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双层相变蓄能地板辐射供冷暖系统及其热性能研究的开题报告一、选题背景与意义随着人们对室内舒适性的要求越来越高，传统的空调供暖方式已经无法满足需求，而地暖和地板辐射供暖系统逐渐被广泛应用。
地板辐射供暖系统通过地暖管道将水循环传送至地板下面，再通过地板辐射，将热量传输到室内，从而达到供暖的目的。
与传统空调供暖相比，地暖和地板辐射供暖系统存在优越性，如舒适、安全、节能等方面优势。
但在供冷方面，地板辐射系统存在诸多不足，如传热速度慢、制冷效果较差等问题。
因此，研究一种新型地板辐射供冷暖系统，成为当前供冷技术研究的热点和难点。
本文选取双层相变蓄能地板辐射供冷暖系统为研究对象，利用相变材料的相变特性，实现样品在一定温区内吸放热、均温等特性，从而实现稳定的室内温度。
旨在研究双层相变蓄能地板辐射供冷暖系统的热性能及其影响因素，为其进一步推广和应用提供理论依据和技术支持。
二、研究内容和目标本文的研究内容主要包括对双层相变蓄能地板辐射供冷暖系统的制备及其热性能研究。
具体研究内容详见下列各项：1. 制备双层相变蓄能地板辐射供冷暖系统应用相变材料和石膏等材料，制备出双层相变蓄能地板辐射供冷暖系统。
2. 系统热性能测试利用温度和湿度传感器实时监测和记录供冷暖系统的数据，如室内温度、地板材料温度、室内空气质量等，并对温度、能量等进行分析，从而评价其热性能和影响因素。
3. 系统优化设计根据研究结果，对双层相变蓄能地板辐射供冷暖系统进行优化设计，力求提高其整体热性能和可靠性。
本文的研究目标如下：1. 实现双层相变蓄能地板辐射供冷暖系统的成功制备；2. 通过热性能测试评价该系统的优劣，并寻找提高系统性能的途径；3. 利用研究结果，进行系统优化设计，达到节能改善供冷/暖效果的目的。
三、研究方法本研究将采用以下研究方法：1. 材料准备和组装：按照设计要求，准备相变材料和石膏等材料，制备出双层相变蓄能地板辐射供冷暖系统。
2. 试验设计：通过试验设计，确定测试参数的范围和取值，比如测试温度范围、取样时间间隔等。
太阳能相变地板蓄热装置太阳能相变地板蓄热装置，听起来是不是挺高大上的？这玩意儿就是把太阳能给吸收起来，然后通过特殊的材料把热量存储下来，随时能给你提供温暖的一项“黑科技”！相信我，这东西能让你感受到太阳的温暖，就像是阳光下晒太阳的老大爷，一直到冬天都能保持“热气腾腾”。
我知道你可能会想：“这么一说，有啥特别的？不就是太阳能加热嘛？”你可别小看这“相变”两个字，里头有着不少讲究。
简单说，太阳能打了个“隐形的保温剂”，让热量存储起来，甚至能在几天阴冷的天气里也能继续给你送温暖！是不是超级厉害？你想，冬天如果你家地板是用这种技术做的，冬天一到，屋子里就像是有一个隐形的“太阳”，悄悄地释放着热量。
早上起床，脚一踩上去，不是冰凉的瓷砖，而是软绵绵的温暖，就像是踩在冬天的阳光里一样，舒服得不行。
而这背后的秘密，就是那些小小的“相变材料”。
这类材料能够把太阳能转化成热能，然后储存起来，等到你需要时，再慢慢释放，达到一个温暖如春的效果。
这种技术看起来复杂，实际上它跟你拿个热水袋捂手差不多，就是通过某些材料的“相变”过程，把热量保留下来。
你是不是想知道这东西是怎么工作的？其实也没那么神秘。
想象一下，一块地板下面装了好多“魔法块”，这些块的工作原理就是吸收阳光，然后在材料内发生一种像“变身”一样的反应，把吸收的热量储存起来。
这样就算白天太阳不再晒，到了晚上或者第二天，热量还在，房间也不会一夜之间变得冰冷冷的。
而且你想，家里暖气开着一整天，不仅贵还不环保。
这种太阳能相变地板，既省钱又环保，绝对是现代家庭的新宠儿。
不过说到“相变”这个概念，可能不少人就开始皱眉了。
别急，听我说，这其实就是一种很简单的物理现象。
你看水，从液态变成气态叫蒸发，从固态变成液态叫融化。
