太阳能相变集热器及低能耗的太阳能相变供暖系统

技术领域

本发明涉及一种太阳能相变集热器，具体涉及一种低能耗的太阳能相变供暖系统，涉及到蓄热相变材料，复合纳米金属粒子相变乳液及无机有机复合相变材料，属于热能有效利用设备及适于太阳能利用的相变材料技术开发领域。

背景技术

太阳能是一种可再生能源，太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量，地球轨道上的平均太阳辐射强度为1,369w/㎡；常见的太阳能利用技术包括：光热发电、光伏发电、光化学反应和光热直接利用等，其中，太阳能热水系统是一种较为成熟的太阳能光热直接利用典型技术，占全球80％以上的太阳能热利用市场；光转化为热直接利用的技术，可应用于太阳能采暖方向，该技术通过太阳能真空管收集太阳能，结合建筑用能需求，将收集的光热能源高效合理地存储和释放，是当前太阳能热水系统发展的关键。目前，太阳能供暖系统的组成：太阳能集热器与辅助热源-提供能量；热量储存及热量交换的设备；末端设备-建筑采暖和生活热水需求。当白天太阳辐射较大，太阳能集热器正常工作；当太阳辐射不足，则由辅助热源补充太阳能不足的部分；太阳能清洁无污染、取用方便，但由于受地理、昼夜和季节等规律性变化的影响，其辐射强度具有显著的稀薄性、间断性和不稳定性，为了保持供热和供电装置稳定不间断地运行，就需要蓄热装置把太阳能储存起来，待其能量不足时释放；另一方面，相变储能技术利用材料的潜热，通过相变的过程可以有效实现能量的存储和释放，近年来在太阳能光热利用领域受到了广泛关注和局部应用，将相变材料应用于太阳能热水系统，可以从时间维度极大地改善光热利用取决于太阳辐照的局限，同时也显著提高系统的容量空间和光热利用效率。因此，有关各种相变材料在太阳能热水系统中应用的研究日益增多，然而，相变材料与太阳能热水系统的结合，是一个涉及材料化学、光热转化以及建筑能耗分析的多学科交叉问题，目前相关的研究并不完全成熟，而对于其中的热质转换与能量传输过程也并不完全清晰。

目前相变蓄热材料主要有三种:固体－固体相变,优点：固－固型相变材料是一种相当发达的功能材料，具有不产生液体或气体、体积变化小、发生过冷的可能性小、无腐蚀、无毒、热效率高、使用寿命长等特点；缺点：价格昂贵、导热性能差，在相变温度16℃时易转变为挥发性塑料晶体；固体－液体相变,优点：成本低，多种相变材料混合可以获得合适的相变温度。缺点：易过冷、相分离、体积变化大、易泄漏、污染环境；有机相变材料熔点低、易燃、导热率低；固体－气体相变和液体－气体相变，由于相变过程中气体所占体积大，因此在实际中很少利用。

发明内容

本发明为了克服现有技术中太阳能利用的局限性及现有相变材料种类单一、固体-液体相变材料易过冷、相分离、体积变化大、易泄漏、污染环境及有机相变材料熔点低、易燃、导热率低及固体-气体相变和液体-气体相变材料中气体体积大的缺陷。

本发明提供一种太阳能相变集热器，包括集热箱、太阳能集热玻璃管及超导液循环管，所述太阳能集热玻璃管并排设置多根且与所述集热箱连通，其特征在于，所述太阳能玻璃管和集热箱内为复合纳米金属粒子相变乳液，所述超导液循环管螺旋盘设在所述集热箱内且其两端分别为超导液出口端和超导液入口端；

所述复合纳米金属粒子相变乳液包括固体石蜡、液体石蜡、金属纳米粒子、乳化分散剂、表面活性剂、助溶剂及去离子水，所述金属纳米粒子和所述乳化分散剂用量均为所述固体石蜡和液体石蜡总质量的1.0-5.0％，所述表面活性剂用量为所述固体石蜡和液体石蜡总质量的5.0-15.0％；所述助溶剂用量为所述固体石蜡和液体石蜡总质量的0.5％-2.0％；所述去离子水为所述金属纳米粒子、固体石蜡、液体石蜡、乳化分散剂、表面活性剂和助溶剂总质量的5％-10.0％。

本发明采用上述技术方案的有益效果是：本发明太阳能相变集热器中的太阳能玻璃管及集热器箱内采用具体的复合纳米金属粒子相变乳液，且该由于复合纳米金属粒子相变乳液采用了固体石蜡和液体石蜡的混合后加入金属纳米粒子，获得独特的热性能、电性能、磁性能和光性能，提高乳液的导热系数且能够起到减小相变材料过冷度，加入适量的去离子水混合物乳液储能密度显著提高，减少石蜡用量节约石蜡资源，获得了具有较高的导热系数和潜热值以及较低的粘度的复合相变蓄能材料，用在真空管中能顺利完成对流换热过程，且在放热过程中，本发明复合相变乳状液降温速度缓慢，应用于太阳能集热系统，集热器的出水温度较高。

