专利名称：用于生态建筑电力调峰的空调相变蓄能装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电力调峰和热能储存技术领域，涉及一种用于生态建筑电力调峰的空调相变蓄能装置，背景技术储能是指将一时、一地的能量以某种形式储存起来，用于满足其它时间和(或)地点的能量需求，对于消除能源供应与需求间不协调的矛盾、提高能源使用效率以及可再生能源的利用都有重要的价值。根据储能温度，可将储存热能技术分为低温储能和高温储能。根据储能机理，还可将其分为显热储能和潜热储能。与显热储能相比，潜热储能具有储能密度高(高一个数量级以上)、储能-释能温度稳定、体积小、容易控制等优点。相变物质是相变潜热储能的功能体，美国Dow化学公司曾对20000多种相变物质进行技术经济分析，认为其中200余种有利用价值，相变温度涵盖了0℃以下到1000℃。在低温范围(0℃-100℃)，可利用的相变物质很多，如石蜡(烷烃混合物)、脂肪酸及其衍生物等有机相变物质以及无机水合盐相变物质等，尤其是有机相变物质具有相变过程稳定可逆、相变温度可任意调节、相变潜热大、原材料来源广泛、价格低廉等优点，为低温相变潜热储能技术的开发提供了保证。
目前相变储能技术的热点之一是在生态建筑中应用。包括采用材料复合制备技术将相变物质与封装或骨架材料复合在一起，制成复合材料，例如德国BASF公司和Fraunhofer太阳能系统研究所合作采用微胶囊技术将相变物质封装在高分子聚合物中，制备成相变储能泥灰，便于在建筑领域使用。该方法的优点是相变物质储藏可靠性高，储能耐久性好，但成本较高。还有的将相变物质与建筑制品直接复合，使建筑结构同时具有承重和相变储能的双重功能，例如加拿大Concordia大学Feldman教授等人将有机相变物质渗入建筑制品(如石膏板或多孔混凝土砌块等)，制成具有相变潜热储能功能的建筑墙板和砌块等。这一方法的优点是成本比较低，但目前还存在相变物质在使用过程中容易泄漏，储藏可靠性等问题。
近年来，在盛夏季节电力峰谷差变得越来越大，空调的大量普及是其主要原因之一。在盛夏高温时间，空调往往在一天中的某些时段集中启动，导致电网不堪重负。而在相对较凉爽的时段，空调负荷明显减小。过大的峰谷差不仅会造成巨大的能源浪费，尤其导致电力在某些时段出现供不应求的问题。因此，急需开发和推广可行的电力调峰手段，尽可能减小电力峰谷差，缓解电力供求紧张的局面。相变储能是一条可行的用户侧电力调峰方法。通过合适的相变储能装置蓄存空调在电力低谷时段输出的冷量，在电力高峰时段向室内空间输出，可以有效缓解电力峰谷现象。
发明内容
本实用新型的目的在于提出一种可用于生态建筑电力调峰的空调相变储能装置。
本实用新型提出的空调相变储能装置，采用一种相变蓄能罐(专利申请号200510026227.4)作为主要元件，辅以其它设施组成。在该装置中，由一定数量的相变蓄能罐组成蓄能主体，同时采用风机作为换热途径，使用空气作为换热媒质。图1为本装置的结构图示。它由温度控制器1、若干相变蓄能罐2、冷暖两用空调器3(空调可使用分体式挂壁空调、窗式空调、吊顶空调或中央空调)、风机4组成，其中，相变蓄能罐2均匀设置于房间天花板之上，空调器3也设置于房间天花板上方，风机4设置于空调器3的附近，温度控制器1设置于房间内，用于控制相变蓄能罐2、空调器3和风机4，天花板上设有通风孔5。
本实用新型装置的相变蓄能调峰的原理如下夏季，在电力低谷时段(一般上每天凌晨0:00到8:00)开启空调器3的制冷功能，同时开启位于空调附近的换风风机4，将空调器3输出的冷量直接传入天花板之上的相变蓄能罐2，对相变蓄能罐2蓄冷。蓄能罐2中的热电偶测量蓄能罐的温度，并将温度信号传至温度控制器1，由控制器1判断蓄能罐中的相变材料是否已完全发生相变，充分蓄冷。当蓄能罐中的相变材料相变完全后，停止空调器3和风机4的运转。在电力需求高峰时段(一般在白天的8:00到17:00)，在需要制冷的时段，不用启动空调制冷，仅启动风机，利用空气循环换热，将蓄存在蓄能罐2中的冷量逐渐释放到室内空间。可根据所需的温度和负荷，调整风机流量。同样道理，在冬天，利用空调器的取暖功能和相变蓄能罐的蓄热功能，来达到电力调峰和节省电费支出的目的。
推广使用本实用新型具有如下益处(1)可在用户侧对电力调峰做出贡献。建筑空调的集中使用已经成为夏季和冬季电力峰谷差和电力供应紧张的重要原因之一。本实用新型正是通过改变建筑空调的使用模式—由集中使用转为分散使用，并将峰时的空调电力负荷转移到谷时，来缓解电力供应紧张局面，降低峰谷差。
