民用建筑用毛细管相变蓄能罐性能的实验研究

赵 民，李 杨，蔡 婕，康维斌，刘 磊

（1中国建筑西北设计研究院有限公司，陕西 西安 710018；2中南建筑设计院股份有限公司，湖北 武汉 430000）

“一带一路”重大战略的构建和国家碳达峰碳中和战略的有效引导，对我国能源供给侧改革提出了更高水平的要求。绿色和可再生能源的开发利用是实现碳中和的根本途径[1]。在建筑暖通空调系统中，蓄热技术能有效提高能源利用率、“削峰填谷”提高运行经济性、缓解环境污染、解决可再生能源具有的不连续性及不稳定性、用户侧和能源供给侧存在时间和空间上不匹配的问题[2]，民用建筑中城镇及农村单体住宅集中供热系统中利用蓄热技术，可吸纳可再生能源，减少传统火力发电对化石能源的消耗，改善我国能源结构。在民用建筑领域，尤其是针对谷电利用和太阳能热利用，需要集成蓄热装置协同使用[2-5]。

相变蓄热装置作为相变蓄热系统的重要组成部分，可以保障蓄热介质蓄、放热的顺利进行，其使用周期、安全性和结构优化是研究重点[6]。崔海亭等[7]设计了以太阳能为热源的圆柱形蓄热器，将封装了石蜡的蓄热球体放置在蓄热器中，分析了热媒进口温度和流量变化对蓄热器热性能的影响。叶三宝等[8]设计了一套以石蜡为介质的热管式相变储热换热器实验装置，在平板热管两侧平面添加纵向翅片强化换热，对其蓄、放热特性进行了实验研究。Vyshak等[9]发现壳管式结构是优先考虑的储热装置结构，其中在相同条件下，在长方形结构中相变材料的熔化时间更短。Gong 等[10]发现流动换热介质的流动方向对系统也有影响。魏云霞等[11-12]提出了圆筒螺旋形相变蓄能罐，采用PX-58有机无机复合新材料对其蓄放热性能进行研究，讨论了其在不同出水流量下的放热性能，得到了0.1 m3/h流量4.5 h放热29 MJ的实验结果。

工程常用的相变材料热导率低，自身在传热过程中形成的热阻很大，而换热装置的管壁很薄，在传热过程中形成的热阻很小，因此，提升换热装置材料的导热性能，并不能显著改善相变蓄能罐内的传热性能，应重点突破石蜡自身传热热阻高的问题。如图1所示，相比于传统的螺旋盘管式相变蓄能罐，增加相变蓄能罐内的热源数量，缩短石蜡自身传热距离，降低传热热阻，是提升相变蓄能罐传热性能的有效途径。毛细管网因为其大比表面积，具有换热面积大、壁薄导热性好、换热均匀、水力损失小的特点，沿竖直方向，毛细管网在任意水平面上具有大量的毛细管热源，是工程领域中常用的高效末端换热装置。同时PPR 材质轻软，易于加工，并不会明显增加蓄能装置的重量，还能够显著降低换热装置的造价，被广泛应用于建筑工程领域。Koschenz 等[13]将石蜡和毛细管水系统布置在办公室和工业建筑的天花板层，实验结果发现石蜡的蓄热能力高达0.3 kWh/(m2·d)，并且可将天花板的整体厚度控制在5 cm 以内，开发了用于计算相变材料墙壁和天花板热特性的数值模型。夏燚等[14]提出了一种双层相变蓄能地板辐射末端系统，上下叠放的蓄热层和蓄冷层内嵌毛细管网，通过蓄能和放能，实现夏季辐射供冷、冬季辐射供暖。

图1 相变蓄能罐蓄热过程传热Fig.1 Heat transfer diagrams for phase change energy storage tanks during heat storage

结合毛细管网末端的高比表面积、低加工成本与相变蓄热材料的高潜热性，目前的研究多将毛细管网用于相变辐射系统中，对其作为相变蓄热装置内部换热结构的研究较少。而相较于其他蓄热结构，采用毛细管换热结构的相变蓄能罐具有体积小、蓄热量大、便于蓄放热控制、易于制造加工等特点适合在民用建筑中使用推广。本工作经相变蓄能装置内部传热的理论分析，提出一种新型毛细管相变蓄能罐，采用常见的工业石蜡作为相变介质(phase-change material，PCM)，水为传热流体(heat transfer fluid，HTF)进行实验研究。以提高相变蓄能罐蓄放热效率、探索最优运行策略为目标，对其变参数工况下的温度响应、功率变化、罐内温度均匀性等进行了测量，获得了家用相变蓄热罐运行参数及使用建议，有利于促进相变储能技术产品化和市场化，加快在建筑中的推广应用，进一步提高建筑节能水平。

