李翠敏，王　源，劉成剛

（蘇州科技學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇蘇州215009）

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定型相變板在低溫散熱器中的熱特性研究

李翠敏，王源，劉成剛

（蘇州科技學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇蘇州215009）

摘要：提出了一種定型相變材料與低溫供暖末端設(shè)備結(jié)合應(yīng)用的方式，通過數(shù)值模擬計算得到了相變板在與低溫供暖散熱器結(jié)合應(yīng)用時的蓄熱和放熱特性，包括相變板內(nèi)各節(jié)點(diǎn)隨蓄、放熱時間的變化趨勢和板表面的熱流密度，以及相變板的蓄滿時間等。并以上海地區(qū)為例，確定了相變板的最優(yōu)厚度區(qū)間。所提出的應(yīng)用方式為相變材料在低溫供暖領(lǐng)域的應(yīng)用提供了一種新的思路，并為這種方式的進(jìn)一步研究和應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：相變板；低溫供暖自然對流散熱器；蓄放熱特性；最優(yōu)厚度

近年來，相變儲能材料一直是蓄能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在建筑領(lǐng)域，已有大量針對相變材料應(yīng)用的研究，從是否消耗能源角度主要可分為被動式和主動式兩類。被動式應(yīng)用包括相變材料與墻體、屋面、地板的結(jié)合使用[1-2]，其依靠建筑自身特性與能源相互作用關(guān)系，相變過程與機(jī)械設(shè)備無關(guān)，在不消耗額外電能的前提下充分利用自然能源，降低室內(nèi)光、熱環(huán)境對機(jī)械設(shè)備的依賴程度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的[3-4]，但是這種方式不能控制調(diào)節(jié)。

主動式應(yīng)用主要指相變材料與各種散熱器及換熱系統(tǒng)的結(jié)合，在低谷電區(qū)間或夜間蓄熱/蓄冷，峰值電區(qū)間放熱/供冷，起到削峰填谷的作用、這種方式易于調(diào)節(jié)及安裝，包括相變材料在地板輻射采暖系統(tǒng)[5]、各種空調(diào)系統(tǒng)和熱泵系統(tǒng)[6-8]、以及與冷輻射吊頂中的結(jié)合使用等[12]?？偨Y(jié)以往關(guān)于主動式的應(yīng)用研究，大多集中于蓄冷領(lǐng)域和高溫蓄熱領(lǐng)域。隨著近年來低溫相變材料的發(fā)展和低溫?zé)嵩吹拇笠?guī)模使用，相變材料在低溫供暖領(lǐng)域的應(yīng)用是一個重要的發(fā)展方向。

該文提出一種以低溫相變材料為主要材料的相變板與一種低溫供暖自然對流散熱器的結(jié)合使用方式，材料相變溫度設(shè)定為30℃，所選散熱器以毛細(xì)管網(wǎng)為換熱芯，以自然對流為運(yùn)行原理，設(shè)備外殼由絕熱苯板組成，上下端分別裝有進(jìn)風(fēng)口和送風(fēng)口，采用30～60℃的低溫水供暖。文中主要設(shè)計了相變板的結(jié)構(gòu)形式和與散熱器的結(jié)合方式。并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，通過離散求解和Matlab編程計算得到相變板的蓄、放熱特點(diǎn)，以及在蓄熱時間等約束因素下的相變板與散熱器結(jié)合的最優(yōu)厚度等參數(shù)。

該文所提出的應(yīng)用方式和得到的結(jié)論驗(yàn)證了低溫相變材料在主動式應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用可能，有利于低溫相變材料在建筑領(lǐng)域的發(fā)展，具有一定的研究價值和實(shí)踐意義。

1　物理及數(shù)學(xué)模型

1.1物理模型

1.1.1相變板結(jié)構(gòu)