(2)可为用户节省电费开支。在我国的大多数城市都实施分时电价。以上海为例，夏季非工业经营用电(即办公建筑用电)的谷时电价为0.232元/度，峰时电价为1.044元/度，每度电相差近0.8元。因此，如果能大面积使用本实用新型实施电力调峰，为用节省电费开支的效益非常明显。
(3)与现有的空调蓄冷技术—冰蓄冷技术相比，本实用新型提出的蓄能装置温度较高，可直接利用建筑中原有的空调系统进行嵌入，不仅具有高的系统效率(COP)，而且还具夏天蓄冷和冬天蓄热的双重功能，具有投入少，见效快的优点。
图1相变蓄能装置结构示意图。
图2实施例中的相变蓄能罐布置图示。其中，图2a为俯视图，图2b为侧视图。
图3实施例中的钢板和轻钢龙骨图示。其中，图3a为俯视图，图3b为侧视图。
图4实施例中的吊顶图。
图中标号1为控制器，2为蓄能罐，3为空调器，4为风机，5为通风孔，6为房间室内，7为天花板，8为龙骨，9为钢板，9a为上层钢板，9b为下层钢板，10为建筑屋顶。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本实用新型作进一步说明。
首先是相变材料的选择。一般选择相变温度在18-26℃的相变材料。在本实施例中选择纳米多孔石墨基相变储能复合材料作为相变材料，该复合材料有纳米多孔石墨和脂肪酸分子合金复合而成，其具体制备方法请参见我们的发明(多孔石墨基相变储能复合材料及其制备方法，申请号200410052870.X)。本实用新型中选用的脂肪酸分子合金为癸酸-肉豆蔻酸分子合金，其中癸酸和肉豆蔻酸的比例为为3∶1，其具体制备方法请参见我们的发明(制备有机分子合金相变储能材料的方法，专利申请号200510026226.X)。脂肪酸分子合金和纳米多孔石墨的复合比例为50∶1。然后将纳米多孔石墨加入饮料易拉罐中，制备相变蓄能罐。相变蓄能罐的制备方法请参见我们的发明(一种相变蓄能罐，专利申请号200510026227.4)。
相变蓄能罐2均匀置于天花板吊顶之上，利用轻钢龙骨和薄钢板固定之。在本实施例中，房间使用面积为12平方米(3米×4米)。使用1000个相变蓄能罐，分两层放置。每层放500个，分25列，每列20个，相邻列错开半个罐间距，排列情况见图2。列中罐心间距为10厘米。列心线间距为10厘米。相变蓄能罐用热胶固定在薄钢板上。薄钢板用轻钢龙骨固定在吊顶天花板之上，其固定方式如图3和图4所示。两层钢板之间的间距以及上层钢板和建筑顶板的间距均为15厘米，下层钢板与吊顶天花板间距为5厘米。吊顶天花板采用普通铝合金天花板。
空调器3采用一台1.5匹分体式挂壁冷暖两用空调，安装于天花板上方(如图1所示)。风机4采用转速可调的吊顶风机(型号为ATP-0680-040，电机功率为100W)，安装在空调下方。在天花板的四周开20个孔径为2厘米的通风口，均匀分布于天花板上。在相变蓄能罐群体中选择位于中间和边缘的5个蓄能罐，在其中安装热电偶(热电偶型号为WREX-10，分度号为E镍铬-康铜)，热电偶接入温度控制器1，由温度控制器根据测得的热电偶温度值控制空调的开关。温度控制器可选用CAL9400型微电脑温度控制器。
权利要求1.一种用于生态建筑电力调峰的空调相变蓄能装置，其特征在于由温度控制器(1)、若干相变蓄能罐(2)、冷暖两用空调器(3)和风机(4)组成，其中，相变蓄能罐(2)均匀设置于房间天花板之上，空调器(3)也设置于房间天花板之上，风机(4)设置于空调器(3)的附近，温度控制器(1)设置于房间内，用于控制相变蓄能罐(2)、空调器(3)和风机(4)，天花板上设有通风孔(5)。
2.根据权利要求1所述的空调相变蓄能装置，其特征在于所说相变蓄能罐(2)的相变材料的相变温度为16-26℃。
3.根据权利要求2所述的空调相变蓄能装置，其特征在于所说的相变材料为纳米多孔石墨相变储能复合材料。
4.根据权利要求2所述的空调相变蓄能装置，其特征在于所说相变蓄能罐分上下两层放置。
专利摘要本实用新型属于电力调峰和热能储存技术领域，具体为一种用于生态建筑电力调峰的空调相变蓄能装置。它由若干相变蓄能罐、空调器、风机和温度控制器组成。其中，相变蓄能罐、空调器、风机设置于房间天花板吊顶之上，相变蓄能罐均匀分布。温度控制器监控相变蓄能罐的温度变化，并控制空调器和风机的运转。利用相变蓄能罐中相变材料的储能机理，在夏季(冬季)于用电低谷段开启空调器的制冷(制热)功能，使蓄能罐储冷(储热)，于用电高峰段，蓄能罐释放冷量(热量)起到调温作用。从而在用户侧为电力调峰作出贡献，同时也为用户节省电费支出。
文档编号F24F5/00GK2839872SQ20052004451
公开日2006年11月22日 申请日期2005年8月25日 优先权日2005年8月25日
发明者张东 申请人:同济大学