谷電利用復合石蠟蓄熱材料的制備及供暖墻體構造實驗

楊慧慧，曾 立，湯 波，王小青，陸 勇

（東南大學能源與環境學院，江蘇 南京 210096）

2020 年，我國用電量達到75110 億千瓦時，新增裝機容量19087萬千瓦，發電能力進入世界先進行列，能源消費保持持續增長態勢[1]。隨著終端用電用戶的不斷增加，峰值需求日益增長，使得電網峰谷差逐年加大。此外，基于我國“碳達峰、碳中和”愿景，高比例新能源接入將進一步加劇電力系統穩定運行與電力供應波動性的矛盾，電網峰谷差將越來越大，電網調峰難題日益凸顯，迫切需要推動儲能技術在促進谷電消納、提高電力系統靈活性場景中發揮關鍵作用[2]。同時，隨著采暖負荷需求急劇上升，燃煤采暖帶來的環境污染問題日益嚴重。各地政府推行“煤改電”政策[3]，將發電用煤之外的煤炭消費轉換為電力消費，以減少燃煤采暖造成的空氣污染問題。蓄熱式電采暖是減少空氣污染、實現電網“削峰填谷”的有效手段，在清潔供暖工程中起著重要的作用[4]。

谷電蓄熱裝置分為顯熱蓄熱裝置及相變蓄熱裝置。顯熱蓄熱利用材料自身溫度的升高來存儲熱量，多為固體蓄熱材料，如混凝土[5]、陶瓷固體材料[6]、耐火磚等[7]，但其儲能密度較小，需要較大體積的換熱設備。相變蓄熱裝置以相變材料(PCM)作為蓄熱介質，其蓄熱密度較高，但熱導率低，熱量無法在PCM 和換熱介質中快速傳遞，使得蓄存的熱量難以取出，電能轉化為有效輸出熱系統整體效率不高。為改善PCM 的熱物理性質，相關學者已開展大量研究，如將其添加到泡沫金屬[8-10]、混合納米材料[11-13]等。

相變蓄熱谷電應用的形式也多種多樣，蓄熱地板與蓄熱墻體是目前PCM 應用的主要形式。張寅平團隊[14]對帶PCM 的蓄熱式地板電采暖系統進行了較多研究；Ahangari等[15]設計了一種雙層相變儲熱單元，并將其引入到房間的天花板、墻壁和地板中，采用數值模擬方式確定了相變材料的最佳熔點；Stathopoulos 等[16]則設計了一種集成在通風系統中的PCM-Air熱交換器。蓄熱式地板采用輻射與導熱方式采暖，能保持室內穩定的溫度分布，但地板只有一面面向室內空間，其余各面均存在熱量耗散損失。蓄熱墻體可安裝在建筑內墻中或與室內隔斷相結合，通過合理的布置可使得墻體耗散的熱量全部用于房間的采暖，因此蓄熱墻體的系統效率高于蓄熱地板。同時墻體安裝形式較為靈活，既適用于既有建筑的采暖改造，也適用于新建建筑。

針對目前傳統顯熱材料蓄熱密度低、需占用較多空間的問題，對比蓄熱地板與蓄熱墻體的優缺點，基于模塊化供熱原理與建筑一體化思想，本工作提出一種可與室內隔斷結合、不占用室內空間的谷電蓄熱墻體模塊。蓄熱墻體模塊由蓄熱單元構成，可按需設計，根據室內采暖要求自由拼裝。墻體模塊安裝形式較為靈活，可直接對室內已有的隔斷進行改造，或采用活動式安裝，實現裝置自由移動，滿足多種供暖需求?；谙嘧儾牧蠠釋实?、熱量難以存取的痛點，在價廉易得的工業石蠟中添加高導熱系數的膨脹石墨(EG)，制備出滿足谷電蓄熱需求的蓄熱密度大、導熱能力強的復合相變材料，由實驗得到了蓄熱單元的蓄放熱性能，簡要介紹了蓄熱墻體模塊的裝配過程，分析其在峰谷電價差下的應用經濟性。