有機(jī)相變材料一般導(dǎo)熱系數(shù)較小[13]，選用鋁合金板作為相變板的主體支撐材料，內(nèi)部添加翅片以強(qiáng)化換熱。鋁合金板形式見圖1，上下為鋁合金板，內(nèi)部焊接相同材質(zhì)的波浪形翅片，該波浪形翅片將相變板內(nèi)部分隔成若干個等邊三角形。翅片有利于固定板材形狀，使其具有良好的穩(wěn)定性；同時，翅片可極大的提高相變板的平均導(dǎo)熱系數(shù)；并且占用空間小，使該相變板能夠更多地填充定形相變材料。所選鋁合金板厚0．5 mm，導(dǎo)熱系數(shù)為220 W/（m·K），相變板厚度a可根據(jù)具體需要的定形相變材料體積確定。

圖1　相變板結(jié)構(gòu)形式

在相變板蓄、放熱過程中，如忽略接觸熱阻則內(nèi)部鋁合金板與上下兩側(cè)鋁合金板的溫度相同。翅片的添加使相變板厚度可看作原厚度的1/3，即相變板中相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)增大為原來的3倍。

1.1.2相變材料物性參數(shù)

為與低溫供暖散熱器結(jié)合應(yīng)用，相變材料溫度設(shè)定為30℃，符合這一條件的有機(jī)相變材料很多，例如石蠟、脂酸以及脂酸類材料的混合物。為方便計算，文中選用之前作者用癸酸和高聚乙烯試制的定形相變材料為基本原料，由于材料可定形，相變板可不封閉。材料固態(tài)導(dǎo)熱系數(shù)為0．255 W/（m·K）、液態(tài)導(dǎo)熱系數(shù)為0．248 W/（m·K）、相變溫度Tm為30．42℃、相變潛熱為121．50 kJ/kg、密度為908．12 kg/m3、固態(tài)比熱容為2．737 kJ/（kg·K）、液態(tài)比熱容為2．507 kJ/（kg·K）[14]。該材料液態(tài)導(dǎo)熱系數(shù)和固態(tài)導(dǎo)熱系數(shù)相差很小，為方便計算，取材料導(dǎo)熱系數(shù)為固態(tài)值的0．255 W/（m·K）。

由于內(nèi)部填裝了鋁合金板翅片，相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)可提高為原來的三倍，在計算時取材料導(dǎo)熱系數(shù)為0．765 W/（m·K）。

1.1.3相變板與散熱器結(jié)合形式

低溫供暖自然對流散熱器的結(jié)構(gòu)見圖2，設(shè)備由外殼和內(nèi)部毛細(xì)管網(wǎng)兩部分組成，外殼組成材料為苯板，上下端分別裝有進(jìn)風(fēng)口和送風(fēng)口；內(nèi)部毛細(xì)管網(wǎng)材料為塑料，密度為897 kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)為0．27 W/（m·K），比熱為2．0 kJ/（kg·K）。樣機(jī)厚0．3 m，寬1．14 m。內(nèi)部安裝3排毛細(xì)管網(wǎng)，毛細(xì)管網(wǎng)長2 m，寬1 m，由100根毛細(xì)管組成，每排毛細(xì)管網(wǎng)之間間距0．02 m。毛細(xì)管外徑3．4 mm，干管外徑20 mm。

綜合多方面的因素，將相變板安裝在散熱器的前后表面，即圖2的安裝方式。由于設(shè)備的前后表面積較大，相變板可安裝的面積比較大，同時相變板與換熱芯的接觸面積較大，可以滿足設(shè)備的蓄熱要求，又不會影響設(shè)備散熱。

圖2　相變板與低溫散熱器的結(jié)合方式圖

1.2控制方程及邊界條件

1.2.1控制方程

前期實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示設(shè)備在寬度方向上溫度分布均勻，將毛細(xì)管換熱芯作為矩形換熱體散熱，不考慮每排毛細(xì)管自身各管之間的換熱影響，模型可簡化為二維。經(jīng)計算，設(shè)備內(nèi)部氣流流動狀態(tài)為層流，并在豎直方向上存在溫差。將設(shè)備在豎直方向上劃分成若干個子區(qū)域，假設(shè)各子區(qū)域內(nèi)毛細(xì)管換熱芯、氣流、空腔內(nèi)空氣溫度分布均勻。