本发明如上所述一种太阳能相变集热器，进一步，所述乳化分散剂和表面活性剂均为Span-20、Span-40、Span-60、Span-80、吐温20(TWEEN-20)、吐温21(TWEEN-21)、吐温40(TWEEN-40)、吐温60(TWEEN-60)、吐温61(TWEEN-61)、吐温80(TWEEN-80)、吐温81(TWEEN-81)、吐温85(TWEEN-85)、烷基苯磺酸钠中的一种或两种以上。

本发明如上所述一种太阳能相变集热器，进一步，所述固体石蜡、液体石蜡的质量比为1∶1-1：5，更优选的1:3。液体石蜡外观为无色透明油状液体即正构烷烃、直链烷烃，如正十六烷石蜡、正十七烷石蜡、正十八烷石蜡、正十九烷石蜡、正二十烷石蜡、正二十一烷石蜡、正二十二烷石蜡、正二十三烷石蜡、正二十四烷石蜡、正二十五烷石蜡、正二十六烷石蜡、正二十七烷石蜡、正二十八烷石蜡、正二十九烷石蜡。

本发明如上所述一种太阳能相变集热器，进一步，所述金属纳米粒子为纳米铜粉、纳米铁粉、纳米锌粉、纳米银粉、纳米氧化锌、纳米氧化铜、氧化石墨烯、纳米碳管中的一种或两种以上；所述助溶剂为正丁醇、异丙醇、乙二醇、丙二醇、乙醇、正戊醇中的一种；所述金属纳米粒子的粒径为10-50nm。

本发明如上所述一种太阳能相变集热器，进一步，所述复合纳米金属粒子相变乳液的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)，按照上述复合纳米金属粒子相变乳液称取各原料；

步骤(2)，将固体石蜡和液体石蜡混合加入反应釜中，恒温水浴加热融化，再加入金属纳米粒子及乳化分散剂，80-90℃进行乳化，恒温磁力搅拌、超声震荡混合均匀；降温至35-50℃，加入表面活性剂及助溶剂，在恒温搅拌条件滴加去离子水。

本发明如上所述一种太阳能相变集热器，进一步，所述滴加去离子水为逐滴滴加至滴加最后一滴水后呈混浊状态的最后一滴水前的加水量为最大掺水量。

本发明提供一种低能耗的太阳能相变供暖系统，包括上述的太阳能相变集热器及相变储热水箱，超导液出口端和超导液入口端分别通过外部管道连通位于所述相变储热水箱内的换热盘管形成循环回路；相变储热水箱通过外部管道连通用户终端。

本发明如上所述一种低能耗的太阳能相变供暖系统，进一步，所述相变储热水箱的水箱壁具有水箱壁夹层，所述水箱壁外侧均设有箱体保温层，所述水箱壁夹层内填充有无机有机复合相变固体材料，所述无机有机复合相变固体材料包括以下重量百分比的原料：无机相变材料和有机相变材料混合物60％-80％、载体材料5％-25％及高导热碳基材料5％-15％，所述无机相变材料和有机相变材料的质量比为1：1-1：5，优选1:1。

本发明太阳能相变供暖系统，将传统的单一固体相变材料改为使用二元相变储能复合材料，且在不同的阶段封装无机有机复合相变材料、复合纳米金属粒子相变乳液相变材料对整体系统进行改进，集热器出水温度显著提高。

本发明如上所述一种低能耗的太阳能相变供暖系统，进一步，所述有机相变材料为正十六烷到正二十九烷、葵酸十四醇、辛酸、月桂酸、硬脂酸丁酯及1-十二醇的任一种。

进一步，所述无机相变材料为Na

进一步，所述载体材料为膨润土，凹凸棒土，膨胀珍珠岩，海泡石，蛭石，硅藻土，高岭土、稀土的一种；所述高导热碳基材料为可膨胀石墨，粉煤灰、碳粉，纳米碳化硅，多层石墨烯、多壁纳米碳管、纳米铜的任一种。所述可膨胀石墨，粉煤灰、碳粉均过大于等于2000目筛。

本发明如上所述一种低能耗的太阳能相变供暖系统，进一步，所述无机有机复合相变固体材料通过以下方法获得：

步骤(1)，按照有机无机复合相变固体材料称取各原料；

步骤(2)，将无机相变材料和有机相变材料在60-80℃下加热至熔融态的复合相变材料；加入高导热碳基材料至熔融态的复合相变材料中并搅拌均匀，再加入载体材料搅拌产生分散，混合物置于真空干燥装置中，真空干燥，取出冷却凝固，即获得有机无机复合相变固体材料。

进一步，所述用户终端为相变蓄热地暖结构，所述相变蓄热地暖结构，包括楼板结构层上的保温层、保温层上的砂浆层、嵌设在所述砂浆层内的相变蓄能管、砂浆层上的找平层及装饰层。

具体地，所述砂浆层可以为相变储能砂浆层，包括以下重量份的组分：水泥350份、粉煤灰436份、上述无机有机复合相变固体材料200份、羟丙基甲基纤维素4份、可再分散乳胶粉10份。

