《儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)》推薦|李傳常 等：相變儲(chǔ)冷技術(shù)及其在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間：

2023-03-03

儲(chǔ)能是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵支撐技術(shù)之一。相變儲(chǔ)能因能實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)及釋放、有效提高能源利用效率，是目前解決能源供需不平衡問題的重要途徑。隨著人們對(duì)冷能需求的增長，相變儲(chǔ)冷技術(shù)受到了研究者的廣泛關(guān)注，但與傳統(tǒng)相變儲(chǔ)熱技術(shù)相比，相變儲(chǔ)冷技術(shù)這一領(lǐng)域的綜述文章還較少。本文梳理了相變儲(chǔ)冷技術(shù)的基本工作原理和特點(diǎn)，介紹了應(yīng)用于儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)相變材料的不同種類、性質(zhì)及其優(yōu)缺點(diǎn)，闡述了相變儲(chǔ)冷關(guān)鍵技術(shù)，包括物性

《儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)》推薦|李傳常 等：相變儲(chǔ)冷技術(shù)及其在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要儲(chǔ)能是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵支撐技術(shù)之一。相變儲(chǔ)能因能實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)及釋放、有效提高能源利用效率，是目前解決能源供需不平衡問題的重要途徑。隨著人們對(duì)冷能需求的增長，相變儲(chǔ)冷技術(shù)受到了研究者的廣泛關(guān)注，但與傳統(tǒng)相變儲(chǔ)熱技術(shù)相比，相變儲(chǔ)冷技術(shù)這一領(lǐng)域的綜述文章還較少。本文梳理了相變儲(chǔ)冷技術(shù)的基本工作原理和特點(diǎn)，介紹了應(yīng)用于儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)相變材料的不同種類、性質(zhì)及其優(yōu)缺點(diǎn)，闡述了相變儲(chǔ)冷關(guān)鍵技術(shù)，包括物性提升關(guān)鍵技術(shù)、傳熱強(qiáng)化關(guān)鍵技術(shù)、封裝定型關(guān)鍵技術(shù)，分析了儲(chǔ)冷空調(diào)中的不同儲(chǔ)冷器件結(jié)構(gòu)(板式、球式、螺旋管式、殼管式)和應(yīng)用技術(shù)。進(jìn)而總結(jié)了相變儲(chǔ)冷技術(shù)在常規(guī)儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)及冷鏈運(yùn)輸儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用。本文對(duì)儲(chǔ)冷技術(shù)目前的發(fā)展現(xiàn)狀及前景分別做出了較全面的總結(jié)和分析，指出了相變材料性能的改善、儲(chǔ)冷器件的傳熱強(qiáng)化、空調(diào)系統(tǒng)的COP和節(jié)能率的提升、保持系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行是今后對(duì)儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)的研究重點(diǎn)。

大量不可再生能源的使用導(dǎo)致了全球氣候變暖和生態(tài)環(huán)境惡化。在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)上我國提出力爭(zhēng)2030年前CO2排放達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。這為發(fā)展清潔能源，促進(jìn)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型指明了前進(jìn)的方向?！吨袊ㄖ?jié)能年度發(fā)展研究報(bào)告2020》的數(shù)據(jù)顯示：2018年全國建筑全過程能耗占全國能源消費(fèi)總量的比重為46.5%，建筑運(yùn)行階段能耗占比21.7%?？照{(diào)是保持建筑環(huán)境熱舒適的關(guān)鍵，但空調(diào)系統(tǒng)的能耗占建筑物運(yùn)行能源消耗的一半以上]。近年來有很多研究者通過控制和優(yōu)化設(shè)計(jì)來提高空調(diào)系統(tǒng)的能效比(COP)，而這些措施設(shè)計(jì)復(fù)雜，成本昂貴。將儲(chǔ)冷技術(shù)應(yīng)用到空調(diào)系統(tǒng)中，通過電低谷期將冷量存儲(chǔ)起來，用電高峰期釋放冷量進(jìn)行供冷，有效實(shí)現(xiàn)了“削峰填谷”，達(dá)到平衡負(fù)荷、節(jié)能減排的目的。
目前主要的儲(chǔ)冷方式包括顯熱儲(chǔ)冷、相變儲(chǔ)冷及熱化學(xué)儲(chǔ)冷。相變儲(chǔ)冷擁有遠(yuǎn)大于顯熱儲(chǔ)冷的能量密度，并且較熱化學(xué)儲(chǔ)冷容易實(shí)現(xiàn)冷量存儲(chǔ)及釋放的循環(huán)，是目前關(guān)注最多且應(yīng)用最廣泛的儲(chǔ)冷方式。相變儲(chǔ)冷技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用包括冰儲(chǔ)冷以及相變材料儲(chǔ)冷，冰儲(chǔ)冷是一種發(fā)展早且較成熟的儲(chǔ)冷技術(shù)。然而，冰儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)使用冰作為儲(chǔ)冷介質(zhì)，相變溫度為0 ℃，低于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)中冷凍水7～12 ℃的溫度工況，其制冷機(jī)組蒸發(fā)溫度過低，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行效率降低了30%～40%，且其固定的相變溫度達(dá)不到部分冷鏈運(yùn)輸中對(duì)0 ℃以下的溫度需求。使用相變材料作為儲(chǔ)冷介質(zhì)，通過相變過程進(jìn)行能量的存儲(chǔ)和釋放，具有較高的能量存儲(chǔ)密度和可調(diào)控的相變溫度，能滿足不同系統(tǒng)工況對(duì)溫度的需求，大大提高了空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。
本文對(duì)可應(yīng)用于空調(diào)系統(tǒng)的相變材料進(jìn)行了分類，闡述其各自優(yōu)缺點(diǎn)，并分析了相變儲(chǔ)冷性能提升的關(guān)鍵技術(shù)。同時(shí)，系統(tǒng)綜述了相變儲(chǔ)冷技術(shù)與空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)合，介紹了主要相變儲(chǔ)冷器件，并對(duì)相變儲(chǔ)冷技術(shù)在常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)及冷鏈運(yùn)輸空調(diào)系統(tǒng)兩方面的應(yīng)用展開分析。最后總結(jié)了目前儲(chǔ)冷技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用的問題和瓶頸，為本領(lǐng)域后續(xù)研究的開展提供一定的參考。