相变地板就是利用这种材料，在太阳照射下，它的状态从固态转化为液态，储存下来的热量在需要时又通过相反的过程释放出来。
简单点说，就是让热量像“藏匿起来的秘密”一样，随时准备给你带来温暖。
辐射电加热相变蓄热地板采暖模型及其热性能模拟文摘为了清除电采暖引发的电网峰谷差井降低采暖运行费用，本文提出了一种带有相变材料潜热贮能板的地板电采暖系统，并成立了分析此系统热性能的地板和房间理论模型，对给定的电加热相变蓄热地板采暖房间，用数值方式模拟了室内空气温度和地面温度的转变，藉此分析了我国四个不同气候地域（北京、上海、大连、哈尔滨）冬季该系统的应用成效，结果证明此采暖方式在使房间热负荷较小的建筑和气候条件下，大体能知足人的热舒适性有较好的应用前景。
关键词相变材料蓄热电采暖地板采暖长期以来，我国北方城市冬季采暖以燃煤为主，造成了市区严峻污染。
一些城市开始实行以天然气、电力等清洁能源代替燃煤矿的环保政策，增进了电采暖的进展。
但电采暖加大了电网的峰负荷，结合蓄热才是其正确的应用途径。
北京市2002年能源和环境国际座谈会上，北京市长致辞："为了改善大气环境质量，表现城市现代文明，提高城市效劳，承办好2020年奥运会，市政府已下决心改变北京以煤为主的能源结构，成立市场化的优质能源供给体系，从而实现社会和经济的可持续进展。
电力在能源结构中的比例将由此刻的29%增加到42%"。
北京市能源结构的调整目标是："2020年优质能源在终端能源消费结构中所占比重达到80%以上"，打算40亿千瓦时用于电采暖替代煤，合理确信峰谷电价，鼓舞蓄能式电暖气采暖。
表1为2001年北京市电采暖试点用户的电价[1]。
北京市电采暖试点用户电价表1用电时刻7：00～23：0023：00～7：00电价（元/kW·h）电加热相变蓄热地板采暖即可充分利用电输送方便的优势，又躲开了集中供暖系统的建造和管道保护等麻烦。
地板采暖是一种很舒适的采暖方式，不仅知足人体"足暖头寒"的需要，而且人体以上区域温度较低，使采暖能耗较小，接近理想的采暖方式[2]，见图1。
（a）对流散热采暖（b）理想采暖方式（c）地板辐射采暖图 1 不同采暖方式温度散布示用意国外对蓄热式地板采暖有了一些研究和应用。
![一种新型相变储能地暖系统[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s1/m/a3b4521e7275a417866fb84ae45c3b3567ecdde7.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202021097009.6(22)申请日 2020.06.15(73)专利权人 吉林大学地址 130010 吉林省长春市前进大街2699号(72)发明人 李铠君 韩奇钢 狄梓博 孙浩 (74)专利代理机构 苏州创策知识产权代理有限公司 32322代理人 周锦全(51)Int.Cl.F24D 13/00(2006.01)F24D 15/02(2006.01)F24D 19/00(2006.01)F24D 19/10(2006.01)(54)实用新型名称一种新型相变储能地暖系统(57)摘要本实用新型公开的属于地暖技术领域，具体为一种新型相变储能地暖系统，其包括：装饰层、相变材料层、碳晶加热膜、保温隔热层、底板、温控器和连接导轨，所述装饰层的下方连接有相变材料层。
该新型相变储能地暖系统，能够实现模块化，可移动性强，使用固液相变材料，实现谷电峰用，配合削峰填谷，做到合理用能，科学用能，具有一定的节能效果，利用相变储能地暖技术的地板采暖系统电热线温度不超过60℃,避免了高温过热,有利于维持电热线的寿命,而且地板表面温度均匀,可以充分改善室内热舒适性，相变储能式地暖能有效地利用夜间的谷价电,实现移峰填谷的作用。
