蓄热技术及其应用

蓄热技术在日常生活中的应用可以追溯到远古时代。20世纪30年代以来，特别是受20世纪70年代能源危机的影响，蓄热的基础理论和应用技术研究在发达国家迅速崛起并得到不断发展，太阳能、材料科学、航天技术、工程热物理、建筑物空调采暖通风及工业废热利用领域的相互渗透及迅猛发展为蓄热研究和应用创造了条件。
蓄热技术是用于解决热能供求之间在时间和空间上不匹配的矛盾，因而是提高能源利用率的一种能源新技术，其特点是可以将暂时不用或多余的热能通过一定的介质储存起来，在需要时再利用。热能储存技术可以广泛应用于具有间断性的能源系统，如太阳能利用系统、风电系统以及工业余热系统。 我国蓄热的理论和应用研究比起发达国家还有相当大的差距。
本书一部分取自近期国内外研究者的著作或公开发表的文献，经本书作者综合整理编写而成，另一部分是作者总结本人和北京航空航天大学人机环境系统工程研究所近年来的一些研究成果，注重工程上的应用。
本书系统地介绍了该领域的基础理论和国内外近年来的主要研究成果和最新进展，内容包括：蓄热技术概述、蓄热式热交换器、蒸汽蓄热器的原理及应用、蓄热型热泵、太阳能利用中的蓄热技术、蓄热技术在航天、轻工、建筑、空调中的应用、蓄热式燃烧技术的开发和应用以及蓄热式电锅炉在供暖中的应用等内容。
本书可作为化工、热能动力、轻工、暖通、空调和热工等部门的工程技术人员及设计人员参考，亦可作为大学本科、研究生的学习参考资料。
全书编写分工如下：崔海亭编写第1章至第4章、第6章、第9章、第8章部分内容、第11章和第12章；杨锋编写第5章、第7章、第8章其余部分和第10章。全书由崔海亭统稿。
清华大学张寅平教授对初稿提出了宝贵的建设性意见。本书在撰写过程中，得到了北京航空航天大学袁修干教授和许多同事、同行的支持与鼓励，在此一并表示感谢。
由于作者水平有限，不足之处在所难免，恳切希望读者批评、指正。

编者
2004年4月

本书系统介绍了蓄热领域的基础理论和国内外近年来的主要研究成果和最新进展，详细介绍了蓄热技术概述，蓄热式热交换器，蒸汽蓄热器的原理及应用，蓄热型热泵，太阳能利用中的蓄热技术，蓄热技术在航天、轻工、建筑、空调中的应用，蓄热式电锅炉在供暖中的应用等内容。