 

1 相變儲(chǔ)冷技術(shù)

相變儲(chǔ)冷技術(shù)主要是利用相變材料在低谷電價(jià)時(shí)間段內(nèi)相變，存儲(chǔ)冷量，在用電高峰期時(shí)釋放冷量的過程。該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于空調(diào)系統(tǒng)、建筑節(jié)能、電池?zé)峁芾怼⒗鋷斓葓?chǎng)景。本部分將重點(diǎn)探究可應(yīng)用于儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)的12 ℃以下的相變儲(chǔ)冷材料及相變儲(chǔ)冷關(guān)鍵技術(shù)。

1.1　相變儲(chǔ)冷材料

相變儲(chǔ)冷技術(shù)的研究重點(diǎn)就是開發(fā)新型的相變儲(chǔ)冷材料。相變材料按照形態(tài)的轉(zhuǎn)變可以分為固-固轉(zhuǎn)變、固-液轉(zhuǎn)變、固-氣轉(zhuǎn)變、液-氣轉(zhuǎn)變四類。但氣態(tài)的轉(zhuǎn)變會(huì)產(chǎn)生很大的體積變化，在實(shí)際應(yīng)用中有很大限制。目前研究及應(yīng)用最為廣泛的是固-液相變材料。根據(jù)固-液相變材料的化學(xué)成分，可分為以下三類：無機(jī)相變儲(chǔ)冷材料、有機(jī)相變儲(chǔ)冷材料和共晶相變儲(chǔ)冷材料。
1.1.1　無機(jī)相變儲(chǔ)冷材料
無機(jī)相變材料包括無機(jī)化合物、金屬合金、水合鹽。其中，應(yīng)用在低溫相變溫區(qū)的無機(jī)相變材料多為水合鹽。水合鹽是指無機(jī)鹽吸收水或水蒸氣后形成的帶有結(jié)晶水的無機(jī)化合物。常見的水合鹽包括CaCl2·6H2O、Na2SO4·10H2O、Na2HPO4·12H2O、Na2CO3·10H2O等。水合鹽具有高潛熱、高導(dǎo)熱性及價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，近年來受到了研究者的廣泛關(guān)注。常用的水合鹽因?yàn)檩^高的相變溫度而不能直接應(yīng)用于空調(diào)儲(chǔ)冷工程，同時(shí)，需要解決水合鹽存在的過冷及相分離問題。
1.1.2　有機(jī)相變儲(chǔ)冷材料
有機(jī)相變材料最基本的組成要素是碳元素，低溫相變溫區(qū)中常見的有機(jī)相變材料主要包括石蠟、脂肪酸、多元醇、酯等。有機(jī)相變材料具有過冷度小、無毒無腐蝕及較好的循環(huán)穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)，其性能穩(wěn)定、發(fā)展較早、更為成熟，在工程中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，但導(dǎo)熱系數(shù)低、相變潛熱低及易泄漏問題仍需改善。
1.1.3　共晶相變儲(chǔ)冷材料

單一的無機(jī)相變材料或有機(jī)相變材料存在的缺點(diǎn)使其難以直接應(yīng)用在儲(chǔ)冷工程中，研究者們通過將兩種或兩種以上的低熔點(diǎn)物共混形成共晶相變材料。共晶相變材料可分為無機(jī)共晶相變材料及有機(jī)共晶相變材料。共晶相變材料最大的特點(diǎn)是可以通過調(diào)節(jié)各組分的比例從而調(diào)節(jié)相變溫度。有機(jī)共晶相變材料的相變溫度可以通過下式確定：

（1）式中，為共晶物的相變溫度，K；為理想氣體常數(shù)，8.315 J/(mol·K)；為共晶物中主要成分圖片的摩爾分?jǐn)?shù)；為純材料圖片的相變溫度，K；為純材料圖片的熔化潛熱，J/g。Zhao等以正十四烷(TD)與十二醇(LA)為研究對(duì)象，對(duì)其不同質(zhì)量比例樣品進(jìn)行熱性能測(cè)試，結(jié)果顯示其混合比例為66∶34時(shí)具有最佳熱物性，共晶材料的相變溫度為4.5 ℃，相變溫度相較于純正十四烷及十二醇大幅調(diào)整，且保持了242.3 J/g的相變潛熱。徐笑鋒等將質(zhì)量比為87∶13的正辛酸與肉豆蔻酸進(jìn)行混合共晶，相變溫度成功調(diào)整到7.1 ℃，相變潛熱為146.1 J/g，循環(huán)100次后熱物理性能依然穩(wěn)定。

1.2　相變儲(chǔ)冷關(guān)鍵技術(shù)

僅通過共晶的方法改善單一的有機(jī)、無機(jī)相變儲(chǔ)冷材料仍有局限性，在實(shí)際應(yīng)用中仍然受限。需要通過添加其他材料進(jìn)行復(fù)合或調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以改善相變儲(chǔ)冷材料在實(shí)際中的應(yīng)用。本節(jié)將著重闡述相變儲(chǔ)冷的相關(guān)優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)。
1.2.1　物性提升關(guān)鍵技術(shù)