进一步，所述外部管道及所述相变蓄能管均包括内管和外管，所述内管套设在所述外管内，且内管和外管之间具有夹层，所述夹层内通过工质材料，所述内管填充有与所述水箱壁夹层内相同相变材料的所述有机无机复合相变固体材料。

或，所述外部管道包括内管和外管，所述内管套设在所述外管内，所述内管为镂空结构且其内限定金属球，所述金属球为金属壳包覆或封装有与所述水箱壁夹层内相同相变材料的所述有机无机复合相变固体材料的球体。

外部管道采用了内管和外挂形成的套管结构，内管内填充相变蓄能材料，工质从内外管之间的夹层通过，白天通过整个系统循环相态变化实现热能存储，晚上给的工质反向释放潜热加热提供热量，维持稳定的恒定性。

进一步，还包括制冷循环管路，所述制冷循环管路包括依次连接形成循环管路的空气压缩机、冷凝器、节流阀及蒸发器；所述冷凝器的冷凝器地暖盘管位于所述相变储热水箱内。

附图说明

图1为本发明太阳能相变集热器的结构示意图

图2为本发明低能耗的太阳能相变高效供暖制冷系统的结构示意图；

图3为本发明低能耗的太阳能相变供暖系统中外部管道的结构示意图；

图4为本发明低能耗的太阳能相变供暖系统中地暖结构示意图；

图5为本发明低能耗的太阳能相变供暖系统中相变储热水箱剖面结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、外管，2、内管，3、连接件，4、复合纳米金属粒子相变乳液，5、工质(超导液或水)，6、太阳能玻璃管，7、超导液入口端，8、超导液出口端，9、超导液循环管，10、集热箱，11、保温层，12、排液口，13、循环水泵，14、辅助电加热装置，15、第一连通管道，16、第二连通管道，17、相变储热水箱，18、冷凝器盘管，19、节流阀，20、空气压缩机，21、蒸发器，22、用户终端，221、楼板结构层，222、保温层，223、砂浆层，224、相变蓄能管结构，225、找平层，226、装饰层，23、金属外壳，24、金属内壳，25、水箱壁夹层，26、箱体保温层，27、溢流口、28、入流口，29、出流口。

具体实施方式

结合以下具体实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的保护内容不局限于以下实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

根据本发明实施例如图1和2所示，太阳能相变集热器包括集热箱10、太阳能集热玻璃管6及超导液循环管9，太阳能集热玻璃管6并排设置多根且与所述集热箱10连通，所述太阳能玻璃管6和集热箱10内为复合纳米金属粒子相变乳液，集热箱10下端设有排液口12，超导液循环管9螺旋盘设在所述集热箱内且其两端分别为超导液出口端8和超导液入口端7；超导液出口端8和超导液入口端7分别通过外部管道(第一外部连通管道15)连通位于储热水箱内的地暖盘管形成储热循环管路，该储热水箱可以为相变储热水箱17；外部管道可以为相变蓄能管结构，超导液循环管9内流通工质5。

如图3所示，根据本发明实施例一种低能耗的太阳能相变供暖系统，其特征在于，包括上述太阳能相变集热器及相变储热水箱17，超导液出口端8和超导液入口端7分别通过外部管道连通位于相变储热水箱17内的换热盘管形成循环回路；相变储热水箱17通过外部管道(第二外部连通管道16)连通用户终端22。

如图5所示，相变储热水箱的水箱壁具有水箱壁夹层，可以由金属外壳和金属内壳形成，水箱上部具有溢流,27，低于溢流口27的入流口28及水箱下部一侧的出流口30，相比储热水箱内还可以设置有相变材料封装管30，即水箱壁外侧均设有箱体保温层26，水箱壁夹层即金属外壳25和金属内壳24形成，其内填充有无机有机复合相变固体材料，所述无机有机复合相变固体材料可以包括以下重量百分比的原料：无机相变材料和有机相变材料混合物60％-80％、载体材料5％-25％及高导热碳基材料5％-15％，所述无机相变材料和有机相变材料的质量比为1：1-1：5；相变储热水箱内可以布置有相变材料封装管，即采用金属管道封装有相变材料。水箱壁可以采用金属材质(304不锈钢壁厚≥2mm，钢板≥4mm)，夹层(蓄热层)厚度可以为30mm，箱体保温层可以为30mm厚聚氨酯保温层；

具体的上述相变储热水箱内还可以设置辅助电加热装置14，以解决长期阴雨天气无太阳，进行反向辅助加热。

具体地，太阳能相变集热器上的超导液出口端和超导液入口端分别通过外部管道连通位于相变储热水箱内的换热盘管形成循环管路；相变储热水箱内的水通过外部管道连通用户终端。如图3所示，外部管道，包括内管2和外管1，内管2套设在外管1内，且内管2和外管1之间具有管夹层，管夹层内通过工质材料(超导液或水)，内管内填充上述无机有机复合相变固体材料。外部管道可以进行保温处理。

在一些具体实施例中，如图2所示，还包括制冷循环管路包括依次连接形成循环管路的空气压缩机20、冷凝器、节流阀19及蒸发器21；冷凝器盘管18位于相变储热水箱17内。