為便于計算分析，對每個區(qū)域內(nèi)相變板的蓄、放熱問題作如下假設(shè)：（1）熱量只在相變板厚度方Z向傳遞，即將相變板簡化成一維模型；（2）除相變區(qū)等效比熱外，相變材料在固、液態(tài)都為常物性；（3）相變材料在融化狀態(tài)下不具有流動性，忽略相變材料在融化狀態(tài)時的自然對流和凝固時的過冷效應(yīng)；（4）忽略PCM相變時的體積變化，認(rèn)為密度為定值；（5）忽略相變材料和鋁合金板及鋁合金翅片接觸面上的接觸熱阻；（6）忽略鋁板及內(nèi)部翅片厚度。

采用焓法建立控制方程，見式（1）。

式中，ρP為相變材料密度，kg/m3；λP為相變材料導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m·K）；h為相變材料焓值，kJ/kg；T為相變材料熱力學(xué)溫度，K。

通過式（1）求取焓之后，需要將焓轉(zhuǎn)換為溫度，其轉(zhuǎn)化關(guān)系式見式（2）。

式中，cs為相變材料固態(tài)比熱容，J/（kg·K）；cl為相變材料液態(tài)比熱容，J/（kg·K）；Tm為相變材料的相變溫度，K；Hm為相變材料的相變潛熱，J/（kg·K）。

1.2.2邊界條件

第i區(qū)域相變板換熱示意圖見圖3，相變板一側(cè)與設(shè)備空腔內(nèi)的空氣對流換熱，并與毛細(xì)管網(wǎng)輻射換熱，另一側(cè)靠近設(shè)備外殼為絕熱。

圖3　第i層相變板換熱示意圖

假定第1層區(qū)域內(nèi)空腔溫度與設(shè)備進(jìn)口溫度tin相等，第N層區(qū)域內(nèi)空腔溫度與設(shè)備出口溫度tout相等，其他區(qū)域空氣溫度由毛細(xì)管換熱芯模型聯(lián)立求得，記為ti。

邊界條件為

初始條件為

聯(lián)立房間空氣動態(tài)數(shù)學(xué)模型、毛細(xì)管換熱芯數(shù)學(xué)模型、設(shè)備內(nèi)部流體動態(tài)傳熱數(shù)學(xué)模型和相變板數(shù)學(xué)模型求解。采用隱式有限差分格式建立離散方程組，并通過逐線迭代法，利用程序語言Matlab7．0編制計算程序求解。求解過程中的時間步長和空間步長在調(diào)整程序時逐步試驗(yàn)確定。

2　模擬結(jié)果及分析

相變板蓄熱狀態(tài)可分為封閉蓄熱模式和開放蓄熱模式。封閉蓄熱模式為假定設(shè)備不需要向房間空氣散熱，在蓄熱過程中將進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口處百葉關(guān)閉，該種模式適用于間歇供暖公用建筑的夜間狀態(tài)。開放蓄熱模式為設(shè)備向房間散熱的同時相變板蓄熱，該種模式適用于間歇供暖公用建筑的白天工作時間和其他連續(xù)供暖建筑。

筆者分別針對封閉蓄熱模式、開放蓄熱模式和放熱三種模式，計算了厚度在0．01～0．1 m之間的十種厚度相變板的運(yùn)行特點(diǎn)，時間步長選定為2～5 s，相變板厚度方向上步長為0．001～0．002 m，相變半徑ξ選定為1．0℃。蓄熱時，相變板溫度初值為20℃；放熱時，初值為55℃。該文以上海地區(qū)為例，為簡便分析，將室外溫度設(shè)為定值，依據(jù)文獻(xiàn)[15]選定上海市冬季采暖室外計算溫度1．2℃計算。