相變溫度為相變儲(chǔ)冷材料最基本的物性參數(shù)。相變溫度的不同導(dǎo)致材料適用場(chǎng)景不同。天然適用于儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)的相變材料很少，需要一些措施對(duì)材料的相變溫度進(jìn)行調(diào)控。有機(jī)物的相變溫度通過共晶的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)，已在上節(jié)進(jìn)行闡述。無機(jī)物中常見水合鹽相變溫度過高，僅通過共晶調(diào)節(jié)難以達(dá)到理想低溫相變溫區(qū)，往往需要改變分子間結(jié)構(gòu)進(jìn)行溫度調(diào)控。相變溫度調(diào)節(jié)劑對(duì)水合鹽的相變溫度調(diào)控機(jī)理如圖1所示。李夢(mèng)欣等首先將相變溫度為32.4 ℃的Na2SO4·10H2O與相變溫度為35.2 ℃的Na2HPO4·12H2O以4∶6的比例進(jìn)行混合共晶，通過溶于水的其他無機(jī)鹽離子削弱原水合鹽分子與結(jié)晶水之間的吸引力將相變溫度降低到24 ℃，再加入了一定量的NH4Cl，利用其中的NH4+與共晶鹽中的結(jié)晶水形成氫鍵影響其分子間作用力，將共晶鹽相變溫度降低到10 ℃以下。Zou等通過加入尿素和乙醇來調(diào)節(jié)CaCl2·6H2O的相變溫度，利用尿素的氨基和乙醇的羥基對(duì)水合鹽分子間作用力的影響，成功將CaCl2·6H2O的相變溫度從29 ℃降低到11.58 ℃，符合儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)對(duì)相變溫度的要求。

圖1   (a) 無機(jī)鹽對(duì)水合鹽相變溫度調(diào)控機(jī)理；(b) 尿素對(duì)水合鹽相變溫度調(diào)控機(jī)理

相變潛熱為相變儲(chǔ)冷材料核心的性能參數(shù)。相變潛熱的高低直接影響了儲(chǔ)冷材料的儲(chǔ)冷能力，保持一定相變溫度下較高的潛熱具有很大的實(shí)際意義。但對(duì)相變材料進(jìn)行性能改善時(shí)，相變潛熱往往降低。根據(jù)復(fù)合理論，相變潛熱可以通過下式確定：

（2）式中，為復(fù)合材料的相變潛熱，J/g；為單一相變材料的相變潛熱，J/g；為助劑所占復(fù)合材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。復(fù)合相變材料的相變潛熱隨著助劑占比的增大而減小。但實(shí)際相變潛熱測(cè)量小于理想潛熱，是因?yàn)橄嘧儨囟日{(diào)節(jié)劑影響了相變材料分子間作用力，削弱了氫鍵作用，從而降低了相變潛熱。因此，研究者們通過改變助劑的比例，多次實(shí)驗(yàn)，通過熱物性表征，篩選出性能最合適的材料配比。Lin等利用KCl和NH4Cl作為相變溫度調(diào)節(jié)劑調(diào)整Na2SO4·10H2O的相變溫度，結(jié)果表明，KCl與NH4Cl質(zhì)量比為5∶20時(shí)，復(fù)合相變材料既達(dá)到合適的相變溫度(6.8 ℃)又保持了較高的潛熱(97.05 J/g)。研究者們還發(fā)現(xiàn)相變材料中添加微量納米粒子能增加相變儲(chǔ)冷體系的潛熱。Liu等研究了TiO2-P25納米粒子對(duì)共晶水合鹽的影響，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的TiO2-P25納米粒子加入到共晶水合鹽后，相變潛熱增加了6.4%。水合鹽較大的相變潛熱歸因于水合鹽的脫水及水合過程中吸收、釋放的大量熱量，然而，水合鹽在相變循環(huán)過程中極易發(fā)生結(jié)晶水丟失的現(xiàn)象，所以導(dǎo)致相變潛熱減小。Huang等利用氧化石墨烯表面豐富的羧基及羥基可以與結(jié)晶水形成穩(wěn)定的氫鍵，減少結(jié)晶水丟失，研究結(jié)果表明質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的氧化石墨烯加入到Na2HPO4·12H2O中，將其潛熱從167 J/g提升到229 J/g。適量的去離子水也有助于增加水合鹽基相變材料的相變潛熱。Xu等將0.25%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的去離子水加入到Na2SO4·10H2O基儲(chǔ)冷體系中，相變潛熱從137.2 J/g提升到141 J/g，并表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性。

 

無機(jī)類相變儲(chǔ)冷材料在相變過程中存在著過冷、相分離問題。過冷是指無機(jī)水合鹽在相變溫度以下仍無法凝結(jié)的現(xiàn)象，如圖2(a)所示，更低的凝固溫度極大降低了能效。最常見且最可靠的減小過冷度的方法是添加成核劑。成核劑的晶體結(jié)構(gòu)需要與相變材料的晶體結(jié)構(gòu)相似，可以為相變材料凝固過程提供晶核誘發(fā)非均勻成核，有效抑制過冷現(xiàn)象。相分離是指水合鹽熔化過程中由于溶解度的不同而產(chǎn)生的其他水合物部分析出的現(xiàn)象，此過程具有不可逆性，極大影響了儲(chǔ)冷效果，降低了材料使用壽命。目前針對(duì)此現(xiàn)象最有效的解決辦法是加入增稠劑，通過增稠劑形成的穩(wěn)定的三維空間網(wǎng)絡(luò)增加儲(chǔ)冷材料的黏度，解決相分離問題，原理如圖2(b)所示。Xie等利用硼砂作為成核劑，將Na2SO4·10H2O-Na2CO4·10H2O共晶體系的過冷度從10 ℃以上降低到1 ℃以下。Liu等利用聚丙烯酸鈉與水合鹽形成的縱橫交錯(cuò)的氫鍵網(wǎng)絡(luò)提高復(fù)合相變材料的熱穩(wěn)定性，解決相分離問題，且納米管的加入提供了成核位點(diǎn)并改善了過冷問題。Zou等利用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%的SrCl2·6H2O將CaCl2·6H2O-尿素-乙醇復(fù)合相變材料的過冷度從8 ℃以上降低到0.95 ℃，并加入甲基纖維素(MC)作為增稠劑，熱循環(huán)50次后相變溫度與相變潛熱基本保持不變，表現(xiàn)出良好儲(chǔ)冷性能，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