1 实验装置

1.1 实验产品——相变蓄能罐

本工作使用PPR 材质的毛细管网作为换热单元，供回水干管外径为20 mm，壁厚为2 mm，毛细管外径4.3 mm，壁厚为0.8 mm，间距20 mm，单根毛细管长度800 mm，单排排布23根，共12排。毛细管采用管箍进行固定。连接弯头与水平呈现67°夹角，将12排均匀排列的毛细管网单元首尾连接，如图2(d)形成同程式管路，确保了换热装置各处的水力平衡，实现热源毛细管的均匀分布，沿图2(a)所示箭头方向可实现HTF 的自上而下(或自下而上)流动。该装置总体尺寸为550 mm×260 mm×870 mm(高)，总换热面积达到了3.92 m2，总体积为0.0164 m3，装入罐的相变材料质量为114.5 kg。将其放置在自保温性能的双层不锈钢罐体内，填充40 mm 厚聚氨酯发泡保温材料(包括罐体底部和顶部)，总体尺寸为660 mm×350 mm×1100 mm(高)。

图2 实验产品Fig.2 Experimental product diagram

在中低温相变蓄热系统中，合适的蓄热介质至关重要，这关系到蓄热系统的热量利用效率[3]，由于导热管件壁厚有限，在传热过程中形成的热阻很小，相变介质自身的导热热阻是影响相变蓄热罐换热的主要因素。考虑民用建筑内供温需求、使用成本、安全性、腐蚀性及循环稳定性等因素，选择54 号半精炼石蜡作为低温相变材料，其物性参数见表1。

表1 实验用相变介质-54号半精炼石蜡热物性参数Table 1 Thermophysical parameters of Semi refined paraffin wax

1.2 实验系统

为了研究自主研发的相变蓄能罐蓄放热性能，搭建了一套相变换热实验系统，如图3所示，主要由换热流体循环系统、蓄放热换热管测试系统和数据采集系统组成。换热流体循环系统主要由加热水箱、储水箱、风冷换热器、蓄放热循环泵、管道及阀门件组成；蓄放热换热管测试系统主要由相变材料填充的相变蓄能罐和变向阀组件组成；数据采集系统由热电偶、流量计和NI9213数据采集仪组成。实验前先用比较法标定各热电偶，并进行测量补偿，保证热电偶的采集精度为0.1 ℃，流量计的测量误差为±1%，经计算实验测量参数的合成标准不确定度在4%以下。实验控制环境温度为(20±2) ℃。

图3 实验系统Fig.3 Experimental system diagram

实验基于相变蓄能罐内不同位置PCM 温度、进出口水温测量目的布置测点，温度测试方法是基于热工测试温度测量基本原理。采用T型热电偶测点布置如图4所示，共20个测点，其中毛细管覆盖区测点分别布置在0.0、0.4和0.8 m高水平面上的中心和四周，各层布置5个；非毛细管覆盖区由于传热性能较差，仅选取了顶层左侧、顶层右侧和中层右侧，除此外在进回水端口布置水温测点。

图4 热电偶测点分布Fig.4 Measuring point distribution diagram of thermocouple

1.3 计算方法

相变蓄热装置的热工性能测试采用间接测试方法，蓄热功率、蓄热量分别按式(1)、式(2)计算：

式中，PS为蓄热过程蓄热功率，W；ρ为HTF平均密度，kg/m3；cp为HTF 比热容，J/(kg·K)；V为HTF 流量，m3/h；tw1i为i时刻HTF 进口温度，℃；tw2i为i时刻HTF出口温度，℃；QS为蓄热过程放热量，kJ；∆τi为测试时间间隔，s；i为测试次数；T为总记录次数。同理，采用积分方法计算相变蓄热罐的放热量。

2 结果与讨论

2.1 蓄热罐蓄放热阶段温度响应及功率变化

为讨论相变蓄能罐的实际应用性能，针对不同入口温度、毛细管内HTF流速流量、流动方向，实验跟踪测量罐内材料温度、流动介质出口温度，得到蓄放热功率及累计蓄放热量的变化。具体工况设置见表2，其中X1、X2、X3(蓄热)/F1、F2、F3(放热)为仅入口温度对比工况，X2、X4、X5/F2、F4、F5 为仅流量对比工况，讨论HTF 流动方向是否影响其与PCM 的充分换热，X2、X6/F2、F6 为仅相反流向对比工况。