2.1蓄熱過程分析

計算結(jié)果表明，封閉封閉蓄熱模式和開放蓄熱模式條件下，相變板的各節(jié)點(diǎn)相變過程近似。以封閉蓄熱模式0．05 m厚的相變板為例分析，圖4為相變板內(nèi)各節(jié)點(diǎn)溫度變化曲線圖，圖中三個坐標(biāo)分別為計算次數(shù)、節(jié)點(diǎn)溫度和相變板厚度，其中計算次數(shù)可轉(zhuǎn)化為蓄熱時間。

圖4　相變板內(nèi)各節(jié)點(diǎn)溫度變化曲線圖（0．05 m）

從整體上看，開始時相變板內(nèi)各節(jié)點(diǎn)溫度較低，相變板表面溫度也比較低，吸收熱流較大，各節(jié)點(diǎn)迅速升溫，達(dá)到相變點(diǎn)（Tm-ξ）開始進(jìn)入相變狀態(tài)，相變過程中溫度升高緩慢，溫度達(dá)到（Tm+ξ）后，相變過程結(jié)束，進(jìn)入顯熱狀態(tài)，溫度迅速升高，相變板表面溫度也迅速升高，與設(shè)備內(nèi)部流體溫度逐漸接近，吸收熱流越來越小。整個蓄熱過程中相變過程清晰明顯。圖4還表明，從相變板厚度角度看，與表面接近的材料層溫度升高較快，且開始相變時間較早，而內(nèi)部各層由于受到相變材料本身導(dǎo)熱系數(shù)的限制，溫升明顯滯后，相變過程也隨之滯后。如相變板過厚，勢必造成內(nèi)部材料層相變過程過于滯后，表面層溫度升高到近似于設(shè)備內(nèi)部空氣溫度時，相變板內(nèi)部還沒有完成相變過程時，表面層已無法吸收熱流。蓄熱過程中，隨著內(nèi)部節(jié)點(diǎn)溫度的不斷升高，板表面吸收熱流在逐漸減弱，蓄熱過程中熱流變化見圖5。

開始加熱時，相變板表面溫度升高迅速，則毛細(xì)管散熱芯、設(shè)備內(nèi)部空氣與相變板表面溫度之間差值迅速減小，板表面熱流衰減嚴(yán)重，當(dāng)相變板表面熱流下降到700 W左右時，相變材料進(jìn)入相變過程后，板表面溫度變化緩慢，熱流衰減速度下降，當(dāng)相變板表面熱流下降到450 W左右時相變過程結(jié)束，板內(nèi)相變材料進(jìn)入顯熱蓄熱階段，熱流衰減再次加劇。

相變板開始相變時，表面熱流在700 W左右，當(dāng)板的表面熱流為開始蓄熱表面熱流的20%（140 W）時，相變板蓄熱完全。將10種介于0．01～0．1 m之間的相變板蓄滿時間繪制成曲線見圖6。圖6表明，相變板較薄時蓄滿時間很短，相變板逐漸增厚時，相變時間被拉長。將相變板厚度每增加0．01 m，蓄滿時間增量繪制成曲線見圖7。圖7中曲線隨著板厚的的增加，變得逐漸平緩，說明板越厚，厚度的增加對蓄熱時間的影響越大。這主要是因?yàn)橄嘧儾牧蠈?dǎo)熱系數(shù)較小，而相變潛熱很大，板的厚度過大，在距離表面較遠(yuǎn)的材料開始發(fā)生相變時，板表面溫度已經(jīng)比較高，造成吸收的熱流變小，導(dǎo)致內(nèi)部相變材料蓄滿時間大幅度延長。

圖5　相變板表面熱流變化曲線（0．05 m）

圖6　不同厚度相變板蓄滿時間

圖7　不同厚度相變板蓄滿增加時間

合理的厚度是影響相變板乃至設(shè)備經(jīng)濟(jì)性的主要因素之一，從圖7可以看到，當(dāng)厚度達(dá)到0．07 m時，蓄滿時間已達(dá)到8 h，以上海地區(qū)為例，夜間谷值電價區(qū)時間也為8 h?？梢姾穸葹?．07 m時，已經(jīng)達(dá)到夜間蓄熱的極限，因此封閉蓄熱模式下，相變板厚度需控制在0．07 m以下。