圖2   (a) 含有少量成核劑及不含成核劑的過冷現(xiàn)象；(b) 消除相分離現(xiàn)象原理圖

1.2.2　傳熱強(qiáng)化關(guān)鍵技術(shù)

較低的傳熱系數(shù)是限制相變儲(chǔ)冷材料應(yīng)用的主要障礙之一，因此強(qiáng)化儲(chǔ)冷體系的傳熱對(duì)儲(chǔ)冷技術(shù)的廣泛應(yīng)用有重大意義。研究者對(duì)相變材料本身及儲(chǔ)冷系統(tǒng)兩方面進(jìn)行傳熱強(qiáng)化，主要包括：① 添加導(dǎo)熱性能良好的材料提高相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)；② 通過嵌入翅片，使用螺旋、殼管式儲(chǔ)冷器增加換熱面積強(qiáng)化傳熱。目前用于提高相變材料導(dǎo)熱系數(shù)的導(dǎo)熱材料主要包括碳基及金屬基材料。按改性路徑可分為三維(網(wǎng)絡(luò)、泡沫)、二維(層狀、片狀)、一維(纖維、納米管)、零維(納米粒子)改性。不同改性路徑提高導(dǎo)熱系數(shù)的示意圖見圖3。Lin等以SBCKN作為相變材料，膨脹石墨作為三維高導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)基質(zhì)，采用真空浸漬的方法進(jìn)行復(fù)合。結(jié)果表明，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的膨脹石墨可以完全吸附SBCKN相變材料，將導(dǎo)熱系數(shù)提高了169.70%。Honcová等將二維導(dǎo)熱材料石墨烯添加到MgCl2·6H2O和Mg(NO3)2·6H2O的共晶相變材料中，結(jié)果表明，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的石墨烯將共晶相變材料導(dǎo)熱系數(shù)提高了9%。閆曉鑫等借助分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法，將一維碳納米管加入到赤蘚糖醇相變材料中，結(jié)果表明13.35%的碳納米管的復(fù)合將赤蘚糖醇的導(dǎo)熱率沿碳納米管軸向提高6.5倍，平均導(dǎo)熱率提高2.5倍。Pandya等將零維納米銅粒子均勻分散在聚乙二醇相變材料中，結(jié)果表明，相變材料的導(dǎo)熱率隨著納米銅粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增加。

圖3   (a) 三維導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)；(b) 二維導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)；(c) 一維導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)；(d) 零維導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)

相變材料與傳熱介質(zhì)之間的換熱面積也是影響換熱效率的一個(gè)重要因素。目前，由于翅片制造成本低、強(qiáng)化換熱明顯，大多數(shù)研究者們通過在換熱結(jié)構(gòu)中嵌入翅片增加換熱面積。翅片類型主要包括矩形翅片和環(huán)形翅片。Rathod等設(shè)計(jì)了一個(gè)基于硬脂酸相變材料的換熱結(jié)構(gòu)，換熱結(jié)構(gòu)上嵌入3個(gè)縱向矩形翅片，如圖4(a)所示。結(jié)果表明，帶有翅片的換熱結(jié)構(gòu)凝固時(shí)間減少了約43.6%。Mosaffa等設(shè)計(jì)了利用環(huán)形翅片強(qiáng)化傳熱的換熱結(jié)構(gòu)，如圖4(b)所示。研究結(jié)果表明，環(huán)形翅片換熱結(jié)構(gòu)較矩形翅片換熱結(jié)構(gòu)的換熱速率更快。除了通過嵌入翅片增大換熱面積，研究者們還通過重新設(shè)計(jì)換熱器結(jié)構(gòu)從而增強(qiáng)換熱，例如螺旋管式換熱器、殼管式換熱器等。

圖4   (a) 矩形翅片；(b) 環(huán)形翅片

1.2.3　封裝定型關(guān)鍵技術(shù)

無束縛狀態(tài)下的相變儲(chǔ)冷材料存在著相分離、過冷以及循環(huán)穩(wěn)定性差等諸多問題，現(xiàn)有的相變儲(chǔ)冷材料封裝定型技術(shù)主要包括微膠囊封裝定型、多孔載體封裝定型以及凝膠封裝定型，如圖5所示。目前，最具發(fā)展?jié)摿Φ囊环N新型儲(chǔ)冷材料為相變儲(chǔ)冷凝膠，它具有形狀可塑性和靈活性、相變時(shí)不發(fā)生泄漏以及良好的循環(huán)穩(wěn)定性，而且基于其內(nèi)部豐富的活性基團(tuán)，可以與相變材料內(nèi)的基團(tuán)進(jìn)行充分結(jié)合，進(jìn)而從分子水平上優(yōu)化相變材料的相變特性。相變儲(chǔ)冷凝膠相比其他兩種形式的復(fù)合相變儲(chǔ)冷材料具有更大的儲(chǔ)能密度和更好的循環(huán)穩(wěn)定性，目前已經(jīng)引起了相關(guān)研究者的密切關(guān)注。

圖5   (a) 微膠囊封裝定型技術(shù)；(b) 多孔載體封裝定型技術(shù)；(c) 凝膠封裝定型技術(shù)