如图4所示，用户终端22为相变蓄热地暖结构，包括楼板结构层221上的保温层222、保温层222上的砂浆层223、嵌设在砂浆层223内的相变蓄能管结构224、砂浆层223上的找平层225及装饰层226，相变蓄能管结构包括内管2和外管1，内管2套设在外管1内，且内管2和外管1之间具有液体流通通道，内管2与外管1之间通过连接件3固定；内管内填充上述无机有机复合相变固体材料；或内管套设在外管内，内管为镂空结构且其内限定金属球，金属球为金属壳包覆或封装有与所述水箱壁夹层内相同相变材料的所述有机无机复合相变固体材料的球体；液体流通通道内填充超导液或水。砂浆层可以为添加有上述无机有机复合相变固体材料的相变砂浆层。一类内管可以采用铜管、不锈钢管、铝管、钢管等传热好的金属管，内部填充无机有机复合相变固体材料。

本发明低能耗的太阳能相变高效供暖制冷系统，冬天白天太阳能热水系统热工质通过流经相变蓄能管结构制成的地暖盘管网来供地板采暖，通过循环系统把热量存储于地暖盘管网的内管以及地暖盘管四周的相变储能砂浆层中，再通过它们向地板恒温供热，而夜间房间温度和管道内介质低于地暖盘管的内管相变材料和相变储能层材料的相变温度时，相变材料和相变储能层自行释放热量，通过地板向房间辐射供热，维持房间处于基本恒定的温度。

地暖管的温度为相变蓄热地暖结构相比于普通低温热水辐射供暖地板，区分之处就在于相变蓄能管结构的地暖盘管的铺设，地暖盘管中热水对室内供热时，热量传递经过，地暖盘管内管的相变材料和相变砂浆层的相变材料，此时相变材料吸热相变，大量热量以潜热形式贮存，在室内需要供暖时释放出来。

相变蓄热采暖地板结构中，地暖盘管直接放置在楼板结构层的保温层上，向下的热流密度很小，确保了供暖过程中较小的热损失。此种结构延续了普通低温热水地板辐射供暖的长处，同时，又兼得相变蓄热装置的特性，可以将白天多余的热量贮存在相变材料中，在间歇性供暖、热原有时效性限制供暖中，该种结构能够有利的调控室内热环境，人体热舒适性进一步提高，有利的促进了建筑节能降耗。夏天除了提供厨房和洗浴热水系统外，关闭自他系统和集热器的阀门；工质通过水箱蒸发器不断散热，降低工质的温度，工质通过流经地暖盘管网和风机盘管系统给室内降温制冷，通过循环系统工质把室内的热量或存储于地暖盘管内管以及地暖盘管四周的相变储能层中的热量带走，降低室内温度，维持房间处于基本恒定的温度。

实施例1

复合纳米金属粒子相变乳液，包括固体石蜡、液体石蜡、金属纳米粒子、乳化分散剂、表面活性剂、助溶剂及去离子水，固体石蜡和液体石蜡混合物1000kg，(固体石蜡和液体石蜡质量比1:3)，纳米铜颗粒10kg，乳化分散剂Span-80 10kg，表面活性剂Tween-80 50kg，助溶剂正丁醇10kg，去离子水100kg。纳米铜颗粒粒径为30nm。

上述复合纳米金属粒子相变乳液通过以下方法获得：将固体石蜡和液体石蜡混合加入反应釜中，放入设定温度为50℃的恒温水浴池内加热熔化，加入30nm的纳米铜颗粒，再加入乳化分散剂Span-80，在乳化温度为85℃，搅拌速度为1000r/min，采用恒温磁力搅拌器分散处理45min后，采用超声波处理器分别进行超声波30min震荡，实现溶液均匀混合，降温至40℃，在转速600r/min加入表面活性剂Tween-80，加入助溶剂正丁醇，保持水浴温度4℃，转速200r/min情况下滴加去离子水，得到复合纳米金属粒子相变乳液，该相变乳液性能参数见表1-1。

