顯熱蓄熱

《建筑學(xué)名詞》第二版。 2100433B

對(duì)蓄熱物質(zhì)在不發(fā)生相態(tài)變化的條件下，加熱升溫，使其內(nèi)能增加，并予以保溫儲(chǔ)存，用熱時(shí)釋放熱量的蓄熱方式。

按蓄熱方式來分，蓄熱材料可以分為四類：顯熱蓄熱材料 、相變蓄熱材料、熱化學(xué)蓄熱材料和吸附蓄熱材料。

1、顯熱蓄熱材料

顯熱蓄熱材料是利用物質(zhì)本身溫度的變化過程來進(jìn)行熱量的儲(chǔ)存，由于可采用直接接觸式換熱，或者流體本身就是蓄熱介質(zhì)，因而蓄、放熱過程相對(duì)比較簡單，是早期應(yīng)用較多的蓄熱材料。在所有的蓄熱材料中顯熱蓄熱技術(shù)最為簡單也比較成熟。

顯熱蓄熱材料大部分可從自然界直接獲得，價(jià)廉易得。顯熱蓄熱材料分為液體和固體兩種類型，液體材料常見的如水，固體材料如巖石 、鵝卵石 、土壤等,其中有幾種顯熱蓄熱材料引人注目 ,如Li2O與Al2O3、TiO2等高溫?zé)Y(jié)成型的混合材料。

由于顯熱蓄熱材料是依靠蓄熱材料的溫度變化來進(jìn)行熱量貯存的 ，放熱過程不能恒溫 ，蓄熱密度小 ，造成蓄熱設(shè)備的體積龐大，蓄熱效率不高，而且與周圍環(huán)境存在溫差會(huì)造成熱量損失，熱量不能長期儲(chǔ)存，不適合長時(shí)間、大容量蓄熱，限制了顯熱蓄熱材料的進(jìn)一步發(fā)展。

2、相變蓄熱材料

相變蓄熱材料是利用物質(zhì)在相變（如凝固/熔化、凝結(jié)/汽化、固化/升華等）過程發(fā)生的相變熱來進(jìn)行熱量的儲(chǔ)存和利用。

與顯熱蓄熱材料相比 ，相變蓄熱材料蓄熱密度高,能夠通過相變?cè)诤銣叵路懦龃罅繜崃俊ｋm然氣一液和氣一固轉(zhuǎn)變的相變潛熱值要比液一固轉(zhuǎn)變 、固一固轉(zhuǎn)變時(shí)的潛熱大，但因其在相變過程中存在容積的巨大變化，使其在工程實(shí)際應(yīng)用中會(huì)存在很大困難 。根據(jù)相變溫度高，潛熱蓄熱可分為低溫和高溫兩種，低溫潛熱蓄熱主要用于廢熱回收 、太陽能儲(chǔ)存以及供熱和空調(diào)系統(tǒng)。高溫相變蓄熱材料主要有高溫熔化鹽類 、混合鹽類 、金屬及合金等 ,主要用于航空航天等。常見的潛熱蓄熱材料有六水氯化鈣、三水醋酸鈉 、有機(jī)醇等 。

潛熱蓄熱方式具有蓄熱密度較高(一般都可以達(dá)到200kJ/kg以上)，蓄、放熱過程近似等溫，過程容易控制等優(yōu)點(diǎn)，因此相變蓄熱材料是當(dāng)今蓄熱材料研究和應(yīng)用的主流。

3、熱化學(xué)蓄熱材料

熱化學(xué)蓄熱材料多利用金屬氫化物和氨化物的可逆化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行蓄熱，在有催化劑、溫度高和遠(yuǎn)離平衡態(tài)時(shí)熱反應(yīng)速度快。國外已利用此反應(yīng)進(jìn)行太陽能貯熱發(fā)電的實(shí)驗(yàn)研究，但需重點(diǎn)考慮儲(chǔ)存容器和系統(tǒng)的嚴(yán)密性，以及生成氣體對(duì)材料的腐蝕等問題 。

熱化學(xué)蓄熱材料具有蓄熱密度高和清潔、無污染等優(yōu)點(diǎn) ，但反應(yīng)過程復(fù)雜 、技術(shù)難度高 ，而且對(duì)設(shè)備安全性要求高，一次性投資大，與實(shí)際工程應(yīng)用尚有較大距離。

4、吸附蓄熱材料

吸附是指流體相(含有一種或多種組分的氣體或液體)與具有多孔的固體顆粒相接觸時(shí) ，固體顆粒(即吸附劑)對(duì)吸附質(zhì)的吸著或持留過程。因吸附劑固體表面的非均一性，伴隨著吸附過程產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)化效應(yīng) ，稱為吸附熱。在吸附 脫附循環(huán)中，可通過熱量儲(chǔ)存、釋放過程來改變熱量的品位和使用時(shí)間,實(shí)現(xiàn)制冷、供熱以及蓄熱等目的。