龍金領(lǐng)采用懸浮聚合法制備了正十三烷/聚苯乙烯微膠囊相變材料，聚苯乙烯作為壁材能夠很好地阻止正十三烷的揮發(fā)，提高了微膠囊相變材料的循環(huán)穩(wěn)定性。常洋琿等采用原位聚合法制備了一系列以十四烷為芯材，脲醛樹脂為壁材的低溫相變微膠囊，成功解決了低溫相變材料穩(wěn)定性差和易泄漏等問題。Zhao等以苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯為共聚物殼體，n-十二烷、正十三烷和正十四烷為芯材，通過原位懸浮共聚法合成了一系列相變儲(chǔ)冷微膠囊，它們相變溫度最低可達(dá)-8.69 ℃，相變潛熱最高可以達(dá)到166.79 J/g，多次儲(chǔ)/放冷循環(huán)表明，相變儲(chǔ)冷微膠囊具有超強(qiáng)的循環(huán)熱穩(wěn)定性，這項(xiàng)工作成功地為短途冷鏈運(yùn)輸中的冷庫提供了可回收的低溫相變微膠囊。
Xie等開發(fā)了一種新型復(fù)合相變材料，使用改性膨脹石墨(MEG)通過浸漬法吸附共晶鹽。最終得到的復(fù)合相變材料的相變溫度為-5.30 ℃，相變潛熱為161.8 J/g，過冷度為1.83 ℃，導(dǎo)熱率是共晶鹽的13.3倍，具有出色的熱可靠性，在啤酒行業(yè)、空調(diào)制冷、冰箱制冷和冷鏈物流等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。Lin等以Na2SO4·10H2O作為儲(chǔ)冷功能體，加入硼砂等助劑制備了一種新型相變儲(chǔ)冷材料，并用膨脹石墨進(jìn)一步負(fù)載以改善其形狀穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性能。結(jié)果表明，該復(fù)合相變儲(chǔ)冷材料的相變溫度為5.92 ℃，導(dǎo)熱系數(shù)提升至原來的1.75倍。
孔琪研究了吸水樹脂吸水后用作相變儲(chǔ)冷凝膠的儲(chǔ)冷特性。結(jié)果表明，相變儲(chǔ)冷凝膠的相變潛熱為330.4 J/g，相變溫度約為-3 ℃，反復(fù)凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了制備的相變儲(chǔ)冷凝膠具有較好的穩(wěn)定性。楊晉等研究發(fā)現(xiàn)聚丙烯酸鈉加入到Na2SO4·10H2O儲(chǔ)冷體系中可以得到凝膠狀的相變儲(chǔ)冷材料，完全消除了體系固有的相分離現(xiàn)象，且對(duì)體系的相變潛熱影響較小。優(yōu)化后的相變儲(chǔ)冷凝膠相變溫度為7.4 ℃，相變潛熱為117.4 J/g，經(jīng)200次循環(huán)后材料的相變溫度基本保持不變，相變潛熱衰減率僅為14.05%。

2 相變儲(chǔ)冷空調(diào)

相變儲(chǔ)冷空調(diào)通過在電力低谷時(shí)段運(yùn)轉(zhuǎn)制冷機(jī)組，將制冷機(jī)組產(chǎn)生的低溫冷凍水的冷量以潛熱的形式存儲(chǔ)在儲(chǔ)冷器件中，在需冷時(shí)將儲(chǔ)冷器件里的冷量釋放出來。通過這種方式將用電轉(zhuǎn)移到電力低谷時(shí)段，以達(dá)到降低用電成本、穩(wěn)定電網(wǎng)負(fù)荷的目的。本章將從相變儲(chǔ)冷器件及相變儲(chǔ)冷系統(tǒng)兩方面進(jìn)行介紹。

2.1　相變儲(chǔ)冷器件

相變儲(chǔ)冷空調(diào)的關(guān)鍵技術(shù)為相變儲(chǔ)冷器件，相變儲(chǔ)冷器件是指相變材料和換熱結(jié)構(gòu)組成的器件。因?yàn)橄嘧儾牧系母邇?chǔ)能密度，相變儲(chǔ)冷器件的傳熱效率高于非相變材料儲(chǔ)冷器件，得到了研究者的廣泛關(guān)注。目前，用于空調(diào)系統(tǒng)的儲(chǔ)冷器件主要包括板式儲(chǔ)冷器、球式儲(chǔ)冷器、螺旋管式儲(chǔ)冷器、殼管式儲(chǔ)冷器。
2.1.1　板式儲(chǔ)冷器

板式儲(chǔ)冷器是由若干個(gè)填充滿相變材料的儲(chǔ)冷板存儲(chǔ)單元組成。板式儲(chǔ)冷器具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、成本低、易拆分、維修便利的優(yōu)點(diǎn)，可以根據(jù)不同的工作條件適當(dāng)添加或減少單元數(shù)量，但存在著傳熱效率較低的缺點(diǎn)。Liu等設(shè)計(jì)了適用于空調(diào)系統(tǒng)冷能存儲(chǔ)的板式儲(chǔ)冷器，如圖6(a)所示，該裝置由若干個(gè)平行放置的儲(chǔ)冷板組成，水作為傳熱介質(zhì)流體(HTF)從板間流過。通過數(shù)值模擬的方法探究了HTF質(zhì)量流量等參數(shù)對(duì)傳熱速率及相變材料熔化時(shí)間的影響。Moreno等比較了小型空間中空調(diào)系統(tǒng)使用板式儲(chǔ)冷器與水箱對(duì)能耗及舒適度的影響，板式儲(chǔ)冷器由若干個(gè)填充了相變溫度為10 ℃的儲(chǔ)冷板排列組成，如圖6(b)所示。結(jié)果表明，板式儲(chǔ)冷器能夠比水箱多提供14.05%的冷水，使室內(nèi)舒適溫度時(shí)間延長20.65%，但板式儲(chǔ)冷器需要比水箱多4.55倍的時(shí)間進(jìn)行充冷，此現(xiàn)象歸因于相變材料及儲(chǔ)冷板較低的導(dǎo)熱系數(shù)。