以同樣的方式分析開放蓄熱模式，當(dāng)相變板厚度為0．06 m時，蓄滿時間為7．3 h；而在開放蓄熱模式下，相變板厚度為0．07 m時，蓄滿時間為9．2 h。9．2 h表明蓄熱時間過長，不利于白天開放模式的運(yùn)行，因此，從蓄熱時間的角度考慮，相變板的厚度應(yīng)限制在0．06 m以內(nèi)。另外，在相變板較薄時，厚度增加對蓄熱時間的延長作用較小，在小于0．06 m厚的區(qū)間，蓄熱時間增量是比較小的，比較容易接受。因此，開放蓄熱模式選定相變板厚度上限為0．06 m。

2.2放熱過程分析

相變板放熱過程中，板通過表面向設(shè)備空腔內(nèi)空氣以對流形式傳熱。室內(nèi)空氣從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入設(shè)備，在設(shè)備空腔內(nèi)被相變板加熱，密度逐漸減小，向空腔上部移動，最后由出風(fēng)口進(jìn)入室內(nèi)，調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣溫度，形成整個循環(huán)。該過程中不計相變板對空氣的輻射換熱，此過程可看做是熱壓通風(fēng)作用下的自然對流。

以0．06 m厚的相變板為例分析，圖8為相變板內(nèi)各節(jié)點(diǎn)相變溫度變化曲線圖。

圖8　相變板內(nèi)各節(jié)點(diǎn)溫度變化曲線圖（0．06 m）

放熱過程中，隨著內(nèi)部節(jié)點(diǎn)溫度的不斷升高，板表面釋放熱流在逐漸減弱，放熱過程中熱流變化見圖9。從整體上看，開始時相變板內(nèi)各節(jié)點(diǎn)溫度較高，相變板表面溫度也比較高，放熱熱流較大，相變板處于顯熱放熱階段，各節(jié)點(diǎn)迅速降低，達(dá)到相變點(diǎn)（Tm+ξ）開始進(jìn)入相變狀態(tài)，相變過程中溫度降低緩慢，溫度達(dá)到（Tm-ξ）后，相變過程結(jié)束，進(jìn)入顯熱狀態(tài)，溫度迅速降低，相變板表面溫度也迅速降低，與設(shè)備內(nèi)部流體溫度逐漸接近，放熱熱流越來越小。整個蓄熱過程中相變過程清晰明顯。

圖9還表明，從相變板厚度角度看，與表面接近的材料層溫度變化較快，開始相變時間較早，內(nèi)部各層由于受到相變材料本身導(dǎo)熱系數(shù)的限制，溫降明顯滯后，相變過程也隨之滯后。如相變板過厚，勢必造成內(nèi)部材料層相變過程過于滯后，表面層溫度降低到近似與設(shè)備內(nèi)部空氣相等時，表面層已無法釋放熱流，而此時相變板內(nèi)部還沒有完成相變過程。

開始放熱時，相變板表面溫度降低迅速，設(shè)備內(nèi)部空氣與相變板表面溫度之間差值迅速減小，板表面熱流衰減嚴(yán)重，進(jìn)入相變過程后，板表面溫度變化緩慢，熱流衰減速度下降，當(dāng)相變過程結(jié)束后，板內(nèi)材料進(jìn)入顯熱放熱階段，熱流衰減再次加劇。