吸附蓄熱是一種新型蓄熱技術(shù)，研究起步較晚 ，是利用吸附工質(zhì)來對(duì)吸附/解吸循環(huán)過程中伴隨發(fā)生的熱效應(yīng)進(jìn)行熱量的儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化。吸附蓄熱材料的蓄熱密度可高達(dá)800 ～1000kJ/kg，具有蓄熱密度高、蓄熱過程無熱量損失等優(yōu)點(diǎn)。由于吸附蓄熱材料無毒無污染，是除相變蓄熱材料以外的另一研究熱點(diǎn)，但由于吸附蓄熱材料通常為多孔材料，傳熱傳質(zhì)性能較差，而且吸附蓄熱較為復(fù)雜，是重點(diǎn)研究解決的問題。

蓄熱技術(shù)是提高能源利用效率和保護(hù)環(huán)境的重要技術(shù) ，可用于解決熱能供給與需求失配的矛盾，在太陽能利用、電力“移峰填谷”、廢熱和余熱的回收利用以及工業(yè)與民用建筑和空調(diào)的節(jié)能等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，是世界范圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)．，主要的蓄熱方法有顯熱蓄熱、潛熱蓄熱和化學(xué)反應(yīng)蓄熱三種．顯熱蓄熱是利用物質(zhì)的溫度升高來存儲(chǔ)熱量的．利用陶瓷粒、水、油等的熱容進(jìn)行蓄熱，把已經(jīng)高溫或低溫變換的熱能貯存起來加以利用，如固體顯熱蓄熱的煉鐵熱風(fēng)爐、蓄熱式熱交換器、蓄熱式燃燒器等，通常的顯熱蓄熱方式簡單，成本低，但儲(chǔ)存的熱量小，其放熱不能恒溫的缺點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)蓄熱是指利用可逆化學(xué)反應(yīng)的結(jié)合熱儲(chǔ)存熱能．發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，可以有催化荊，也可以沒有催化劑一種高密度高能量的蓄熱方式，它的儲(chǔ)能密度一般高于顯熱和潛熱，此種儲(chǔ)能體系通過催化劑和產(chǎn)物分離易于能量長期儲(chǔ)存．潛熱蓄熱（相變蓄熱）是利用物質(zhì)在凝固/熔化、凝結(jié)/氣化、凝華/升華以及其他形式的相變過程中，都要吸收或放出相變潛熱的原理來進(jìn)行能量儲(chǔ)存的技術(shù)．利用相變材料相變時(shí)單位質(zhì)量（體積）潛熱，蓄熱量非常大能把熱能貯存起來加以利用，如空間太陽能發(fā)電用蓄熱器，深夜電力調(diào)峰用蓄熱器，其儲(chǔ)能比顯熱一個(gè)數(shù)量級(jí)，而且放熱溫度恒定，但其儲(chǔ)熱介質(zhì)一般有過冷、相分離、易老化等缺點(diǎn)。

蓄熱爐可分為單筒、雙筒、三筒三種。但根據(jù)燃燒氣與裂解氣的流向又可分為單向順流、單向逆流、雙向頓流、雙向逆流等幾種。

1、單簡單向順流蓄熱爐

所謂單向順流，就是燃燒氣和裂解氣流向相同。它采用問歇操作，每個(gè)操作周期由四個(gè)單元組成：即燒焦(或補(bǔ)油)升溫，一次吹掃，裂解制氣，二次吹掃。

2、雙筒順向蓄熱裂解爐

這種爐型是從單筒爐發(fā)展起來的。當(dāng)要求設(shè)計(jì)處理曼較大的蓄熱爐時(shí)，由于單筒爐的噴油裝置占去很大一部分空間，致使?fàn)t體增大，因此就將單筒分為兩個(gè)筒而成雙筒爐，但氣體的流向仍和單筒爐一樣。雙筒順向蓄熱裂解爐的主要優(yōu)點(diǎn)是白控制閥門少，操作方便；主要缺點(diǎn)是反應(yīng)溫度不夠平穩(wěn)，預(yù)熱需要另設(shè)一臺(tái)換熱面積較大的空氣預(yù)熱器。

3、雙筒逆向蓄熱裂解爐

所謂逆向就是燃燒氣與裂解氣流向相反，而且每裂解一次，氣體流向改變一次。

4、三筒逆向蓄熱裂解爐

這種爐型被廣泛采用于生產(chǎn)高熱值煤氣，主要由反應(yīng)部分、水蒸汽蓄熱部分、空氣蓄熱部分及燃燒部分所組成。裂解的原料為渣油，制氣過程分為鼓風(fēng)加熱期和制氣期，兩者交替進(jìn)行。每個(gè)循環(huán)為4分鐘，根據(jù)工藝要求，分為八個(gè)階段，按順序操作。