表2 蓄放热工况实验统计Table 2 Experimental statistics of heat storage and release conditions

2.1.1 对照组罐内PCM温度

如图5所示，罐内PCM相变蓄热主要分3个阶段：第1 阶段，固相显热存储，约在50 min 内完成，温升速度为15 ℃/h。HTF由下至上通过毛细管与PCM 换热，换热温差大PCM 快速升温。第2 阶段，相变潜热存储，约在200 min完成，温升速度约为1.5 ℃/h。此时PCM 开始由固态熔化为液态，由于其较高的相变潜热值，各点升温缓慢。第3阶段，液相显热存储。PCM 完全熔化后，温差小液态热导率低，温升仅呈现略微加快的趋势，约为2.5 ℃/h。在相变蓄热发生300 min(即5 h)以后，PCM 温度相对稳定，受介质密度与换热充分程度的影响，最终罐内呈现上部高于中部高于下部的温度分层。反之在凝固放热阶段，液相显热放热前10 min降温8 ℃左右，此时温差大自然对流作用强，PCM 呈完全熔化态。在相变潜热放热阶段，靠近毛细管壁的PCM 开始凝固1 h 内降温至50 ℃，层叠形成较厚的固态壁，阻碍了外侧介质对流换热，同时受重力作用PCM 更易沉降罐体底部，温度变化慢，总体完成相变约耗时3 h。其中罐内非毛细管覆盖区(右上、左上、右中测点)空气温度受PCM挂壁凝结及介质沉降的影响，温度降低持续较缓。

图5 蓄热X2工况及放热F2工况下PCM温度变化Fig.5 The temperature change of PCM (X2, F2)

2.1.2 变参数工况下蓄能罐温度响应与功率变化

判定相变蓄能罐蓄放热阶段的性能表现，蓄热工况要求在短时间内完成热存储，即考察瞬时蓄热功率、累计蓄热量的大小；放热阶段主要考虑供水温度的持续稳定性，即考察出水温度、释热效率与累计释热量。本工作分阶段统计了蓄、放热的时间及瞬时功率，统计出累计蓄放热量，考察罐体的实际使用性能。

（1）蓄热阶段

图6、图7 分别表示不同入口温度(65、70、75 ℃)、流量(85、142、199 L/h)及流向(自下而上、自上而下)时瞬时蓄热功率和累计蓄热量的变化。随着温度升高，换热温差加大，流量提高，HTF的雷诺数(Re)、努塞尔数(Nu)增大，均使得流动换热增强，该相变蓄能罐5 h内蓄热功率在5000～600 W内呈负指数衰减，总蓄热量累计在20160～27000 kJ，即5.6～7.5 kWh。达到1000 W 左右瞬时功率时，65 ℃进水温度下用时75 min 并持续约185 min，70 ℃进水温度下用时175 min 并持续约75 min，75 ℃进水温度下用时225 min 并持续约25 min。说明进水温度越高，PCM 稳定在较高热功率下蓄热时间越长，累计蓄热量越高。根据傅里叶定理可知，温度梯度越大，单位时间传递的热量越大，吸收的总热量也越多。同时随着温度升高，PCM 在固液相显热存储阶段蓄热量变化基本一致，相变潜热存储阶段蓄热量差异增大，这与温度影响相变潜热发生的时间及稳定功率有关。而流量增大稳定蓄热功率显著提高，累计蓄热量呈线性增大。同样采取下进上出的流动方向，HTF 温度提升5 ℃(工况X3)比毛细管内流速提高0.01 m/s(工况X5)蓄热量更少。对于70 ℃进水温度，142 L/h流量的蓄热工况，上进下出流向下的蓄热量仅为下进上出流向下的80%，且下进上出流向下瞬时功率均匀降低，换热均匀性强。这是由于换热流体流向影响了PCM熔化方向，与重力逆向时熔化液体上浮促进罐内PCM 对流换热，而与重力同向时物理分层削弱扰动，换热均匀性差，稳定蓄热功率低。