权利要求书1页 说明书3页 附图1页CN 212378062 U 2021.01.19C N 212378062U1.一种新型相变储能地暖系统，其特征在于，包括：装饰层(100)、相变材料层(200)、碳晶加热膜(300)、保温隔热层(400)、底板(500)、温控器(600)和连接导轨(700)，所述装饰层(100)的下方连接有相变材料层(200)，所述相变材料层(200)的下方连接有碳晶加热膜(300)，所述碳晶加热膜(300)的下方连接有保温隔热层(400)，所述保温隔热层(400)的下方连接有底板(500)，所述碳晶加热膜(300)上连接有温控器(600)，所述装饰层(100)、相变材料层(200)、碳晶加热膜(300)、保温隔热层(400)和底板(500)形成的地暖板一侧安装有连接导轨(700)。
新型相变储能地板采暖系统设计
【摘要】随着我国经济的发展和科学技术的不断提高，人们也越来越关注生活的品质，目前地板采暖主要有水暖和电暖两种方式.锅炉水暖地热存在污染环境，浪费水资源等问题，电锅炉运行费用较高，直接加热式电缆地热虽比水暖地热具有高效、安全，环保等特点，但是相对应的电量的能耗也很大，本文浅析了新型相变储能地板采暖系统的设计及可行性，从环保、节能的角度进行分析，说明了一定情况下使用新型相变储能地板进行采暖更具有经济效益。
【关键词】相变储能；地板采暖；采暖系统；
一、前言
目前，我国建筑能耗高达了总能耗的12%，其中建筑中的空调、电视等能耗高达40%，所以节能减排不管是从经济效益上还是环境保护上都有着重要的意义。
地板的相变储能系统的设计可以很好的将电能转换为热能，而且电耗的强度仅仅是之前的25%，因此这种采暖系统设计的意义对于环保节能来说是一个很大的突破。
二、相变储能材料的应用
所谓相变储能材料（简称PCM）是一种特殊的功能性材料，其能在等温或近似等温的情况下发生相变（多数为固液相变或气液相变），同时伴随有较大能量（一般称为相变潜热）吸收或释放。
相变储能地板采暖系统主要是利用相变材料这一特性，在其本身发生相变的过程中，可以通过吸收环境的热量，并在需要的时
间内向环境释放热量，来达到供暖房间的温度，把相变的材料跟地暖面层的结构相结合，制成相变储能的地板采暖，通过相变的原理来增加地板之间的热流波幅度，从而提高地板的温度，以达到节能和舒适的目的。
相变地板能转移和利用夜间电能蓄存热量，相变温度在30-40摄氏度变化时，相变材料地板的蓄能要比普通地板的蓄能比大19.6%-24.2%。
三、相变储能地板采暖地面结构及工作原理
1.相变储能采暖地板结构
目前市面上所应用的地板辐射供暖系统主要是低温热水和电热电缆的低温地板辐射供暖。
而相变储能地板采暖是通过相变储能的材料，这种材料采用的是一种相变温度为30℃的水合盐的储热装模块材料，这个材料是通过固态和液态相变变化进行能量的储存和释放，当需要储存能量的时候材料是为液态的，为了防止PCM融化的时候泄漏会对下面的楼板进行腐蚀，因此要对其进行密封。
敷设时，加热盘管直接放在保温层上面，封装好的PCM在填充的时候放在加热盘管的周围，盘管上面则是地面的保护层，加热的时候，热量输送到地板内的相变材料进行储能，在需要的时候再释放热量，为室内供暖。
2. 地源热泵低温热水蓄能地板辐射采暖工作原理：
利用夜间廉价电由地源热泵系统从地下土壤取热，经电力压缩机对循环工质做功，从而对辐射地板系统提供40～50℃的低温
热水，进入地面盘管加热相变材料，使其产生相变，以潜热形式储存热量，白天释放给供暖房间。
3.供暖实验测试
（一）实验选择在2012年～2014年，东北地区的两个采暖季节进行的，采用的是温度巡检仪器来对室内外的空气湿度、温度、和地板的表面温度来控制，通过信息技术来控制系统的开关时间，温度控制的开关也可以自动的根据室内的温度来控制加热的电缆，从而用电表来控制耗电量的记录。
在测试的时候对地板进行加热，缓慢的加温是为削除房间内热惯性和空气间湿气的影响，考虑到实际生活中人体舒适的程度，地板的温度一般不超过28℃。
