蓄熱供熱技術(shù)市場的進一步拓展造成了一定影響[1]。

3 相變蓄熱供暖技術(shù)的可行性

3.1 中低溫相變蓄熱技術(shù)

中低溫相變蓄熱技術(shù)在實際供暖領(lǐng)域中，通常會將溫度控制在150℃以下。在對中低溫相變蓄熱系統(tǒng)進行設(shè)計的過程中，蓄熱材料的選擇應(yīng)具有較高的科學性和可行性。通常情況下，要確保選擇的材料在相變發(fā)生過程中具有的相變溫度保持在150℃之下，還要對相變材料是否具有穩(wěn)定的化學特征及蓄熱材料的蓄放熱時間進行重點考量。在此基礎(chǔ)上，要盡可能選擇價格合理、市場流通量較大的相變材料。在供暖系統(tǒng)中，供水溫度和回水溫度一般保持在70℃～95℃，對應(yīng)的相變材料溫度變化范圍應(yīng)保持在60℃～100℃，其中的無機水合鹽類材料因化學特征穩(wěn)定、單位體積儲熱值較高、相變潛熱量較大等眾多優(yōu)勢而得到了廣泛應(yīng)用。然而，無機水合鹽類材料在使用過程中也存在一定問題，如腐蝕性較強、難以對溫度進行有效控制、熱循環(huán)穩(wěn)定性較低等問題，在使用過程中需要慎重選擇和嚴格監(jiān)管[2]。

3.2 梯級相變蓄熱技術(shù)

梯級相變蓄熱技術(shù)主要遵循的原則是溫度對口和梯級利用原理，要利用相變蓄熱材料與放熱流體材料之間傳熱溫差盡可能保持不變這一原理和吸熱流體材料與相變蓄熱材料之間傳導溫差盡可能保持不變這一原理。吸熱流體材料、放熱流體材料與蓄熱材料之間的溫差始終保持在恒定狀態(tài)，相變蓄熱材料能夠在恒定的熱流環(huán)境下有效實現(xiàn)吸熱熔化或放熱凝固的目標，使相變熱材料的吸熱速率和放熱速率全面提高。在采暖系統(tǒng)中運用梯級相變蓄熱技術(shù)，能夠使蓄熱過程中所消耗的能量最大程度降低，使系統(tǒng)的運行效率有效提高。梯級相變蓄熱技術(shù)能夠使傳熱過程得到有效強化，進一步拓展相變蓄熱技術(shù)的應(yīng)用范圍。通過不斷減小蓄熱設(shè)備體積，能夠使蓄熱模塊的蓄熱效率有效提高，突出蓄熱系統(tǒng)的經(jīng)濟性。梯級相變蓄熱技術(shù)從理論向?qū)嵺`轉(zhuǎn)變的過程中還有很長的路要走，在實際供熱系統(tǒng)中的使用頻率相對較低[3]。

3.3 相變蓄熱地板輻射供暖技術(shù)

相變蓄熱地板輻射供暖技術(shù)主要分為電采暖和水暖兩種方式。在實際使用過程中，電鍋爐具有較高的運行費用，鍋爐水暖地熱會對水資源造成浪費。在電力資源供給不平衡的環(huán)境下，用電低谷和用電高峰之間的電量差距較大，雖然使用直接加熱式電纜能夠在環(huán)保和工作效率方面占據(jù)較高優(yōu)勢，但因運行費用較高很少被使用。在蓄熱系統(tǒng)與電鍋爐加熱采暖系統(tǒng)進行有效結(jié)合之后，可以選擇在夜間利用廉價的電能進行蓄熱，停止在白天電費價格較高時使用電鍋爐，改用夜晚儲存裝置所儲存的熱量對用戶進行供暖，這樣能夠使高額的運行費用得到有效降低。通過對相變蓄熱地板輻射供暖技術(shù)的有效應(yīng)用，能夠使房間內(nèi)的溫度分布具有較高均勻性，提高居住環(huán)境的熱舒適性，在用電低谷時段儲存熱能，在用電高峰時段釋放熱能，將電量填谷移峰，使用電的峰谷曲線更加平滑[4]。

4 結(jié)語

在中低溫相變蓄熱領(lǐng)域，相變蓄熱供暖系統(tǒng)的多元化優(yōu)勢明顯。相變蓄熱供暖技術(shù)對電網(wǎng)削峰填谷目標的有效實現(xiàn)具有積極促進作用，使居民的采暖運行費用大幅度降低，使熱能得到充分利用，對環(huán)境保護具有重要意義，是目前部分地區(qū)小區(qū)節(jié)能供暖的可用措施之一。在對相變蓄熱供暖技術(shù)的實際功能進行充分研究的同時，還要對其中存在的問題進行深入探索，采取有效措施妥善解決。隨著人們高效利用能源的意識和環(huán)境保護意識的不斷提升，對相變蓄熱技術(shù)提出了更高更嚴格的要求，使該技術(shù)具有的作用和價值在供暖領(lǐng)域得到了充分發(fā)揮。