表1-1.复合纳米金属粒子相变乳液性能指标

实施例1复合纳米金属粒子相变乳液应用于上述的太阳能相变集热器中，即太阳能玻璃管和集热箱内为上述复合纳米金属粒子相变乳液；该太阳能相变集热器性能指标见表1-2。

表1-2.复合纳米金属粒子相变乳液应用于太阳能相变集热器的性能指标

本发明实施例中有机无机复合相变固体材料，无机相变材料Na(CH

上述有机无机复合相变固体材料通过以下方法获得：按上述将正二十烷石蜡和Na(CH

表1-3.实施例1有机无机复合相变固体材料的性能指标

如图5所示相变蓄热水箱，新型水箱结构主要包括圆柱形或长方形水箱箱体(外径：高度为3：4，长：宽：高为3：3：4)，水箱壁采用夹层设计，水箱壁采用金属材质(304不锈钢壁厚≥2mm，钢板≥4mm)，水箱相变材料夹层(蓄热层)厚度为30mm，在夹层内填充无机有机复合相变固体材料，或金属(铜)包覆封装无机有机复合相变固体材料球；在水箱内部按设计间距布置金属管或镂空金属管，在金属管填充无机有机复合相变固体材料，在镂空金属管金属(铜)包覆封装无机有机复合相变固体材料球；水箱壁最外层设置30mm厚聚氨酯保温层。同时在水箱内部偏下的位置可以设有一定功率的电加热棒用于加热水箱内的水，设置此仅作为辅助加热装置以解决长期阴雨天气无太阳，进行反向辅助加热；水箱设置蒸发器散热制冷装置解决夏季制冷问题，整个系统可与空气源等装置对接，这类装置仅解决连续阴雨天气无太阳的反向辅助加热或辅助制冷，不作为主要提供热源装置。

在夹层内填充实施例1有机无机复合相变固体材料，该相变蓄热水箱具有如下性能指标见表1-4。

表1-4.相变蓄热水箱性能指标

如图3所示，内外套管输送工质管道，外管采用镀锌钢管、内管采用铜管，内管填充石蜡复合Na(CH

表1-5.内外套管输送工质管道参数

表1-6.采用实施例1固体材料的内外套管输送工质管道性能指标

本发明地暖结构，相变储能砂浆(混凝土)质量配比水泥350kg、粉煤灰436kg、正二十烷石蜡复合Na(CH

采暖末端储能地板的物理描述蓄热模型为长方形回折型结构，如图4所示，地板结构层从下至上依次为:楼板结构层，30mm厚硬质挤塑板保温层、DN32镀锌钢管外管及7mm铜管内置正二十烷石蜡复合Na(CH

上述该结构的项目应用试验

本项目位于青海省西宁市郊县，当地海拔3015m，干旱少雨，日照充足，昼夜温差大。年均气温5.6℃，全年最高气温32.5℃，最低气温-29.8℃，年均日照数3018h，本文选择在客厅、次卧室、主卧室、厨房、过道及卫生间铺设了地板采暖。负荷按采暖室外计算温度温度-20℃，采暖室内设计16℃计算，在客厅、餐室、主卧室及阳光房中间1.5m处布置了温度探头，并对回水、室外、水箱温度也进行了温度监测，每小时记录温度变化。该应用项目的热负荷计算表及当考虑0.7的负荷系数时，24h的供热量为2.91xlO

表1-7.热负荷计算表

表1-8.当考虑0.7的负荷系数时，24h的供热量为2.91xlO

实施例1固体相变材料的相变潜热217.57kJ/kg，固体密度1195kg/m

测试从2015年1月15日开始，到1月30日结束，连续两个星期；室外温度，除1月20日达到零上5℃以外，其余时间大部分在0℃以下，最低在零下-24℃；水箱温度，除19-21日三天白天云层较多，最高45℃左右，其余天水温均达到75℃。其中16日与23日短暂有云层遮住太阳光；房间温度最低出现在日出前9：00，开启循环泵，在蓄热初期，地板结构层温度分层现象较明显，由于地板散热末端采用毛细管网，并且是同程式的供热方式，所以地板表面温度的分布较为均匀，水泥砂浆的导热系数比相变材料大，所以在靠近热源处水泥砂浆温度上升较快，地板表面温度达到平均22.4℃左右，当蓄热进行到5h时，相变材料只有靠近地板处的直角局部区域还没有融化，水泥砂浆侧向相变材料侧传热，地板升温缓慢；在蓄热结束时，地板表面温度维持在26.1℃，蓄热效果良好.在蓄热的8h过程中，相变材料绝大部分融化，在蓄热结束时，地板表面温度分度均匀，平均温度达到30.1℃，蓄热效果良好，温度最高点出现在下午20：00，关闭循环水泵；在放热初期，相变储能层和内套管中相变材料与其他各区域温度相差较大，相变地板表面温度下降较缓慢，放热6h地板表面温度仍能维持在20.5℃左右；相变材料持续放热，在放热进行到第12h，地板表面平均温度还能达到19.8℃；此后相变材料大部分会凝固，地板结构层各层温度趋近于一致，地板表面温度降到最低温度17.9℃

实施例2

复合纳米金属粒子相变乳液，包括固体石蜡、液体石蜡、金属纳米粒子、乳化分散剂、表面活性剂、助溶剂及去离子水，固体石蜡和液体石蜡混合物1000kg，(固体石蜡和液体石蜡质量比1:4)，纳米氧化铜颗粒50kg，乳化分散剂Span-80 5kg和Tween-80 5kg，表面活性剂Tween-80 150kg，助溶剂正丁醇15kg，去离子水50kg。

上述复合纳米金属粒子相变乳液通过以下方法获得：将固体石蜡和液体石蜡混合加入反应釜中，设定温度为50℃的恒温水浴池内加热熔化，加入粒径为30nm的纳米氧化铜颗粒，加入乳化分散剂Span-80和Tween-80，在乳化温度为85℃，搅拌速度为1000r/min，采用恒温磁力搅拌器分散处理45min后，采用超声波处理器分别进行超声波30min震荡，实现溶液均匀混合；降温至40℃，在转速600r/min加入表面活性剂Tween-20，加入助溶剂异丙醇；保持水浴温度4℃，转速200r/min情况下滴加去离子水，得到复合纳米金属粒子相变乳液，该相变乳液性能参数见表2-1。