本试验选择的测试时间为室外气象条件基本满足规范的室外采暖设计温度进行分析。
（二）实验结果分析
相变材料的稳定性
作为储能作用的相变材料，其储能不仅要取决于材料本身的凝固点、熔点、更多的应该是看在其多次的循环使用后的性质变化，这需要考验材料本身的实用性和耐用性，在实验中，通过对两个采暖季使用的相变材料用DSC检测之后，我们得出相变的温度和相变的潜在热能有一点的变化，再对实验中的材料进行冷却处理，在相应的反复实验超过120次之后，再用DSC进行分析，可以得出使用PCM的材料具有很好的稳定性，熔点符合使用的要求，可以供应长期取暖系统使用。
实际运行的分析
因为在实际中普通的房间一般是恒温的控制，24小时的工作，而在装有相变储能系统的房间里面，通过实验，我们可以得出相变系统的房间温度变化小，通过记录，我们可以看出相变在房间的最高温度是18℃，最低的温度是14℃，在普通的室内，最高的温度为19℃，最低是15℃，根据人体的舒适度和感知度来说，储能地板的温度更适合人体的生理温度。
四、节能分析
1.经济效益分析
由于相变材料的熔点与室温相差的越小，对系统运行越有利，这有助于保持室温的稳定，但是熔点越适合的相变材料都非常昂贵，这对广泛使用造成了一定的阻碍，所以就需要选择相变的熔点温度相对来说低一点的，价格也较便宜的相变材料。
不同的地板采暖系统都可以满足人体的舒适度，按照时间和费用的比例来结算的话，如果是普通的房间需要全天恒温加热，而相变系统的房间只需要夜间加热，这样计算的话，相变系统的耗电量跟普通系统的房间相比是降低了50%，换算成东北地区当地的电费的话是0.176/（m2・d）。
但在考虑系统增加的成本角度来说，相变系统的地板加热的成本主要增加在相变材料上。
由于部分地区的使用时间的电费是错开计费，所以夜间的电费一般是比较便宜，相变储能地板采暖系统利用夜间的便宜的电来储能，白天再将其转换释放，不但节省了白天高价电费，具有可观
的经济效益，而且在夜间用电可以错开白天用电高峰，减轻耗电的负荷，使电量合理使用。
2.环境效益分析
在变相储能的地板中，因为吸收的能量是土壤的热能，对电能的转换依赖的比较少，相对于电缆加热地板采暖系统使用的电能，其电量消耗大大的降低，而且因为错峰使用，电能的利用和高效性更加明显，所以相对于能量的节省来说，是对环境节能减排的一大益处。
五、相变储能地板采暖系统设计的可行性
利用相变的材料，通过其内部相变的工作原理，其潜在的热能形式来储存热量，在需要的时候将其释放，这种设计的优点是：因为相变的材料不会消耗煤、油或是天然气等化学燃料，没有排放污染物、没有使用大量的电能；高效能的地源热系统，在同等量输出能的情况下，相变材料的系统消耗的电量仅仅是40%不到的电功率；高效能的能源利用率，是相变地板采暖使用的主要原因；储能地板的采暖效率高，在相同的条件下，地暖系统提高了室内的温度，同时也减少了环境对人体的冷辐射，提高了身体的舒适度，最重要的是没有室内的温度层阶梯形的变化，使得温度的分布比较均匀，更符合人体的生理需求；储能地板的储能热量大、稳定性更好，尤其是在间断性供暖的地方，更加体现了此系统的优势。
六、结束语
随着人们的环境保护意识越来越强，相变储能地板采暖系统设计越来越显得重要，因为其不仅有着节能减排的作用，又可以使得室内的温度均匀，热舒适性能好，并且可以利用低估用电蓄能，使得电能合理使用，因此相变储能地板采暖系统在我国有着广阔的发展前景和应用效益。
参考文献：
[1]王景刚，刘杰.相变蓄能地板采暖技术及经济性分析[J].制冷空调与电力机械.2011（8）：90-92
[2]冯国会，胡艳军.电加热的相变储能式地板采暖系统试验研究[J].太阳能学报.2013（4）：20-22
[3]林坤平，张寅平.相变材料蓄能式低温热水采暖地板热性能模拟[J].工程热物理学报.2012（7）：201-203。