图6 变参数工况瞬时蓄热功率Fig.6 Heat storage power under variable parameter conditions

图7 变参数工况蓄热量累积变化Fig.7 Change of heat storage under variable parameter conditions

综合考虑水温的蓄热成本与短期高蓄热量的使用需求，X5工况采用下进上出蓄热方向，70 ℃进水温度，199 L/h大流量为最优蓄热参数工况。

（2）放热阶段

图8、图9 分别表示了不同进水温度(25、30、35 ℃)、流量(85、114、142 L/h)及流向(自上而下、自下而上)时瞬时释热功率和累计释热量的变化。随着毛细管内低温HTF与管外高温PCM导热及对流换热，该相变蓄能罐5 h内释热功率在4000～400 W内呈负指数衰减，总释热量累计在17280～23400 kJ，即4.8～6.5 kWh。工况中温度提升5 ℃(工况F3)比对照组工况累计放热量降低26%；流量增大70%(工况F5)与对照组工况相比累计放热量变化在5%以内，因此改变进温对释热功率及释热量影响明显大于改变流量。这与温度影响相变潜热的发生时间有关，温度升高，温差减小，毛细管网周围PCM更早发生相变，但速率降低同时间内累计放热量有限。基于毛细管网结构的同程直管通道，其换热均匀性较高，改变流量、提高流速对其放热功率影响较小。在放热前2 h内低温、大流量的HTF在蓄热罐内瞬时释热功率衰减慢、稳定释热功率较高，而放热3 h 后85 L/h 小流量下HTF 的释热功率最高，5 h 后其总放热量与大流量、低温工况相近均在5.56 kWh 以上。表明在液相显热释热及相变潜热释热阶段降低进温提高温差、增大流量加快换热，PCM释热功率均较高，而当PCM主体完成相变的固相显热释热阶段，小流量工况下PCM 的稳定放热功率较高，能使显热放热更充分。而在同温同流量下，HTF在下进上出工况相变潜热释热阶段的稳定释热功率明显高于上进下出工况，5 h内累计换热量约为反向工况的1.1倍。这是由于层流模型中，在重力条件下流体内部温度差导致密度差从而产生浮升力形成自然对流，逆重力流动时浮升力与运动同向起助推促进作用[15]，靠近壁面速度增大剪切力增大，流动形态呈“M 型”，自然对流叠加强制对流混合流动换热增强；而顺重力流动时近壁面流速降低中心速度增大压力损失较小，流动形态呈“U 型”，壁面传热能力被削弱因而总体传热量较小[16-17]。

图8 变参数工况瞬时放热功率变化Fig.8 Heat release power under variable parameter conditions

图9 变参数工况总放热量累积变化Fig.9 Change of total heat release under variable parameter conditions

相变蓄能罐HTF的出口温度决定了用户的实际使用条件，同时反映了PCM凝固特性。图10为变参数工况出水温度变化，出口温度从接近相变材料温度开始降低，放热前期变化较快，随后变化缓慢，这是由于放热前期利用相变材料显热加热，出水温度较高且温降较快，进入潜热释放阶段温降速度逐渐减缓，这主要由于进入潜热换热阶段内部相变材料的温度变化趋于平缓，内外部换热温差变化速率也逐渐减小，因此出水温度逐渐平稳。而后潜热放尽，再利用显热加热但热量少，因此后期出水温度下降加快。温度变化(25～35 ℃)的影响远大于流量(85～142 L/h)影响。随着流动换热进行，3 h内出水温度缓慢降低，温度较高、流量较小的工况，降温越平缓，水温稳定性较强，除低温工况外进出水温差均在13 ℃左右。其中同温同流量的下进上出工况比上进下出工况出水温度更高，这是因为蓄热罐内部的PCM 在高度方向上呈现上高下低的温度分布，遵循能量梯级利用的标准，采用HTF自下而上的方式能得到更多有效的热水；4 h 时除高低温工况外，其余各工况出水温度逐渐接近，温差在10 ℃；5 h后进出口温差在3 ℃。为验证变参数工况下的实际传热效率，引入效能-传热单元数(ε-NTU)验证实验装置的平均总效能，其综合考虑了相变材料的显热及潜热释放。效能ε定义为单元体的实际换热量与理论上的最大可能换热量之间的比值，反映冷热流体进出口温差的利用率，Tin、Tout为流体的进出口温度，TPCM,i为PCM均温。

图10 变参数工况瞬时出水温度变化情况Fig.10 Change of outlet water temperature under variable parameter conditions