表2-1.复合纳米金属粒子相变乳液性能指标

实施例2复合纳米金属粒子相变乳液应用于太阳能相变集热器中，该太阳能相变集热器，即太阳能玻璃管和集热箱内为复合纳米金属粒子相变乳液；其性能指标如表2-2。

表2-2.复合纳米金属粒子相变乳液应用于太阳能相变集热器的性能指标

有机无机复合相变固体材料，无机相变材料Na

该有机无机复合相变固体材料通过以下方法获得：(1)、按上述将正十六烷石蜡和Na

表2-3.实施例2有机无机复合相变固体材料

如图5蓄热水箱，采用实施例2有机无机复合相变固体材料。该相变蓄热水箱具有如下性能指标见表2-4。

表2-4.相变蓄热水箱性能指标

如图3所示，内外套管输送工质管道，外管采用镀锌钢管、内管采用铜管，内管填充实施例2有机无机复合相变固体材料，辐射地板盘管采用PE-RT埋管，内管采用铜管，内管填充实施例2有机无机复合相变固体材料，管道参数如下表2-5。

表2-5.内外套管输送工质管道参数

表2-6.实施例2固体相变材料的内外套管外部输送工质管道性能指标

本发明地暖结构，相变储能砂浆(混凝土)质量配比水泥350kg、粉煤灰436kg、正十六烷石蜡复合Na

采暖末端储能地板的物理描述蓄热模型为长方形回折型结构，如图4所示，地板结构层从下至上依次为:楼板结构层，30mm厚硬质挤塑板保温层、DN32镀锌钢管外管及7mm铜管内置正十六烷石蜡复合N

上述该结构的项目应用试验

本项目位于青海省西宁市郊县，当地海拔3015m，干旱少雨，日照充足，昼夜温差大。年均气温5.6℃，全年最高气温32.5℃，最低气温-29.8℃，年均日照数3018h，本文选择在客厅、次卧室、主卧室、厨房、过道及卫生间铺设了地板采暖。负荷按采暖室外计算温度温度-20℃，采暖室内设计16℃计算，在客厅、餐室、主卧室及阳光房中间1.5m处布置了温度探头，并对回水、室外、水箱温度也进行了温度监测，每小时记录温度变化。热负荷计算表及当考虑0.7的负荷系数时，24h的供热量为2.91xlO

实施例2相变潜热198.94kJ/kg，固体密度1175kg/m3,填充层和填充层铺设约80.64㎡，厚80mm，相变蓄热材料含量为20％，理论蓄热可达80.64㎡x0.08mx20％x1175x198.94＝3.01x105kJ；另外DN25的PE-RT盘管内管铜管直径5mm添加相变材料,长度537m,537x3.14x0.0025x0.0025x1175x198.94＝2.46xl03KJ；

测试从2016年1月10日开始，到1月25日结束，连续两个星期；室外温度在0℃以下，最低在零下-25℃；水箱温度白天均达到70℃；房间温度最低出现在日出前8：35，开启循环泵，在蓄热初期，地板结构层温度分层现象较明显，由于地板散热末端采用毛细管网，并且是同程式的供热方式，所以地板表面温度的分布较为均匀，水泥砂浆的导热系数比相变材料大，所以在靠近热源处水泥砂浆温度上升较快，地板表面温度达到平均20.6℃左右，当蓄热进行到5h时，相变材料只有靠近地板处的直角局部区域还没有融化，水泥砂浆侧向相变材料侧传热，地板升温缓慢；在蓄热结束时，地板表面温度维持在22.3℃，蓄热效果良好，在蓄热的8h过程中，相变材料绝大部分融化，在蓄热结束时，地板表面温度分度均匀，平均温度达到24.7℃，蓄热效果良好，温度最高点出现在下午20：10，关闭循环水泵；在放热初期，相变储能砂浆层和内套管中相变材料与其他各区域温度相差较大，相变地板表面温度下降较缓慢，放热6h地板表面温度仍能维持在18.3℃左右；相变材料持续放热，在放热进行到第12h，地板表面平均温度还能达到17.4℃；此后相变材料大部分会凝固，地板结构层各层温度趋近于一致，地板表面温度降到最低温度16.2℃。

实施例3

复合纳米金属粒子相变乳液，包括固体石蜡、液体石蜡、金属纳米粒子、乳化分散剂、表面活性剂、助溶剂及去离子水，固体石蜡和液体石蜡混合物1000kg，(固体石蜡和液体石蜡质量比1:2)，30nm的氧化石墨烯粉末30kg，乳化分散剂Span-40 2kg和Span-60 5kg、Tween-40 2kg和Tween-60 5kg，表面活性剂烷基苯磺酸钠100kg，助溶剂正戊醇15kg，去离子水50kg。