室內(nèi)溫度與相變板是放熱流息息相關(guān)，因?qū)⑹彝鉁囟仍O(shè)定為定值，因此室內(nèi)溫度變化規(guī)律與相變板熱流釋放趨勢相同，當(dāng)熱流較大時，室內(nèi)溫度較高，當(dāng)熱流逐漸減小時，室內(nèi)溫度也隨之減小，最終由于熱流無限接近于零，室內(nèi)溫度無限接近室外溫度，該過程在圖10中明顯體現(xiàn)。圖10還表明相變板厚度為0．06 m時，維持室內(nèi)溫度大于12℃的時間為2．7 h，大于10℃的時間為5．6 h，大于8℃的時間為9．4 h。相變結(jié)束時，室內(nèi)溫度為9℃，相變段維持時間接近7 h。相變時間雖然維持較長，但是顯然室內(nèi)溫度不能夠滿足用戶要求，實(shí)際應(yīng)用中，在相變板放熱的同時，設(shè)備應(yīng)在低水溫下運(yùn)行，為房間補(bǔ)給熱量。

為方便分析，將0．01～0．1 m之間的十種厚度的相變板與室內(nèi)溫度維持時間的關(guān)系繪制成曲線見圖11。在相變段，各厚度相變板一般將室內(nèi)溫度維持在8～12℃，圖11中曲線以室內(nèi)溫度8、10和12℃為基準(zhǔn)繪制。8、10和12℃三個室溫分別對應(yīng)相變板表面熱流440、540和640 W。

圖9　相變板表面熱流變化曲線（0．06 m）

圖10　室內(nèi)溫度變化曲線（0．06 m）

圖11　室內(nèi)溫度與相變板厚度關(guān)系圖

圖11中的三條曲線分別表示各厚度相變板維持室內(nèi)溫度大于12、10和8℃的時間。當(dāng)相變板厚度為0．07 m時，可維持室內(nèi)溫度大于12℃的時間為3．07 h，大于10℃的時間為6．2 h，大于8℃的時間為10．6 h。三條曲線的斜率室溫大于8℃的最大，其次為室溫大于10℃的曲線，最小的為室溫大于12℃，說明相變板厚度越大，對室溫大于8℃的時間影響最大。室溫8℃對應(yīng)的耗熱量440 W對于一般房間來說過小，選擇10℃對應(yīng)的耗熱量540 W比較合適。從圖11中曲線可以看到當(dāng)厚度為0．03 m時，可維持室溫大于10℃的時間3．43 h，小于0．03 m的相變板，維持室溫大于10℃的時間均小于3 h，不方便應(yīng)用。因此，根據(jù)相變板的放熱特性限定相變板厚度最小值為0．03 m。

總結(jié)以上分析，封閉蓄熱模式下，相變板厚度限定為小于0．07 m；開放蓄熱模式下，相變板厚度限定為小于0．06 m；為滿足夜間充分利用谷值電蓄熱的特點(diǎn)，取相變板厚度的上限值為0．07 m。放熱模式下，相變板限定為大于0．03 m。綜合三種模式的限定，相變板厚度最終選定為0．03～0．07 m。

以計算所得的最優(yōu)厚度試制相變板，安裝在2 m高的毛細(xì)管自然對流散熱器中，并在標(biāo)準(zhǔn)散熱器實(shí)驗(yàn)臺上對該設(shè)備的蓄、放熱時間及房間溫度進(jìn)行測試，所得結(jié)果與模擬結(jié)果一致，誤差為3．49%，說明計算所得結(jié)果正確可用。

3　結(jié)論

該文提出了一種相變板與毛細(xì)管低溫供暖自然對流散熱器結(jié)合應(yīng)用的方式，并通過焓法建立了數(shù)學(xué)模型，逐線迭代法結(jié)合Matlab編程計算求解，得到了這種方式下相變板的蓄熱和放熱特性，以及相變板的最優(yōu)厚度，具體結(jié)論如下：（1）提出了一種相變板與毛細(xì)管自然對流散熱器結(jié)合應(yīng)用的方式。其中，相變板由相變溫度30℃左右的有機(jī)相變材料和鋁板組成，為提高傳熱系數(shù)，相變板內(nèi)部添加波浪形翅片。相變板貼裝在散熱器前后內(nèi)表面上。（2）通過數(shù)值計算，得到了相變板在與低溫供暖散熱器結(jié)合應(yīng)用時的蓄熱和放熱特性，包括相變板內(nèi)各節(jié)點(diǎn)隨蓄、放熱時間的變化趨勢和板表面的熱流密度，以及相變板的蓄滿時間等。（3）以蓄滿時間為目標(biāo)計算封閉蓄熱模式和開放蓄熱模式的最優(yōu)相變板厚度?？傻梅忾]蓄熱模式下，相變板厚度限定為小于0．07 m；開放蓄熱模式下，相變板厚度限定為小于0．06 m；為滿足夜間充分利用谷值電蓄熱的特點(diǎn)，取相變板厚度的上限值為0．07 m。以室內(nèi)溫度為目標(biāo)計算放熱模式下相變板最優(yōu)厚度，可得相變板最小值為0．03 m。綜合三種模式的限定，相變板厚度最終選定為0．03～0．07 m。