1 EG/石蠟復合蓄熱材料的制備與表征

所選用的相變材料應用于建筑供暖中，其熔點溫度不應高于100 ℃，其潛熱不能過低以免蓄熱裝置體積過大，在反復使用中需保持高度的化學穩定性，無毒、無腐蝕，且價廉易得。通過對比各類低溫相變材料，并出于成本考慮，選擇熔點范圍為62～64 ℃的工業級石蠟作為相變材料[17]。但石蠟熱導率低，導致傳熱緩慢、熱存儲速率低，選取合適的強化材料與其混合制備復合相變材料可提高蓄放熱效率。膨脹石墨(EG)是具有大量網狀結構的新型碳材料，具有高熱導率、優異的化學穩定性和低密度等特點，將其與石蠟混合可有效增強原材料的導熱性能[18]，在EG 的吸附作用下，液態石蠟被包裹住，也可以改善石蠟相變過程中的泄漏問題[19]。

為尋找復合PCM 的最佳配比，制備了不同質量分數的EG/石蠟復合PCM 樣品。采用導熱系數測試儀(TC3100，西安夏溪電子科技有限公司)測定其熱導率，利用差示掃描量熱儀(DSC Q200，美國TA儀器)進行了相變溫度和潛熱的測量，結果如表1所示?？梢钥闯?，復合PCM的導熱系數隨EG質量分數的增加而增大，12%的復合PCM 導熱系數比純石蠟增大了約12 倍。2%的復合PCM 熱導率相比純石蠟提升不到一倍，而在EG質量分數達到4%時，復合PCM的導熱系數會突增，而后隨著其含量增加導熱系數基本呈線性增長。復合PCM的相變溫度隨EG含量的增加有輕微降低，總體處于62 ℃左右，上下浮動約0.43 ℃。這是由于高導熱系數EG的添加加快了復合PCM內部的熱量傳遞速度，導致材料相變溫度的微弱降低。復合PCM的潛熱值隨著EG 含量的增加而減少，在EG 質量分數達到12%時潛熱減少約20%。這是由于復合材料中EG含量的增加導致有效相變儲熱材料的占比下降導致的。將石蠟的潛熱與其質量分數相乘可得到復合PCM的理論潛熱值，與測試值對比發現，復合PCM 的潛熱均低于理論計算值，這可能是由于復合PCM 內部形成的致密網格結構使相變過程中石蠟的體積膨脹受到阻礙，進而限制了石蠟分子的熱運動，減少復合PCM的相變潛熱。此外EG密度(269 kg/m3)小于純石蠟(908 kg/m3)，在增加相同質量分數EG時其增加的體積占比多于石蠟，單位蓄熱密度減小，也會促進潛熱的減少，使其低于理論值。EG的加入對于石蠟的導熱性能有巨大的提升，能夠減小導熱熱阻，但同時會減小其相變潛熱，即減小蓄熱密度，導致蓄熱裝置中PCM填充量過大。綜合考慮導熱性能及蓄熱密度，優選了質量分數為8%的復合PCM作為蓄熱材料，其導熱系數為純石蠟的10倍，相變潛熱較石蠟減小18.5%，同時測得其密度為740 kg/m3，定壓比熱為2010 J/(kg·℃)。

表1 不同質量分數復合PCM的導熱系數、相變溫度及潛熱Table 1 Thermal parameters of composite PCM with different EG mass fraction

2 相變蓄熱單元設計及熱性能實驗

2.1 供暖場所設計

谷電蓄熱墻體通過存儲夜間谷電，在白天用電高峰期釋熱來進行供暖。設計供暖場景為南京市某辦公樓內的一個房間，房間大小為5.0 m×3.0 m×2.9 m，供暖時間為8 h。以最大設計負荷為依據，結合相關資料[20]估算供暖熱指標為50 W/m2，則滿足日間8 h供暖所需的功率及蓄熱量為

經計算，房間一天內供暖需要的供暖功率為750 W，所需蓄存的熱量至少為21600 kJ。

所需蓄熱PCM的質量與蓄熱總量之間的關系為

Tobj、Tref分別為目標蓄熱溫度及初始溫度，取值為80 ℃和20 ℃。經過計算，要滿足該房間日間8 h的供暖需求，至少需要相變材料77.1 kg，總體積為0.104 m3。