上述复合纳米金属粒子相变乳液通过以下方法获得：将固体石蜡和液体石蜡混合加入反应釜中，设定温度为50℃的恒温水浴池内加热熔化，加入粒径为30nm的氧化石墨烯粉末及乳化分散剂Span-40和Span-60，Tween-40和Tween-60，在乳化温度为85℃，搅拌速度为1000r/min，采用恒温磁力搅拌器分散处理45min后，采用超声波处理器分别进行超声波30min震荡，实现溶液均匀混合；降温至40℃，在转速600r/min加入表面活性剂烷基苯磺酸钠，加入助溶剂正戊醇；保持水浴温度4℃，转速200r/min情况下滴加去离子水，得到复合纳米金属粒子相变乳液，该相变乳液性能参数见表3-1。

表3-1.复合纳米金属粒子相变乳液性能指标

实施例3复合纳米金属粒子相变乳液应用于太阳能相变集热器中，该太阳能相变集热器，具体结构同实施例1，其性能指标如表3-2。

本发明相变蓄能管结构，包括内管和外管，内管套设在外管内，且内管和外管之间具有管夹层，管夹层内通过工质材料，内管内填充复合纳米金属粒子相变乳液。

表3-2.复合纳米金属粒子相变乳液应用于太阳能相变集热器的性能指标

有机无机复合相变固体材料，无机相变材料CaCL

该有机无机复合相变固体材料通过以下方法获得：(1)、按上述将正二十二烷石蜡和CaCL

表3-3.实施例3有机无机复合相变固体材料

如图5所示蓄热水箱，蓄热水箱的水箱壁夹层采用实施例3有机无机复合相变固体材料。该相变蓄热水箱具有如下性能指标见表3-4。

表3-4.相变蓄热水箱性能指标

如图3所示，内外套管输送工质管道，外管采用镀锌钢管、内管采用铜管，内管填充实施例3有机无机复合相变固体材料，辐射地板盘管采用PE-RT埋管，内管采用铜管，内管填充实施例3有机无机复合相变固体材料，管道参数如下表3-5。

表3-5.内外套管输送工质管道参数

表3-6.采用实施例3相变材料的内外套管输送工质管道性能指标

本发明地暖结构，相变储能砂浆(混凝土)质量配比水泥350kg、粉煤灰436kg、正二十二烷石蜡复合CaCL

采暖末端储能地板的物理描述蓄热模型为长方形回折型结构，如图4所示，采暖末端储能地板的物理描述蓄热模型为长方形回折型结构，如图所示，地板结构层从下至上依次为:楼板结构层，30mm厚硬质挤塑板保温层、DN32镀锌钢管外管及7mm铜管内置正二十二烷石蜡复合CaCL

上述该结构的项目应用试验

本项目位于青海省西宁市郊县，当地海拔3015m，干旱少雨，日照充足，昼夜温差大。年均气温5.6℃，全年最高气温32.5℃，最低气温-29.8℃，年均日照数3018h，本文选择在客厅、次卧室、主卧室、厨房、过道及卫生间铺设了地板采暖。负荷按采暖室外计算温度温度-20℃，采暖室内设计16℃计算，在客厅、餐室、主卧室及阳光房中间1.5m处布置了温度探头，并对回水、室外、水箱温度也进行了温度监测，每小时记录温度变化。热负荷计算表及当考虑0.7的负荷系数时，24h的供热量为2.91xlO

实施例3相变潜热179.90kJ/kg，固体密度1283kg/m

测试从2017年12月20日开始，到2018年1月5日结束，连续两个星期室外温度，所有时间在0℃以下，最低在零下-26℃；水箱温度水温均达到65℃；房间温度最低出现在日出前7：30，开启循环泵，在蓄热初期，地板结构层温度分层现象较明显，由于地板散热末端采用毛细管网，并且是同程式的供热方式，所以地板表面温度的分布较为均匀，水泥砂浆的导热系数比相变材料大，所以在靠近热源处水泥砂浆温度上升较快，地板表面温度达到平均18.6℃左右，当蓄热进行到5h时，相变材料只有靠近地板处的直角局部区域还没有融化，水泥砂浆侧向相变材料侧传热，地板升温缓慢；在蓄热结束时，地板表面温度维持在21.1℃，蓄热效果良好，在蓄热的8h过程中，相变材料绝大部分融化，在蓄热结束时，地板表面温度分度均匀，平均温度达到22.5℃，蓄热效果良好，温度最高点出现在下午20：30，关闭循环水泵；在放热初期，相变储能砂浆层和内套管中相变材料与其他各区域温度相差较大，相变地板表面温度下降较缓慢，放热6h地板表面温度仍能维持在17.4℃左右；相变材料持续放热，在放热进行到第12h，地板表面平均温度还能达到16.3℃；此后相变材料大部分会凝固，地板结构层各层温度趋近于一致，地板表面温度降到最低偏低温度14.8℃。

