基于可调节隔热的PCM储放能过程优化研究

相变储能材料简称PCM(Phase change material),具有比一般材料更大的相变潜热,被广泛应用于建筑围护结构、户外设备散热隔热等领域。PCM实现节能减排的本质是通过充放能循环来优化能量在时间上的分配不均问题。为了进一步优化其充放能循环过程,国内外研究者们以模拟、实验等方法,从PCM的充能和放能角度对其工作循环过程进行了优化研究。但是,PCM在充能和放能阶段需要和外界冷热源间保持不同的热阻,而现有的相变储能技术无法满足该需求。PCM充放能过程的协同优化策略亟需研究。本文提出了一种提升PCM工作性能的新思路:使用可调节式隔热协同优化PCM充能和放能过程。对于将自然环境作为充放能的冷源或者热源的应用场景,通过控制空气隔热层的厚度,调节PCM与外部环境间的热阻,从而实现充放能过程协同优化。本文采用计算机模拟和实验研究的方法对PCM的充放能过程进行优化研究。分别以建筑屋顶结构和户外光伏逆变器两个场景作为研究对象,研究了不同隔热策略下的热流及温度分布情况。结果表明,基于相变储能技术的可调节式隔热结构应用在建筑屋顶结构中能降低屋顶的冷热负荷,减少屋顶冷热负荷造成的能源消耗20%以上;应用在户外逆变器设备中能有效降低其关键元件的最高温度5°C以上。总体而言,可调节式隔热结构能够提升PCM的充能效率,降低PCM放能过程的损耗,为PCM充放能过程协同优化的进一步研究打下基础。