2.2 蓄熱單元設計

為滿足不同的供暖需求，設計了模塊化蓄熱裝置，將蓄熱裝置分解成多個相變蓄熱單元，通過多個單元的靈活組合來實現蓄熱容量及放熱能力的調整。谷電蓄熱裝置整體采用管殼式換熱結構，其結構如圖1所示。蓄熱材料封裝在方形容器內部，空氣流經貫穿單元體的圓柱換熱管與PCM進行換熱。將加熱膜均勻布置在圓柱金屬管壁中加熱相變材料。相變蓄熱單元具體參數見表2。

圖1 相變蓄熱單元結構Fig.1 Structure of phase change thermal storage unit

表2 相變蓄熱單元外形尺寸參數Table 2 Dimensional parameters of thermal storage unit

為滿足房間供暖需求，需要至少90 組相變蓄熱單元。

2.3 相變單元熱性能實驗

通過實驗來對比復合PCM 與純石蠟的蓄放熱性能。相變蓄熱單元熱性能測試原理圖與裝置實物圖分別如圖2 與圖3 所示，實驗系統由蓄熱單元、送風裝置和數據采集模塊三部分構成。送風裝置包括風機、管道、閥門等，數據采集模塊包括電腦、溫度巡檢儀、熱電偶、流量計等。

圖2 實驗原理圖Fig.2 Schematic diagram of the experiment

圖3 蓄熱單元熱性能測試裝置實物圖Fig.3 Device diagram for thermal performance test of heat storage unit

在蓄熱單元內布置多組熱電偶，分別在高度為100、325 和550 mm 三個位置設置了監測點，標號為B、C 和D，徑向上在換熱管壁到外壁面的垂直線上均勻布置了三組熱電偶，加熱管壁處標號為1，中間測點標號為2，外壁面測點標號為3。設置了兩個同尺寸的相變蓄熱單元，分別填充石蠟和8%EG/石蠟復合PCM。

圖4 溫度測點布置示意圖Fig.4 Schematic diagram of temperature measuring points layout

3 相變蓄熱單元熱性能結果分析

3.1 蓄熱過程

蓄熱過程中，填充EG/石蠟復合PCM 和純石蠟的蓄熱單元內C1、C2 和C3 測點的溫度變化如圖5 和圖6 所示，可以看到兩種材料都經歷了三個階段：剛開始溫度快速上升，為顯熱蓄熱階段；而后溫度在相變點附近緩慢上升，為潛熱蓄熱階段；隨著加熱的繼續，熔融的PCM 溫度快速上升到達目標溫度。在C2 測點處EG/石蠟材料完成蓄熱過程需要約4200 s，而填充純石蠟時則需要5500 s才能達到目標溫度。EG的添加增大了復合PCM整體的導熱系數，減小了石蠟內部導熱熱阻，從而提高了復合PCM的儲熱速率，縮短了儲熱時間。雖然復合PCM的導熱系數與純石蠟相比提升了近10倍，但蓄熱時長只減少了23.6%。蓄熱導熱系數的增加并沒有導致蓄熱時長的大幅減少，原因是液態石蠟的流動性較強，受密度差變化產生的自然對流加速了石蠟的融化[21]。在蓄熱過程中，蓄熱單元內部石蠟的相變界面由內至外、由上至下逐漸推進。加熱壁面處溫度較高，附近的固相石蠟最先熔化，熔融后的石蠟溫度升高，在溫度差和密度差的作用下上升，積聚在蓄熱單元上部，加速上部固相材料的熔化，同時液相材料內部產生的自然對流也進一步加速了相界面處固相石蠟的熔化。而在石蠟中添加EG 后，雖然其內部導熱得到強化，但EG 的多孔吸附特性抑制了石蠟相變過程中的液態流動問題，導致自然對流換熱的削弱，內部仍以導熱為主要傳熱方式，因此減緩了蓄熱時長的減少。

圖5 EG/石蠟蓄熱單元內部PCM溫度變化情況Fig.5 Change of PCM temperature of EG/paraffin thermal storage unit

圖6 石蠟蓄熱單元內部PCM溫度變化情況Fig.6 Change of PCM temperature of paraffin thermal storage unit

