摘要
空调蓄冷技术作为一种新型储能技术，在利用电网峰谷差价实现空调系统经济性运行、对不稳定的可再生能源储存转化进而实现可再生能源高比例利用具有非常可观的前景，是实现碳中和的重要措施之一。将相变材料（PCMs）应用在空调蓄冷中能够实现运行能效和初投资的双赢，水合盐材料价格低廉、相变潜热高、不易燃，在空调蓄冷领域有广阔应用前景，但其过冷、相分离、稳定性差等问题阻碍了其推广。针对上述不足，本文基于空调蓄冷系统应用场合，提出一种以十水硫酸钠（SSD，Sodiumsulfatedecahydrate）为主材的相变蓄冷材料新型制备配方，并对材料的各方面性能加以优化。主要工作如下： 首先，以十水硫酸钠为相变主材，采用步冷曲线法确定成核剂硼砂比例，缓解材料过冷现象。在此基础上研究分析了不同种类、含量的增稠剂（聚丙烯酸钠（PAAS）、聚丙烯酰胺（PAM）、羧甲基纤维素（CMC）、聚阴离子纤维素（PAC）、黄原胶（XG））对材料相分离及相变潜热的影响，实验结果表明：添加3%（wt）的硼砂对降低材料过冷度效果最佳；添加1.0%~2.0%（wt）的PAAS可以消除材料的相分离现象，且2%（wt）的PAAS对于材料的相变潜热影响较小。 其次，在无过冷和相分离的相变体系中加入温度调节剂氯化铵、氯化钾改变十水硫酸钠的相变温度，探究无机盐类调节剂对十水硫酸钠相变温度的调节规律，并通过步冷曲线实验筛选出满足空调温区的调节剂配比，制备出SSD-BPA低温相变材料（SSD-十水硫酸钠，B-硼砂，P-聚丙烯酸钠，A-氯化铵）。结果显示：质量分数为14%的NH4Cl可将十水硫酸钠的相变温度调节至7.5℃，且多次循环后仍保持稳定；NH4Cl和KCl可将十水硫酸钠的相变温度控制在6℃~21℃之间，其中，NH4Cl对十水硫酸钠相变温度的调节作用更强。 最后，以SSD-BPA作为相变主材，加入高导热基体膨胀石墨（EG，Expandedgraphite）制备出SSD-BPA/EG复合相变材料，进一步改善材料的导热性和稳定性，并进行了SEM形貌观测、导热系数测试、热循环测试。结果表明：SSD-BPA与EG的质量比为93:7时材料具有较高的导热性和形状稳定性。经优化后复合相变蓄冷材料的相变温度为7.4℃，相变潜热为117.4J/g，导热系数为1.876W/(m·K)，经200次循环后材料的相变温度保持稳定，潜热衰减率为14.05%。与现有蓄冷材料相比，导热系数提高了3~4倍，过冷度有效降低，相分离问题也因加入PAAS和EG而得到缓解，稳定循环次数由50、100次增加到200次，成功解决水合盐相变材料在目前实际应用中存在的关键问题，为空调蓄冷相变介质的制备提供有效示范。
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