实施例4

复合纳米金属粒子相变乳液，包括固体石蜡、液体石蜡、金属纳米粒子、乳化分散剂、表面活性剂、助溶剂及去离子水，固体石蜡和液体石蜡混合物1000kg，(固体石蜡和液体石蜡质量比1:1)，30nm的纳米碳管粉末20kg，乳化分散剂Span-20 12.5kg和Span-80 2.5kg及Tween-20 2.5kg和Tween-80 7.5kg，表表面活性剂烷基苯磺酸钠100kg，助溶剂乙醇20kg，去离子水50kg。

上述复合纳米金属粒子相变乳液通过以下方法获得：将固体石蜡和液体石蜡混合加入反应釜中，设定温度为50℃的恒温水浴池内加热熔化，加入粒径为30nm的纳米碳管粉末及乳化分散剂Span-20和Span-80，Tween-20和Tween-80，在乳化温度为85℃，搅拌速度为1000r/min，采用恒温磁力搅拌器分散处理45min后，采用超声波处理器分别进行超声波30min震荡，实现溶液均匀混合；降温至40℃，在转速600r/min加入表面活性剂烷基苯磺酸钠，加入助溶剂乙醇；保持水浴温度4℃，转速200r/min情况下滴加去离子水，得到复合纳米金属粒子相变乳液，该相变乳液性能参数见表4-1。

表4-1.复合纳米金属粒子相变乳液性能指标

实施例4复合纳米金属粒子相变乳液应用于太阳能相变集热器中，该太阳能相变集热器，具体结构同实施例1，其性能指标如表4-2。

表4-2.复合纳米金属粒子相变乳液应用于太阳能相变集热器的性能指标

有机无机复合相变固体材料，无机相变材料Na

该有机无机复合相变固体材料通过以下方法获得：(1)、按上述将葵酸十四醇和为Na

表4-3.实施例4有机无机复合相变固体材料性能指标

如图5所示蓄热水箱，采用实施例4有机无机复合相变固体材料。该相变蓄热水箱具有如下性能指标见表4-4。

表4-4.相变蓄热水箱性能指标

如图3所示，内外套管输送工质管道，外管采用镀锌钢管、内管采用铜管，内管填充实施例3有机无机复合相变固体材料，辐射地板盘管采用PE-RT埋管，内管采用铜管，内管填充实施例3有机无机复合相变固体材料，管道参数如下表4-5。

表4-5.内外套管输送工质管道参数

表4-6.采用实施例4相变材料的内外套管输送工质管道性能指标

本发明地暖结构，相变储能砂浆(混凝土)质量配比水泥350kg、粉煤灰436kg、葵酸十四醇复合Na

采暖末端储能地板的物理描述蓄热模型为长方形回折型结构，如图4所示，采暖末端储能地板的物理描述蓄热模型为长方形回折型结构，如图所示，地板结构层从下至上依次为:楼板结构层，30mm厚硬质挤塑板保温层、DN32镀锌钢管外管及7mm铜管内置葵酸十四醇复合Na

上述该结构的项目应用试验

本项目位于青海省西宁市郊县，当地海拔3015m，干旱少雨，日照充足，昼夜温差大。年均气温5.6℃，全年最高气温32.5℃，最低气温-29.8℃，年均日照数3018h，本文选择在客厅、次卧室、主卧室、厨房、过道及卫生间铺设了地板采暖。负荷按采暖室外计算温度温度-20℃，采暖室内设计16℃计算，在客厅、餐室、主卧室及阳光房中间1.5m处布置了温度探头，并对回水、室外、水箱温度也进行了温度监测，每小时记录温度变化。热负荷计算表及当考虑0.7的负荷系数时，24h的供热量为2.91xlO

实施例4相变潜热196.1kJ/kg，固体密度1215kg/m

测试从2018年12月25日开始，到1月10日结束，连续两个星期；室外温度均在0℃以下，最低在零下-27℃；水箱温度，除31、1日三天白天云层较多，最高48℃左右，其余天水温均达到76℃；房间温度最低出现在日出前8：00，开启循环泵，在蓄热初期，地板结构层温度分层现象较明显，由于地板散热末端采用毛细管网，并且是同程式的供热方式，所以地板表面温度的分布较为均匀，水泥砂浆的导热系数比相变材料大，所以在靠近热源处水泥砂浆温度上升较快，地板表面温度达到平均20.9℃左右，当蓄热进行到5h时，相变材料只有靠近地板处的直角局部区域还没有融化，水泥砂浆侧向相变材料侧传热，地板升温缓慢；在蓄热结束时，地板表面温度维持在22.3℃，蓄热效果良好，在蓄热的8h过程中，相变材料绝大部分融化，在蓄热结束时，地板表面温度分度均匀，平均温度达到24.1℃，蓄热效果良好，温度最高点出现在下午19：45，关闭循环水泵；在放热初期，相变储能层和内套管中相变材料与其他各区域温度相差较大，相变地板表面温度下降较缓慢，放热6h地板表面温度仍能维持在20.8℃左右；相变材料持续放热，在放热进行到第12h，地板表面平均温度还能达到18.3℃；此后相变材料大部分会凝固，地板结构层各层温度趋近于一致，地板表面温度降到最低偏低温度16.4℃。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。