图11 为变工况下平均效能随时间的变化，呈现波动降低的趋势。初始时释热效率可达到0.7 左右，随着换热进行释热效率缓慢降低，逐渐由潜热释热变为显热释热。85 L/h小流量工况及下进上出工况平均总释热效能最高，均值在0.7 左右，而其余工况当流量、温度变化时平均效能均稳定在0.5。在4 h后，除小流量工况平均总效能稳定在0.6外，其余工况均最低达到0.4。说明同温小流量工况能提高释热效率，显著延长其有效换热时间。实际使用中对放热阶段要求出口水温相对稳定，累计释热量大放热效率高，且系统功耗低，在85～142 L/h小流量、较高进水温度、下进上出流向工况下实际使用时能使系统运行、放热效果更好。

图11 变参数工况瞬时放热效能变化Fig.11 Heat release efficiency change under variable parameter conditions

2.2 蓄热罐内部温度均匀性对比

2.2.1 蓄放热阶段轴向层间及各层温度分布

图12 对比了对照组X2/F2 蓄放热工况下的PCM 温度分布情况。除毛细管未覆盖区测点外，蓄放热阶段相变蓄能罐内PCM 温度各层均呈现统一→分散→统一的变化。在罐内非毛细管覆盖区(左上、右中点)局部属于PCM盲区，依靠内部导热升温，无明显相变区间。对比图12(a)、(c)、(e)蓄热工况(进温70 ℃、流量142 L/h、流向自下而上)，受流动方向影响，底层PCM升温最快在25～125 min最先发生相变，最终在160 min完全熔化温度统一到58 ℃；除非毛细管覆盖区“右中”测点外，h=0.4 m高度处PCM相比底层受热分散，约在50～150 min内完成相变升温至60 ℃；由于罐内顶部传热温差较小且体积波动大，顶部PCM 升温缓慢且相变发生后温度差异性增大，约在50～200 min发生相变熔化终温统一到63 ℃。对于图12(b)、(d)、(f)放热工况(进温30 ℃、流量114 L/h、流向自上而下)，PCM 液态时分子扩散性强对流作用显著，前期各层均在20 min 进入相变潜热放热，其中位置越高换热温差大对流作用越剧烈。上层主体在75 min内完成相变最终降温至35 ℃，中层和底层PCM均在250 min内逐步降温至38 ℃，且底层降温最慢，层内温度差异性最大，这是由于毛细管内HTF由上到下与外界温差逐渐减小，顶部PCM 挂壁凝结后液面降低，使得中底层PCM质量增大传热速率减慢。综上蓄放热工况下罐内温度受冷热水流动方向影响，传热温差越大的位置相变开始的时间越早持续时间越短，最终达到的稳定温度越低。总体而言，蓄热工况下PCM 熔化后温度呈现逐步分层，而放热工况下凝固后最终温度均匀性高，层间差异小。

图12 蓄放热对照组温度变化Fig.12 Temperature change under heat storage and release conditions (X2, F2)

2.2.2 变流量蓄热及变进温放热态下罐内PCM 温度分布

通过变参数工况下蓄放热阶段的温度响应、瞬时功率及累计换热量分析，得到蓄热阶段流量影响、放热阶段温度影响占主导，采用下进上出工况能使相变蓄能罐性能更优的理论支撑。因而选取变流量蓄热及变进温放热工况，横向对比各工况下罐内PCM温度分布，讨论温度均匀性及相变响应情况。

图13为蓄放热变参数工况罐内温度分布，对比蓄热工况图13(a)、(c)、(e)HTF 以70 ℃进温自下而上流动，流量从85 L/h—142 L/h—199 L/h 逐渐增大，相变潜热蓄热时间由280 min—200 min—150 min缩短，蓄热5 h后PCM稳定温度由60 ℃—63 ℃—65 ℃逐渐升高，累计蓄热量依次增大，且各工况上中下部温度分层显著。小流量下蓄热慢但内部PCM 混合充分温度均匀性高，大流量下非毛细管覆盖区PCM导热较慢，PCM内部密度不均相互混合，温度出现明显凸增现象。对比放热工况图13(f)、(d)、(b)以142 L/h流量自上而下流动，放水温度从25 ℃—30 ℃—35 ℃逐渐升高，放热温差减小，毛细管覆盖的主体PCM 区发生相变潜热放热的时间由75 min—100 min—125 min 逐渐升高但温度差异性减小，放热5 h内PCM降温减缓均逐渐降低至与进水温度相差5 ℃。综合考虑实际使用工况，需要实现“加速蓄热，均匀放热”的运行要求，可以适当提升蓄热工况下的系统流量，加速相变潜热蓄热过程，获得较大的蓄热量。同时提升放热工况下的进水温度，延长相变潜热放热时间，得到较均匀的换热温度。