圖6   (a) 板式儲(chǔ)冷器及HTF通道示意圖；(b) 板式儲(chǔ)冷器含主要尺寸的模型圖及實(shí)物圖

2.1.2　球式儲(chǔ)冷器

球式儲(chǔ)冷器是由若干個(gè)封裝了相變材料的儲(chǔ)冷球構(gòu)成。Wang等提供了制作儲(chǔ)冷球的設(shè)計(jì)，如圖7(a)所示，研究了封裝相變材料的儲(chǔ)冷球的相變行為及傳熱特性。研究發(fā)現(xiàn)采取降低HTF的溫度、減小球殼直徑及厚度、增加球殼導(dǎo)熱系數(shù)的方法都可以縮短儲(chǔ)冷時(shí)間。Wu等建立了一個(gè)球式儲(chǔ)冷器的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)冷模型，如圖7(b)所示，該模型由若干個(gè)固定的包裹了水作為相變材料的儲(chǔ)冷球構(gòu)成。在模擬儲(chǔ)冷過程中，HTF從底部進(jìn)入，與儲(chǔ)冷球發(fā)生強(qiáng)制對(duì)流換熱。結(jié)果表明，大部分儲(chǔ)冷球4 h內(nèi)發(fā)生液態(tài)向固態(tài)的轉(zhuǎn)變。李曉燕等構(gòu)建了如圖7(c)所示的球式儲(chǔ)冷器物理模型，探究了不同溫度的HTF對(duì)系統(tǒng)的影響。結(jié)果表明，HTF保持在-3～-9 ℃的流入溫度既能減少儲(chǔ)冷球的儲(chǔ)冷時(shí)間，同時(shí)保持了系統(tǒng)較高的COP。李曉燕等利用ANSYS-FLUENT軟件研究了儲(chǔ)冷球直徑與球殼材料對(duì)儲(chǔ)冷球儲(chǔ)冷時(shí)間的影響。結(jié)果表明，儲(chǔ)冷時(shí)間隨著儲(chǔ)冷球直徑的增加而增加，且鋼球球殼儲(chǔ)冷時(shí)間最短，但其存在的腐蝕問題尚需進(jìn)一步解決。

圖7   (a) 儲(chǔ)冷球?qū)嵨飯D；(b) 球式儲(chǔ)冷器及儲(chǔ)冷球模型圖；(c) 球式儲(chǔ)冷器布局及細(xì)節(jié)模型圖

2.1.3　螺旋管式儲(chǔ)冷器

增加傳熱面積能有效增加儲(chǔ)冷器的儲(chǔ)/放冷效率，與板式儲(chǔ)冷器和球式儲(chǔ)冷器相比，螺旋管式儲(chǔ)冷器和殼管式儲(chǔ)冷器具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱面積大的優(yōu)點(diǎn)，能有效提高儲(chǔ)冷器的儲(chǔ)/放冷性能。López-Navarro等設(shè)計(jì)了如圖8(a)所示的螺旋管式儲(chǔ)冷器，并分析了各參數(shù)對(duì)螺旋管式儲(chǔ)冷器性能的影響。Torregrosa-Jaime等將相變材料填充在螺旋管周圍，如圖8(b)所示，探究了HTF的質(zhì)量流量及流入溫度對(duì)于系統(tǒng)儲(chǔ)冷性能的影響，研究表明，使用石蠟進(jìn)行儲(chǔ)冷比冰儲(chǔ)冷的能效更高。如圖8(c)所示，Tay等利用ε-NTU技術(shù)確定相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)，建立的CFD和ε-NTU模型能準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)螺旋管式儲(chǔ)冷器的儲(chǔ)/放冷過程。De Falco等設(shè)計(jì)了螺旋管式儲(chǔ)冷器，研究結(jié)果表明，線圈表面積的增加減少了儲(chǔ)冷時(shí)間，但表面積不能無限增加，需與相變材料儲(chǔ)冷量及管內(nèi)壓降保持一致，將該裝置應(yīng)用于小型辦公室中(40 kW的冷量需求)，30 kWh的螺旋管式儲(chǔ)冷器能節(jié)約13%～16%的電能。

圖8   (a) 螺旋管式儲(chǔ)冷器模型俯視圖；(b) 螺旋管布置模型圖；(c) 螺旋管式儲(chǔ)冷器及在空調(diào)系統(tǒng)的布局圖

2.1.4　殼管式儲(chǔ)冷器

殼管式儲(chǔ)冷器是另一種常見的儲(chǔ)冷器件。通常由兩個(gè)圓管組成，外管填充封裝的相變材料，內(nèi)管流經(jīng)HTF與相變材料進(jìn)行換熱。Ismail等設(shè)計(jì)了殼管式儲(chǔ)冷器，如圖9(a)所示。采取計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬+實(shí)驗(yàn)的研究方法，發(fā)現(xiàn)HTF溫度和界面熱阻降低，相變材料凝固時(shí)間也減少。Bianco等針對(duì)殼管式儲(chǔ)冷器存在相變材料的潛熱未被充分利用的問題，將有限元數(shù)值模型與MATLAB耦合，通過改變HTF的工作條件來最小化相變材料的儲(chǔ)/放冷時(shí)間，如圖9(b)所示。結(jié)果表明當(dāng)HTF的流量為0.095 kg/s，進(jìn)水溫度降低1.25 ℃時(shí)，系統(tǒng)表現(xiàn)出最佳性能，通過進(jìn)一步優(yōu)化發(fā)現(xiàn)降低12 cm的管徑并采用1/2 Sch80s管，可以將相變材料的利用率從原系統(tǒng)的40%提升到72%。Huang等利用翅片對(duì)殼管式儲(chǔ)冷器進(jìn)行傳熱強(qiáng)化，如圖9(c)所示，結(jié)果表明，插入的翅片在提高殼管傳熱性能的同時(shí)減輕了自然對(duì)流的傳熱抑制。