蓄熱效率一般通過下式計算

圖7 和圖8 為填充不同相變材料的相變單元蓄熱效率，各開展了5組實驗。實驗過程中由于每次的蓄熱初始溫度稍有不同，耗電量有所差異。由于石蠟自身的潛熱比復合PCM 高，因此蓄熱量和耗電量多于復合材料。填充復合PCM 的相變蓄熱單元平均蓄熱效率維持在97%左右，而填充石蠟時由于蓄熱時長增加，壁面散熱損失更多，平均蓄熱效率只有93%。

圖7 EG/石蠟蓄熱單元內部PCM溫度變化情況Fig.7 Change of PCM temperature of EG/paraffin thermal storage unit

圖8 石蠟蓄熱單元內部PCM溫度變化情況Fig.8 Change of PCM temperature of paraffin thermal storage unit

3.2 放熱過程

放熱過程中選擇C2 點來分析填充不同材料的蓄熱單元內部的溫度變化。如圖9 所示，位于C2點的石蠟大約在19000 s 后溫度由80 ℃下降至30 ℃。而位于EG/石蠟復合PCM 中同一位置測點的溫度下降至相同值只用了10000 s，放熱完成時間較石蠟減少了47%?？梢娽専崴俣仍谔砑覧G后整體有了較大的提高，且相比于蓄熱過程的提升效果更大。

圖9 放熱過程中C2點溫度變化Fig.9 The temperature change of point C2 during discharging process

放熱速率主要通過瞬時放熱功率來衡量，其定義如下式

當進口溫度為20 ℃，入口流速為2 m/s 時，填充不同材料的蓄熱單元的出口溫度與瞬時放熱功率分別如圖10 和圖11 所示。由于放熱功率與出口溫度呈線性相關，因此兩張圖中的曲線變化趨勢較為相似。在初始顯熱放熱階段，由于加熱管壁溫度高，流體的出口溫度較高且下降速度快，而后隨著時間的推移，傳熱溫差逐漸減小，溫降速度減緩。由于復合材料的換熱能力強于純石蠟，蓄存的能量能夠快速傳遞至換熱流體中，因此復合材料前中期出口溫度及放熱功率均大于石蠟。當復合材料的放熱接近尾聲時，PCM 與換熱流體基本達到了熱平衡，進出口溫差很小，放熱功率也趨向于零，此時石蠟還處于放熱中期階段，出口溫度在30 ℃附近，內部仍有熱量未完全釋放，因此放熱后期填充石蠟的蓄熱單元的瞬時放熱功率高于填充復合PCM 的蓄熱單元。整體來看，填充EG/石蠟的蓄熱單元前中期釋熱量大、放熱速度快，而填充石蠟的蓄熱單元中后期釋熱功率略大。

圖10 相變蓄熱單元放熱過程出口溫度Fig.10 Outlet temperature of discharging process of thermal storage unit

圖11 相變蓄熱單元瞬時放熱功率Fig.11 Instantaneous discharging power of thermal storage unit

放熱過程中，蓄熱系統的出口溫度不能低于室內最低設計供暖溫度(18 ℃)，同時還須滿足室內的供暖熱負荷。以前述場景為例，單個蓄熱單元瞬時放熱功率應不小于8.3 W。由于放熱過程中裝置存在熱量耗散損失，這部分耗散的熱量對于房間采暖呈積極作用，難以通過出口空氣溫度直接計算裝置釋放的有效熱量，因此通過無效放熱效率來間接考察裝置的放熱效率。將放熱后期不滿足任意一個條件的放熱時間段稱為無效放熱時間段，無效放熱時間段內的放熱量與總蓄熱量的比值稱為無效放熱效率。無效放熱時間段內的總放熱量即為到達無效放熱階段時PCM內部蓄存的熱量，通過此時PCM溫度分布來計算該蓄熱量。放熱效率與無效放熱效率的和恒為1。各參數計算式如下