图13 蓄放热变参数工况罐内温度分布Fig.13 Temperature distribution under heat storage and release conditions (X2, F2)

2.3 应用分析

综合上述分析，在30～60 ℃温度范围内，该相变蓄能罐实验测量在5 h内蓄热量可达到26650 kJ，同时在5 h 使用时间内均能保证进出口温差大于5 ℃。这与传统的蓄热水箱全部通过显热蓄热相对比，同等体积(145 kg)、工作温度范围的蓄热水箱蓄热量为18180 kJ，即蓄热量提升比例为46.5%。在热量需求大、家用体积有限、布置灵活度高的民用建筑内有较为广泛的应用前景。

在低温辐射供暖系统中，其供暖季毛细管网的供水温度可低至35 ℃，取30 ℃进水、85 L/h流量的放热工况，相变蓄能罐放热230 min(3.8 h)内出口水温均在35 ℃以上，累计放热量为4.93 kWh(17730 kJ)，实现5 ℃温差下能加热水量为848 L，该放热阶段内的热水可作为有效的供暖热源。以普通住宅间歇供暖模式为例，主要针对其中1间20 m2卧室进行供暖，每平方米的供暖负荷约为40 W，总供暖负荷为800 W。每天早5∶00—9∶00晚19∶00—23∶00共10 h供热，即冬季供暖期每天早晚各需要4 kWh 的热量，1 台相变蓄能罐在0∶00—5∶00 及12∶00—17∶00 早晚各蓄热一次即可实现间歇供暖满足全天供热需求。

同样在洗浴用水方面，单人次洗浴热水用水量约为45 L，热水温度在40 ℃以上可满足需求。在夏季自来水25 ℃进水、85 L/h流量的放热工况下，相变蓄能罐放热76 min(1.3 h)内的出口水温均在40 ℃以上，累计放热量在2.6 kWh，只需在供热水管路上设置温度控制阀，即可将热水与自来水混合成温度稳定的40 ℃有效洗浴用水。该相变蓄能罐至少可满足3人次的洗澡需求(即{[4.18×45×(40-25)]/3600}×3=2.4 kWh<2.6 kWh)，并且混水供应后可用人员、用量范围更广。除此外，该相变蓄能罐体积小、家用操作方便、布置灵活度高，串联叠加使用调节温差或并联叠加使用调节流量[18-20]均能产生更有利的蓄放热效果，同时可联合可再生能源利用[21]、谷电利用装置[22]等集成系统，在民用建筑家用生活领域有更为广泛、丰富的应用前景。

3 结论

经相变蓄能装置内部传热的理论分析，设计了以高效毛细管换热装置为核心部件的民用建筑相变蓄能罐，搭建了相变蓄能罐性能测试实验系统，探究不同循环工质入口条件以及循环工质流动方向等因素对相变蓄能罐性能的影响，分析相变蓄能罐的传热特性和使用性能，得到以下结论。

（1）提升换热装置材料的导热性能，并不能显著改善相变蓄能罐内的传热性能，应重点解决相变材料自身传热热阻高的问题；增加相变蓄能罐内的热源数量，缩短石蜡自身传热距离，降低传热热阻，是提升相变蓄能罐传热性能的有效途径。毛细管网具有大比表面积，沿竖直方向在任意水平面上具有大量的毛细管热源，是高效、实用、经济的相变换热装置。

（2）该相变蓄能罐实验工况下累计蓄、放热量在4.8～7.5 kWh。流量变化在蓄热阶段占主导，温度变化对放热阶段影响较大，而小流量工况下，出水温度的持续稳定性更好。对于“蓄热快且容量大、放热慢且水温高”的功能需求，蓄热阶段工质入口温度70～75 ℃适宜，毛细管内工质流速推荐0.025～0.035 m/s。放热阶段毛细管内工质流速建议0.020 m/s以内。同温同流量的HTF在自下而上逆重力流动换热时效果更好，蓄、放热量分别是自上而下顺重力流动换热的1.2和1.1倍。

（3）相比于常规的蓄热水箱，相变蓄能罐在民用建筑中低温热水应用领域具有明显优势，蓄热量提升比例为46.61%，布置灵活度高。可用于民用建筑内低温辐射采暖和人员洗浴，30 ℃、85 L/h出水工况下单台蓄热2 次即可满足20 m2房间1 天的间歇供暖需求，和至少3人次的淋浴需要。在民用建筑家用生活领域有更为广泛、丰富的应用前景。