圖9   (a) 殼管式儲(chǔ)冷器結(jié)構(gòu)參數(shù)；(b) 殼管式儲(chǔ)冷器模型圖；(c) 帶有翅片的殼管式儲(chǔ)冷器

2.2　相變儲(chǔ)冷系統(tǒng)

相變儲(chǔ)冷技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用主要包括主動(dòng)式儲(chǔ)冷和被動(dòng)式儲(chǔ)冷。主動(dòng)式儲(chǔ)冷方式如圖10(a)所示，其通過相變材料與HTF進(jìn)行能量交換，可以主動(dòng)控制冷量的存儲(chǔ)與釋放，在常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。被動(dòng)式儲(chǔ)冷是通過將儲(chǔ)冷器件集成到圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部，如圖10(b)所示，相變材料吸收HTF中冷量后作為冷源直接通過自然對(duì)流或強(qiáng)制對(duì)流的方式對(duì)需冷空間進(jìn)行冷量的釋放。被動(dòng)式儲(chǔ)冷由于對(duì)冷量釋放的過程不可控制，在大多數(shù)的應(yīng)用中受到限制，但因其系統(tǒng)簡(jiǎn)單，儲(chǔ)冷量較大，適合冷鏈運(yùn)輸?shù)膽?yīng)用。本節(jié)將從常規(guī)儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)及冷鏈運(yùn)輸儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)兩方面進(jìn)行介紹。

圖10   (a) 主動(dòng)式儲(chǔ)冷；(b) 被動(dòng)式儲(chǔ)冷

2.2.1　常規(guī)儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)
常規(guī)儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景包括住房、辦公室、商場(chǎng)等。為了滿足人們對(duì)環(huán)境的舒適要求、不同時(shí)段冷能的需求，常規(guī)儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)主要通過主動(dòng)的儲(chǔ)冷方式進(jìn)行冷能的存儲(chǔ)與釋放。

Hoseini等分別對(duì)基于相變材料和冰的儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)建立了如圖11(a)和11(b)所示的數(shù)學(xué)模型，放冷階段只由儲(chǔ)冷器提供冷量。研究結(jié)果表明，相變儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)和冰儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的年能耗分別降低了7.58%和4.59%，二氧化碳的排放分別降低了7.58%和4.59%，相變儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)的成本高于冰儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)，其成本回收期分別為5.56年和3.16年，但綜合考慮節(jié)能減排，相變儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)仍是一個(gè)值得長遠(yuǎn)投資的系統(tǒng)。馮曉平利用TRNSYS模擬仿真軟件搭建了相變儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)模型，如圖11(c)所示。研究結(jié)果表明，相變儲(chǔ)冷空調(diào)能有效減少電費(fèi)并起到平衡負(fù)荷的作用，在蓄冷槽單獨(dú)供冷情況下，節(jié)約的電費(fèi)高達(dá)44%，而冷水機(jī)組和蓄冷槽進(jìn)行聯(lián)合供冷的經(jīng)濟(jì)效益低于蓄冷槽單獨(dú)供冷，且聯(lián)合供冷對(duì)系統(tǒng)的控制難度更大。

圖11   (a) 冰儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)；(b) 相變儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)；(c) 相變儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)流程圖

太陽能與空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)合受到了研究者的廣泛關(guān)注，對(duì)于太陽能空調(diào)系統(tǒng)，當(dāng)沒有足夠太陽能時(shí)不能驅(qū)動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，它的廣泛應(yīng)用離不開一個(gè)高效的儲(chǔ)冷器件，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽光充足時(shí)產(chǎn)生額外的冷量進(jìn)行存儲(chǔ)，在需要時(shí)進(jìn)行釋放。太陽能儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖12(a)所示。Zhai等將太陽能空調(diào)系統(tǒng)與球式儲(chǔ)冷器結(jié)合，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明系統(tǒng)的總儲(chǔ)/放冷量分別為1016.1 J/g和942.8 J/g，證明了太陽能儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)具有一定的可行性及良好的運(yùn)行穩(wěn)定性。孫峙峰等通過軟件模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)試的方法對(duì)太陽能相變儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)與太陽能水儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明相變儲(chǔ)冷器的放冷量達(dá)到了1338.1 MJ，比水儲(chǔ)冷器放冷量多989.1 MJ，相變儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)使系統(tǒng)制冷季太陽能保證率提高17.5%。Chen等對(duì)噴射式太陽能儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，系統(tǒng)構(gòu)造如圖12(b)所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，帶有儲(chǔ)冷器的噴射式太陽能空調(diào)系統(tǒng)可以保持穩(wěn)定的COP。Zheng等對(duì)球式儲(chǔ)冷器與太陽能空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)合進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)構(gòu)如圖12(c)所示，采用室外和室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)試的數(shù)據(jù)驗(yàn)證儲(chǔ)冷效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，帶有儲(chǔ)冷器的太陽能空調(diào)系統(tǒng)將室內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定在18～22 ℃的溫度范圍內(nèi)，且系統(tǒng)的節(jié)能率可以達(dá)到30.5%。

圖12   (a) 太陽能儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)簡(jiǎn)易構(gòu)造圖；(b) 噴射式太陽能儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)圖；(c) 大空間內(nèi)太陽能儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)圖