第1章绪论１
11能源利用的现状及面临的问题１
111能源概况１
112能源的种类3
113中国能源现状4
114热能的开发与利用７
12蓄热技术的发展过程及应用８
121蓄热技术的发展过程８
122蓄热技术的典型应用１３
参考文献１９
第2章蓄热技术概述２２
21常见的蓄热方式２２
211显热蓄热２２
212潜热蓄热２６
213热化学方法蓄热３２
214长期储热３７
22蓄热材料的性能要求及分类３９
221蓄热材料的性能要求３９
222蓄热材料的分类４０
23典型的蓄热材料及应用４５
231典型固液蓄热材料４５
232典型固固蓄热材料５１
233典型化学反应热蓄热材料５７
24蓄热技术的新发展６０
参考文献６８
第3章蓄热式热交换器７４
31回转型蓄热式热交换器７５
311回转型热交换器的结构和工作原理７５
312回转型蓄热式热交换器的材料及形状７６
313回转型蓄热式热交换器的传热计算７７
32换向型蓄热式热交换器８０
321换向型蓄热式热交换器的结构和工作原理８０
322砖格子蓄热体８１
323球、杆或网状物蓄热体８３
参考文献８４
第4章蒸汽蓄热器的原理及应用８５
41蒸汽蓄热器的应用场合８５
42蒸汽蓄热器的工作原理及结构８７
421蒸汽蓄热器的工作原理８７
422蒸汽蓄热器的分类８７
423蒸汽蓄热器的结构８８
424蒸汽蓄热器的选用及运行８８
43蒸汽蓄热器的热工特性９０
44蒸汽蓄热器的设计计算９３
441蓄热量的计算原则和方法９３
442蒸汽蓄热器的容积计算９６
443计算实例９７
45蓄热器应用举例与经济效益分析９９
451蓄热器在卷烟生产企业中的运用９９
452蓄热器在酿酒等行业中的节能效益101
453蓄热器在余热锅炉上的应用１０２
454蒸汽蓄热器在轻化工中的应用１０３
455蒸汽蓄热器的经济效益分析１０４
参考文献１０９
第5章蓄热型热泵１１１
51热泵的原理及分类１１１
52热泵蓄能系统１１４
53蓄热型热泵的工作原理及介质的选择１１６
531蓄热型热泵的工作原理１１６
532蓄热型热泵介质的选择１１８
54蓄热型热泵循环计算１１９
541蓄热型热泵循环的计算模型的建立１１９
542蓄热型热泵循环的理论计算举例１２１
55冰蓄冷的应用１２２
551水蓄冷和冰蓄冷的比较１２３
552冰蓄冷方法的分类１２５
553冰蓄热系统与空气热源热泵的组合１２６
56蓄热型热泵的应用前景１２７
参考文献１２８
第6章太阳能利用中的蓄热技术１２９
61太阳能蓄热技术概述１２９
62太阳能蓄热技术的分类１３１
621按蓄热温度的高低分类１３１
622按蓄热方式分类１３２
63太阳能蓄热一般需要考虑的问题１３４
64显热热储存１３７
641水１３９
642砾石１４２
65潜热热储存１４８
651相变材料的使用１４９
652过冷和腐蚀的问题１５４
653潜热式蓄热应用介绍１５５
66太阳能化学储能技术１５７
661几种用于储热的化学反应及研究现况１５８
662化学反应储热的前景及存在的问题１６２
67地下热储存１６３
68太阳池储热１６７
69太阳能长期蓄热１６９
610工程实例１７０
6101水下浮袋式储热方案１７０
6102地下长期蓄热太阳能蔬菜温室的应用１７１
6103太阳能热利用与PCM蓄热热泵１７３
参考文献１７８
第7章蓄热技术在纺织工业中的应用１７９
71相变材料对人体的作用功能１７９
72相变材料在服装上的应用１８１
721相变材料的调温机理１８１
722相变材料在服装上的应用１８２
73微胶囊技术在蓄热调温纺织品中的应用１８３
731应用类型１８６
732具体应用举例188
74微胶囊相变材料今后的研究方向１９１
参考文献１９２
第8章蓄热技术在建筑工业中的应用193
81储能建筑材料194
811相变储能石膏板196
812相变储能混凝土196
813其他相变储能建筑材料196
82相变和化学反应储能在建筑领域的应用197
821化学反应储热在供暖和空调领域中的应用197
822相变建筑围护对热舒适和空调能耗的影响199
823特朗勃墙结合夜间电加热的蓄热系统200
824相变储热与供暖空调相结合的系统200
825相变蓄热式地板采暖202
826吸收太阳辐射热的相变蓄热式地板206
827夜间通风蓄冷的相变吊顶系统207
828相变蓄热墙208
829相变蓄热电取暖器209
8210降低室内地板和天花板之间的温度梯度213
8211减少由窗户产生的热损失214
8212增加轻质墙的热容量214
8213楼板储热系统的模糊预测控制214
83蓄热法在冬期冶金工程施工中的应用215
831蓄热法施工216
832综合蓄热法的加热和外加剂的选用216
833综合蓄热法的养护217
834施工实例219
84蓄热建筑材料的发展展望221
参考文献222
第9章蓄热式燃烧技术的开发和应用２２５
91蓄热燃烧技术的发展过程２２５
92蓄热式燃烧技术原理２２９
93蓄热式燃烧技术应用的关键问题２３２
931蓄热体２３２
932蓄热烧嘴２３４
933换向阀及换向时间２３６
934炉体材料２３７
935抑制NOx生成与排放技术２３８
94蓄热式燃烧技术的应用２４０
941应用举例２４０
942蓄热式燃烧技术的应用特点２４５
95高效蓄热燃烧技术的发展前景２４７
951蓄热式燃烧技术的应用前景２４８
952我国发展HTAC技术的前景２４９
953蓄热式燃烧技术的新进展２５２
参考文献２５６
第10章蓄热式电锅炉在供暖中的应用２５９
101蓄热式电锅炉在我国发展的背景和条件２５９
102蓄热式电锅炉常用的蓄热方式２６１
103蓄热电锅炉的构成和原理２６１
104电蓄热供热系统中设备容量的选择与匹配２６４
1041电锅炉房的布置２６５
1042蓄热水槽的设计和计算２６５
1043锅炉容量的计算２６６
105电蓄热供热和其他清洁能源供热的经济分析２６７
106电锅炉蓄热技术的应用２６８
1061蓄热电锅炉采暖选型要求２６８
1062在高寒地区的应用２６８
1063在医院的应用２６９
1064在高校学生公寓的应用２６９
1065办公室的应用２７０
107固体材料蓄热式电锅炉的研究２７０
1071固体材料蓄热时电锅炉的原理２７１
1072固体材料蓄热式电锅炉运行费用与其他电锅炉
初投资比较２７３
108蓄热式电锅炉的发展方向２７３
参考文献２７４
第11章蓄热技术在航天领域的应用２７５
111空间太阳能热动力发电系统２７５
1111太阳能热动力发电系统的热机循环方案２７６
1112太阳能热动力发电系统技术２７９
1113太阳能热动力发电系统部件２８２
112高温相变蓄热材料和容器材料的选择２８６
1121高温熔盐相变蓄热材料的选取２８７
1122蓄热容器材料的选取２８９
113蓄热容器的制造和实验研究２９１
1131PCM容器的设计、制造与封装２９１
1132PCM熔化凝固特性试验２９４
1133PCM容器热循环及相容性初步试验２９７
114新概念吸热器２９９
1141空间CBC新概念吸热器３０１
1142空间SC新概念吸热器３０５
115吸热/蓄热器实验研究３０９
1151NASA 2kW空间太阳能热动力发电系统地面
样机３１０
1152国内太阳能吸热器蓄热性能地面模拟试验３１２
参考文献３１９
第12章蓄热及冰蓄冷技术在空调领域中的应用３２３
121蓄热空调装置系统３２４
1211蓄热空调装置的工作原理３２４
1212蓄热装置系统图及主要设备结构３２６
1213应用情况介绍３２８
1214蓄热空调系统中的相变材料３２８
1215蓄热式电热锅炉在中央空调中的应用３３１
122冰蓄冷空调系统３３６
1221冰蓄冷空调系统简介３３６
1222冰蓄冷系统的分类及其基本特性３３７
1223冰蓄冷空调系统３４３
1224冰蓄冷空调系统设计和安装工程中应注意的几个
问题３４６
参考文献３５０