由于放熱實驗過程中出口溫度已滿足最低設計供暖溫度，因此僅以最小瞬時放熱功率為限定條件，不同蓄熱材料的相變蓄熱單元的無效放熱效率的統計結果見圖12 和圖13?？梢钥吹?，填充石蠟的蓄熱單元平均無效放熱效率為32.08%，而應用復合PCM 的蓄熱單元，其無效放熱效率為15.35%，無效放熱效率減少了近1/2。與之相對應，石蠟蓄熱單元的放熱效率為67.92%，EG/石蠟蓄熱單元的放熱效率為84.65%。這主要是因為EG/石蠟復合材料的釋熱速度快，有效放熱時間段內的平均放熱功率達到22.5 W，而石蠟蓄熱單元的平均放熱功率僅為14.3 W，中后期放熱功率較小，無效放熱時間段長于復合PCM。在無效放熱時間段內，裝置釋熱緩慢，釋放的熱量不足以達到房間的供暖要求，造成熱量的損失。

圖12 EG/石蠟蓄熱單元無效放熱效率Fig.12 Ineffective discharging efficiency of thermal storage unit filled with EG/paraffin

圖13 相變蓄熱單元瞬時放熱功率Fig.13 Instantaneous discharging power of thermal storage unit

裝置的放熱效率低于蓄熱效率，是因為蓄熱過程與放熱過程間斷運行。蓄熱效率考察蓄存的熱量與消耗的電能之間的關系，蓄熱效率低于1的原因是蓄熱過程中熱量會通過壁面向外界環境耗散，這部分熱量為儲熱過程中的散熱損失。而放熱效率則考察蓄存的熱量中有多少被用于室內采暖。蓄熱時PCM 從環境溫度加熱到目標溫度，而有效放熱結束后PCM 的溫度值高于環境溫度，所蓄存的熱量并沒有完全釋放用于室內供暖。因此導致放熱效率低于蓄熱效率。若裝置蓄熱與換熱過程連續運行，則在有效放熱結束后立即進行蓄熱，會減少無效放熱時間與無效放熱量，大大提高蓄/放熱效率。但本文僅考慮在一個蓄放熱周期內裝置間歇運行的情況，對于連續運行模式的合理設計及供暖模式的正確選擇，還值得做進一步研究與探討。

4 谷電蓄熱墻體設計及經濟性分析

4.1 谷電蓄熱墻體模塊設計

所設計的谷電蓄熱墻體模塊如圖14 所示，由蓄熱單元、外部框架、保溫層、進出風管等構成。蓄熱模塊由多組相變單元并聯而成，蓄熱單元包括加熱設備、蓄熱介質和換熱通道，換熱通道的進出口連接進出風的立管，在管道下部設置閥門以單獨控制該模塊放熱?？蚣軆忍畛浔夭牧弦詼p小散熱損失。風機安裝在出風管道的頂部，與風閥聯動。

圖14 蓄熱墻體模塊內部構造示意圖Fig.14 Schematic diagram of the structure of a interior partition thermal storage wall block

在夜間用電低谷期時，金屬管壁內部電阻絲通電加熱，整個管壁形成面加熱源加熱復合PCM，使其相變存儲大量潛熱。在白天用電高峰期時，開啟風機將室內空氣由進風管引入蓄熱單元中進行熱量交換，加熱后的空氣經出風立管排至頂部排風口以實現房間供暖。

4.2 谷電蓄熱墻體模塊安裝

該模塊化墻體的安裝步驟如下

步驟1：底座砌筑及上下骨架安裝。蓄熱墻體模塊的進風口在下部，需要承重底座來引入室內空氣。底座由混凝土澆鑄而成并開有通風孔道。在底座和天花板處使用型鋼作為隔墻框架，使用膨脹螺栓固定鋼材，并使用隔聲膠條進行密封。

圖15 底座砌筑及骨架安裝示意圖Fig.15 Schematic diagram of base masonry and skeleton installation

步驟2：模塊拼接及固定。將墻體模塊由下至上依次拼接并使用螺絲固定，模塊之間通過限位柱校準以

保證上下風道貫通。將各模塊的控制線路合理接入頂部總控中，而后在模塊右側安裝豎向型鋼骨架，骨架與模塊之間留30 mm 空隙用于走線。使用嵌縫劑填補各模塊間的縫隙，之后用鋼條連接并固定模塊。