2.2.2　冷鏈運(yùn)輸儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)
隨著人們對(duì)食品、藥品等一系列安全問題認(rèn)識(shí)的提高，特別是受到COVID-19的影響，人們對(duì)疫苗的需求更為迫切，冷鏈運(yùn)輸?shù)闹匾匀找嫱怀觥＠滏溸\(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵是維持穩(wěn)定的低溫環(huán)境(<10 ℃)，制冷空調(diào)的負(fù)荷極大，而將相變儲(chǔ)冷技術(shù)與冷鏈運(yùn)輸?shù)目照{(diào)系統(tǒng)結(jié)合將緩解能源供需矛盾，節(jié)約能源。鑒于儲(chǔ)冷器輕便、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，研究者們將其集成到冷鏈車廂中，在運(yùn)輸前通過與充冷站的制冷機(jī)組相連的方式進(jìn)行充冷，運(yùn)輸過程中利用自然對(duì)流或強(qiáng)制對(duì)流對(duì)冷鏈運(yùn)輸箱進(jìn)行放冷。

Tong等設(shè)計(jì)、搭建了一種冷鏈運(yùn)輸儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)，如圖13所示。利用放置在運(yùn)輸車頂板上且?guī)в谐崞陌迨絻?chǔ)冷器通過自然對(duì)流的方式進(jìn)行儲(chǔ)/放冷。在夜晚低谷電價(jià)時(shí)，冷鏈運(yùn)輸車在充冷站與制冷系統(tǒng)連接，對(duì)儲(chǔ)冷器進(jìn)行冷量的存儲(chǔ)，冷鏈運(yùn)輸箱內(nèi)裝好水果及蔬菜后進(jìn)行總里程為2500 km的運(yùn)輸，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行及冷藏效果進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明冷鏈運(yùn)輸箱在整個(gè)運(yùn)輸過程的94.6 h中保持了內(nèi)部溫度的均勻性，儲(chǔ)冷效率為38.6%，整個(gè)系統(tǒng)的COP為1.84。與柴油冷鏈運(yùn)輸車相比，帶有儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)的冷鏈運(yùn)輸車能源消耗、運(yùn)營成本及排放分別降低了86.7%、91.6%、78.5%。

圖13   冷鏈運(yùn)輸儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)(a) 板式儲(chǔ)冷器及尺寸；(b) 板式儲(chǔ)冷器在冷鏈運(yùn)輸箱內(nèi)安裝位置；(c) 冷鏈運(yùn)輸箱儲(chǔ)冷過程

Liu等創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了一個(gè)帶有相變儲(chǔ)冷器的冷鏈運(yùn)輸車制冷系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)如圖14所示。將相變材料封裝在儲(chǔ)冷器(PCTSU)中。儲(chǔ)冷器的外殼絕緣性良好，放置在運(yùn)輸箱體外部，通過HTF管道與運(yùn)輸箱體相連。車輛靜止在倉庫內(nèi)時(shí)，將制冷機(jī)組與儲(chǔ)冷器連接，閥門1與閥門2打開，制冷機(jī)組對(duì)HTF進(jìn)行降溫后將冷量傳輸給儲(chǔ)冷器。在冷鏈運(yùn)輸過程中，閥門1與閥門2關(guān)閉，閥門3與閥門4打開，HTF將儲(chǔ)冷器中的冷量傳輸給運(yùn)輸箱體內(nèi)部的降溫單元，通過空氣強(qiáng)制對(duì)流的方式將冷量輸送給運(yùn)輸箱。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明該冷鏈運(yùn)輸儲(chǔ)冷空調(diào)系統(tǒng)將能源成本降低到50%以上，特別是在用電低谷時(shí)段(晚上9點(diǎn)—早上7點(diǎn))儲(chǔ)冷時(shí)，能源成本降低到80%以上。即使制冷系統(tǒng)的COP低至0.5，在低谷時(shí)段進(jìn)行儲(chǔ)冷也能將成本降低60%。

圖14   帶有相變儲(chǔ)冷器的冷鏈運(yùn)輸車制冷系統(tǒng)

3 結(jié)論與展望

儲(chǔ)能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵，作為能源消耗重要部分的空調(diào)系統(tǒng)，近年來受到了研究者們的廣泛研究，通過將儲(chǔ)冷技術(shù)與空調(diào)系統(tǒng)結(jié)合，能極大地提高系統(tǒng)利用率，但仍存在著儲(chǔ)冷材料循環(huán)穩(wěn)定性差、儲(chǔ)冷器件傳熱系數(shù)低、系統(tǒng)效益回收期長的缺陷。今后對(duì)基于儲(chǔ)冷技術(shù)的空調(diào)系統(tǒng)的研究可以著重關(guān)注以下幾點(diǎn)：
（1）開發(fā)出合適的相變溫度、高相變潛熱、基本無過冷度、高導(dǎo)熱系數(shù)、能長期循環(huán)使用的相變材料是發(fā)展儲(chǔ)冷技術(shù)的關(guān)鍵。

（2）填充相變材料的儲(chǔ)冷器件直接與HTF參與換熱，在熱量傳遞過程中存在很大的能量損失。進(jìn)一步開發(fā)適合于儲(chǔ)冷器件的傳熱理論模型，利用軟件模擬分析儲(chǔ)冷器件換熱時(shí)的溫度場(chǎng)分布，并根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)儲(chǔ)冷器件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，保證增加儲(chǔ)冷器件儲(chǔ)冷容量的同時(shí)提高導(dǎo)熱系數(shù)。

（3）相變儲(chǔ)冷技術(shù)與空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)合，在實(shí)際工程中存在運(yùn)行效率低、系統(tǒng)成本高等問題。進(jìn)一步設(shè)計(jì)基于相變儲(chǔ)冷技術(shù)的空調(diào)系統(tǒng)，利用軟件對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行模擬運(yùn)行、計(jì)算，保證降低系統(tǒng)成本的同時(shí)提高系統(tǒng)的COP、節(jié)能率，保持系統(tǒng)長期使用下穩(wěn)定運(yùn)行。

 

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