參考文獻(xiàn):

[1] STEPHEN D, ZWANZIG, LIAN Y S, et al．Numerical simulation of phase change material composite wallplate in a multi-layered building envelope[J]．Energy Conversion and Management, 2013, 69：27-40．

[2] JIN X, ZHANG X．Thermal analysis of a double layer phase change material floor[J]．Applied Thermal Engineering, 2011, 31:1576-1581．

[3] SADINENI S B, MADALA S, BOEHM R F．Passive building energy savings: a review of building envelope components[J]．Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2011, 15（8）：3617-3631．

[4] SOARESA N, COSTAB J J, GASPARB A R, et al．Review of passive PCM latent heat thermal energy storage systems towards buildings energy efficiency[J]．Energy and Buildings, 2013, 59：82-103．

[5] ANSUINI R, LARGHETTI R, GIRETTI A, et al．Radiant floors with PCM for indoor temperature control[J]．Energy and Buildings, 2011, 43:3019-3026．

[6] FANG G, WU S, LIU X．Experimental study on cool storage air-conditioning system with spherical capsules packed bed[J]．Energy and Buildings, 2010, 42:1056-1062．

[7] CHIDAMBARAM L A, RAMANA A S, KAMARAJ G, et al．Review of solar cooling methods and thermal storage options[J]．Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2011, 15（6）：3220-3228．

[8] ORó E, GRACIA A, CASTELL A, et al．Review on phase change materials (PCMs) for cold thermal energy storage applications[J]．Applied Energy, 2012, 99：513-533．

[9] KONDO T, IBAMOTO T．Research on thermal storage using rock wool phase change material ceiling plate[J]．Ashrae Transactions, 2006,112：526-531．

[10] MURAT K，KHAMID M．Solar energy storage using phase change materials[J]．Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2007, 11（9）：1913-1965．

[11]李翠敏，趙加寧．低溫相變癸酸儲熱性能改良實(shí)驗(yàn)研究[J]．太陽能學(xué)報，2011，32（12）：1833-1838．

[12]陸耀慶．實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計手冊：第2版[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008：216-223．

（責(zé)任編輯：經(jīng)朝明）

Thermal behavior of shape-stabilized phase change material plates with low temperature convectors

LI Cuimin, WANG Yuan, LIU Chenggang
（School of Environment Science and Engineering, SUST, Suzhou 215009, China）

Abstract：In this paper, the combination of low temperature（30～60℃）heating convectors with shapestabilized phase change material plates is proposed．The heat storage and release characteristics of phase transitions in each node, surface heat flux and full time of plate under the combination are analyzed by the numerical simulation．And the optimal thickness range of the phase change plate is determined by taking the Shanghai area as an example．The combination provides a new way of thinking on the application of phase change materials in the field of low temperature heating and also the basis for the further research and application of this method．

Key words：phase change plate; low temperature heating convector; heat storage and release characteristics; optimal thickness

中圖分類號：TK02

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-0679（2016）01-0001-06

[收稿日期]2015-08-20

[基金項目]江蘇省建設(shè)廳科技計劃項目（2015ZD83）

[作者簡介]李翠敏（1982-），山東武城人，講師，博士，從事低溫供暖、墻體隔熱技術(shù)的研究，E-mail：li_cuimin@163．com。