圖16 模塊拼接固定示意圖Fig.16 Schematic diagram of module splicing and fixing

步驟3：補充墻體安裝。余下隔墻的安裝參照輕鋼龍骨隔墻的施工工藝，使用型鋼作為豎向骨架，將其與上下龍骨固定，水平方向的連接件則使用薄壁的鍍鋅鋼板，搭建完成后，在內部填充保溫隔聲材料。

圖17 模塊拼接固定示意圖Fig.17 Schematic diagram of supplementary wall installation

步驟4：立面處理。在整個立面覆蓋一層紙面石膏板，使用發泡劑填充外立面所有縫隙。底部進風處安裝圓形蛋殼式風口，出風處安裝方形百葉風口。在外表面刷上油漆，完成墻體的安裝。

圖18 立面處理示意圖Fig.18 Schematic diagram of facade treatment

4.3 谷電蓄熱墻體應用經濟性分析

本文所構建的谷電蓄熱墻體由多個蓄熱模塊構成，初投資費用包括復合PCM、換熱加熱管、蓄熱箱體、內部配件設備、內保溫材料和外部框架等費用。假定需滿足一整棟辦公樓的冬季供暖需求，供暖面積取1500 m2(100個房間)，采暖天數為120天，每天8 h供暖，初步計算系統的初投資費用約為48.53萬元。主要材料的用量、單價等數據如表3所示。

表3 谷電蓄熱墻體初投資估算Table 3 Preliminary Investment Estimation of off-peak Power Thermal Storage Wall

系統運行費用主要是各控制設備及風機的能耗費用。該谷電蓄熱墻體為辦公類房間的非連續性供暖，根據江蘇省峰谷分時電價，低谷期電價為0.3813元/(kW·h)，高峰期電價為1.4065元/(kW·h)。經計算風機每年的電費約為1.08萬元，控制系統電費估算為0.1 萬元，所以系統一年的設備能耗費用約為1.18 萬元。此外，系統每年的維護費用約為0.5萬元，因此系統的年運行費用約為1.68萬元。

谷電蓄熱墻體的收益是基于峰谷電價差而節省的電費，與直接式電采暖設備相比，該墻體在一年節省的電費通過式(9)計算

計算可得到區域一年內供暖所需熱量Quser為72000 kW·h，ηnormal為普通電采暖設備運行時的熱效率，取值100%；ηstorage為墻體從蓄熱開始到放熱結束一個循環內的總熱效率，取值為80%。經計算，系統一年可節省費用6.69萬元。

經濟性評價的指標包括凈現值(項目年限內按行業基準折現率計算的各年凈現金流量現值的總和，NPV)和投資回收期，計算式如下

假設系統運行年限為20 年，折現率i取值為5%。計算得到該項目凈現值為13.91萬元，投資回收期為14 年。項目初投資較大，導致其投資回收年限較長。

上述數據部分來自估算及預測，需要研究不確定性因素對經濟性的影響?；诠入娦顭釅w的特點，對初投資、系統總熱效率和峰谷電價差等因素進行了單因素敏感性分析，結果見表4。

表4 谷電蓄熱墻體的敏感性分析Table 4 Sensitivity analysis of thermal storage wall

從表4 可以看出，3 個因素對蓄熱墻體經濟性的影響為：峰谷電價差>初投資>總熱效率，其中峰谷電價差和總熱效率對經濟性為正影響，即隨著峰谷電價差和總熱效率的增大，凈現值逐漸增大，回收年限逐漸減少；而初投資對凈現值為負影響，其值越大，凈現值越小，回收年限越長。峰谷電價差直接與收益和運行費用掛鉤，增加峰谷電價差可增大收益和運行費用之間的差額，從而提高蓄熱墻體的經濟性。由于年收益與年運行費用相差不大，因此凈現金流量不大，而初投資遠遠大于這兩者，因此項目的經濟性指標受初投資的影響也較大?？偀嵝蕸Q定系統耗電量的大小，進而決定年收益的高低，進而影響了系統的凈現值和投資回收期。

綜合來看，谷電蓄熱墻體是有應用可行性的，但投資回收期較長。若要提高收益，一方面可通過政府對清潔供暖的補貼使得系統的能耗費用下調，減小運行費用；另一方面，需使用結構簡單、價格低廉的材料，降低初投資成本，同時優化整體結構，提高蓄放熱效率。

