居民区相变蓄热供暖的可行性研究

祝艺丹

(吉林建筑科技学院，长春130114)

随着人们对居住环境舒适性要求的不断提升令冬季采暖的传统分界线被弱化，在积极贯彻和落实绿色发展理念和可持续发展理念的前提下，我国部分地区在冬季采暖过程中已经彻底取消了燃煤方式，转向运用电能进行采暖，此过程中要维持电力系统的功率平衡与稳定，使填谷消峰措施得到有效落实，对现有电力能源进行充分利用。相变蓄热供暖措施主要是在夜晚对谷电蓄热进行充分利用白天进行集中供暖，有效避开白天的用电高峰，这是对深夜用电潜力的深入挖掘和充分利用，是一项有效的节能措施。通过对相变蓄热供暖措施进行有效应用使传统供电和用电存在的问题得到有效解决，形成低谷不低高峰不高的良好用电局面。

1 相变蓄热供暖技术的方式类型

目前，广泛运用在居民区供暖系统中的相变蓄热主要分为化学反应蓄热、显热蓄热、潜热蓄热三种方式：(1)化学反应蓄热方式主要是对可逆化学反应具有的热效应进行充分利用，实现续热的目的。化学反应蓄热方式可以不必采取任何保温措施，对热量的消耗较小，具有较大的蓄热容量，工作环境实际温度较高，能够将热量传送到较远距离；(2)显热蓄热方式主要分为岩石床蓄热方式和水蓄热方式两种。显热蓄热方式在产生热量的过程中，热量的耗散速度较快，蓄热容量较小，实际工作环境的温度较低，无法远距离传送热能，需要采取必要的保温手段；(3)潜热蓄热方式主要是通过对潜热的吸收或释放来实现蓄热目标。在长时间储存热能的过程中，会有较大的热量耗散，而储热容量适中，工作环境的实际温度较低，无法对热能进行远距离传输，需要采取必要的保温手段。

在相变蓄热过程中，由于所使用的物质不同，又可以分为固态—固态相变、固态—液态相变。与显热蓄热方式相比，相变蓄热能够使蓄热量得到大幅度增加；与化学反应蓄热方式相比，相变蓄热只需花费较少成本即可得到相同热量。由此看出，相变蓄热方式的发展前景较为可观。

2 相变蓄热供暖技术的优势和缺陷

相变蓄热供暖是一种对热能进行储存和运输的先进技术，主要是对相变材料在相变过程中能够吸收或释放大量热能且这些热能能够在较长时间内温降较小这一特点进行充分利用。通过电锅炉的转换，能够使夜间电力供应低谷阶段具有的电能转化成为热能，并在相变材料的作用下将这部分热能进行储存，将所储存的热能在电力供应高峰阶段提供给用户。对相变蓄热供暖技术展开了大量调查研究，发现相变蓄热供暖技术具有较高的环保性和安全性，在良好的环境中能够长时间使用，组成结构简单，维护和保养极为便利，重点是具有较大的热量，对热能的损失较小，对热能的传递和控制极为方便。通过有效落实相变蓄热供暖技术，能够在很大程度上使电力供需不平衡的现状得到有效缓解。为了能够使储存的热量更多，供暖人员经常会对热池箱体的体积进行扩大，这对相变蓄热供热技术市场的进一步拓展造成了一定影响[1]。

3 相变蓄热供暖技术的可行性

3.1 中低温相变蓄热技术

中低温相变蓄热技术在实际供暖领域中，通常会将温度控制在150℃以下。在对中低温相变蓄热系统进行设计的过程中，蓄热材料的选择应具有较高的科学性和可行性。通常情况下，要确保选择的材料在相变发生过程中具有的相变温度保持在150℃之下，还要对相变材料是否具有稳定的化学特征及蓄热材料的蓄放热时间进行重点考量。在此基础上，要尽可能选择价格合理、市场流通量较大的相变材料。在供暖系统中，供水温度和回水温度一般保持在70℃～95℃，对应的相变材料温度变化范围应保持在60℃～100℃，其中的无机水合盐类材料因化学特征稳定、单位体积储热值较高、相变潜热量较大等众多优势而得到了广泛应用。然而，无机水合盐类材料在使用过程中也存在一定问题，如腐蚀性较强、难以对温度进行有效控制、热循环稳定性较低等问题，在使用过程中需要慎重选择和严格监管[2]。

3.2 梯级相变蓄热技术

梯级相变蓄热技术主要遵循的原则是温度对口和梯级利用原理，要利用相变蓄热材料与放热流体材料之间传热温差尽可能保持不变这一原理和吸热流体材料与相变蓄热材料之间传导温差尽可能保持不变这一原理。吸热流体材料、放热流体材料与蓄热材料之间的温差始终保持在恒定状态，相变蓄热材料能够在恒定的热流环境下有效实现吸热熔化或放热凝固的目标，使相变热材料的吸热速率和放热速率全面提高。在采暖系统中运用梯级相变蓄热技术，能够使蓄热过程中所消耗的能量最大程度降低，使系统的运行效率有效提高。梯级相变蓄热技术能够使传热过程得到有效强化，进一步拓展相变蓄热技术的应用范围。通过不断减小蓄热设备体积，能够使蓄热模块的蓄热效率有效提高，突出蓄热系统的经济性。梯级相变蓄热技术从理论向实践转变的过程中还有很长的路要走，在实际供热系统中的使用频率相对较低[3]。

3.3 相变蓄热地板辐射供暖技术

相变蓄热地板辐射供暖技术主要分为电采暖和水暖两种方式。在实际使用过程中，电锅炉具有较高的运行费用，锅炉水暖地热会对水资源造成浪费。在电力资源供给不平衡的环境下，用电低谷和用电高峰之间的电量差距较大，虽然使用直接加热式电缆能够在环保和工作效率方面占据较高优势，但因运行费用较高很少被使用。在蓄热系统与电锅炉加热采暖系统进行有效结合之后，可以选择在夜间利用廉价的电能进行蓄热，停止在白天电费价格较高时使用电锅炉，改用夜晚储存装置所储存的热量对用户进行供暖，这样能够使高额的运行费用得到有效降低。通过对相变蓄热地板辐射供暖技术的有效应用，能够使房间内的温度分布具有较高均匀性，提高居住环境的热舒适性，在用电低谷时段储存热能，在用电高峰时段释放热能，将电量填谷移峰，使用电的峰谷曲线更加平滑[4]。

4 结语

在中低温相变蓄热领域，相变蓄热供暖系统的多元化优势明显。相变蓄热供暖技术对电网削峰填谷目标的有效实现具有积极促进作用，使居民的采暖运行费用大幅度降低，使热能得到充分利用，对环境保护具有重要意义，是目前部分地区小区节能供暖的可用措施之一。在对相变蓄热供暖技术的实际功能进行充分研究的同时，还要对其中存在的问题进行深入探索，采取有效措施妥善解决。随着人们高效利用能源的意识和环境保护意识的不断提升，对相变蓄热技术提出了更高更严格的要求，使该技术具有的作用和价值在供暖领域得到了充分发挥。