5 結 論

（1）EG 的添加能顯著提高石蠟的導熱性能。熱性能測試表明，隨著EG 含量的增加，EG/石蠟復合PCM 的導熱系數增加，相變潛熱減小，而相變溫度有略微減小。當EG 的質量分數從0 增加至12%時，復合PCM 的熱導率較純石蠟提高了近12倍，相變溫度從62.12 ℃降至61.69 ℃，相變潛熱與純石蠟相比減小了近20%。綜合考慮導熱性能及蓄熱密度后，選擇了8%的EG/石蠟作為蓄熱材料，其導熱系數為石蠟的10倍，為3.256 W/(m·K)，潛熱值較石蠟降低了18.5%，為159.8 J/g。

（2）蓄熱過程中，采用8%EG/石蠟的相變蓄熱單元的蓄熱速率與采用純石蠟相比有所提升。盡管石蠟材料在熔化過程中存在自然對流，對于其自身的熔化過程有較大的促進作用，但采用復合PCM 的相變蓄熱單元的蓄熱時間仍縮短了23%，蓄熱過程中散熱損失更小，蓄熱效率從石蠟材料的93%提升到了97%。

（3）放熱過程中，EG的添加使得復合PCM的導熱性能得到提升，所對應的蓄熱單元放熱速度加快，有效放熱時間段內的平均放熱功率達到了22.5 W。在室內最低設計供暖溫度與最小放熱功率的限制下，應用8%復合PCM的蓄熱單元放熱效率為84.65%；填充石蠟的蓄熱單元放熱時間較長，且中后期較低的放熱功率造成熱量的浪費，放熱效率僅為67.92%。

（4）初投資、系統總熱效率和峰谷電價差對谷電利用墻體的經濟性均有較大的影響。對于南京市供暖面積為1500 m2的一整棟辦公樓的冬季供暖，在系統運行年限為20 年時，該墻體在江蘇省峰谷電價下的凈現值約為13.91萬元，投資回收期約為14 年，有實施的可行性，但系統初投資較大，年收益率較低。

符號說明

A——供暖面積，m2

C0——蓄熱墻體系統初投資成本，萬元

Cp——PCM的定壓比熱容，kJ/(kg·℃)

Cp，a——換熱流體的定壓比熱容，kJ/(kg·℃)

Cn——相變蓄熱墻體系統第n年的運行費用，萬元

Ec——應用墻體模塊一年所節省的電費，萬元

In——蓄熱墻體系統系統運行第n年的收益，萬元

i——折現率，%

L——PCM的相變潛熱，kJ/kg

l——蓄熱墻體系統運行年限，年

MPCM——一個蓄熱單元內所需PCM質量，kg

mPCM——各測點附近PCM的質量，kg

NPV——蓄熱墻體系統的凈現值，萬元

Pdis——瞬時放熱功率，W

PE,peak——用電高峰期電價，元/(kW·h)

PE,vally——用電低谷期電價，元/(kW·h)

QE——蓄熱過程所消耗的電能，kJ

Qs——蓄熱裝置內總蓄熱量，kJ

Quser——供暖區域一年內供暖所需熱量，kJ

Qst——單個相變蓄熱單元的蓄熱量，kJ

Qout,0——無效放熱時間段內釋放的熱量，kJ

q——供暖設計熱指標，W/m2

qa——換熱流體的體積流量，m3/s

qs——單個房間的供暖功率，W

Tin——蓄熱單元入口空氣溫度，℃

Tobj——PCM目標蓄熱溫度，℃

Tout(t)——蓄熱單元t時刻的出口空氣溫度，℃

Tref——PCM初始蓄熱溫度，℃

Tobj(t)——無效放熱時間段初始時刻各測點的溫度，℃

Tp——動態投資回收期，年

tg——采暖區域供暖時間，s

ρa——換熱流體的密度，kg/m3

ηin——相變蓄熱單元蓄熱效率，%

ηnormal——普通電采暖設備運行時的熱效率，%

ηstorage——墻體從蓄熱開始到放熱結束一個循環周期的總熱效率，%

ηout,0——相變蓄熱單元無效放熱效率，%

ηout,1——相變蓄熱單元放熱效率，%

ke——測點的總數，個