空调系统潜能存储和热经济性优化的全新解决方法

住宅和商业建筑的空调系统对电能的需求非常高，这促使科研人员更加关注可再生能源在空调系统中的应用。当能源需求和供应不一致时，储能系统对平衡供需是有必要的。已有的研究表明，潜热能存储（LTES）技术会在夜间节省制冷能耗并存储冷负荷用于白天冷却是一种有用的方法。近年来，化石能源资源的局限性和他们对环境造成的污染使人们越来越重视对可再生能源的利用。潜热能储存器（LTES）可用于能量转换系统，比如空调或热泵，并能克服这些系统所需能量的供应波动。作为 LTES系统使用的相变材料（PCM），该材料具有近乎恒定温度下的热充/放热以及高能量存储密度等优点，这吸引了很多研究人员的关注。

自由冷却系统可以在夜间存储冷量并在白天释放冷量以减少空调系统冷负荷。这种系统的优势主要是减少室温波动幅度。如图显示了与LTES集成的自然冷却空调系统的示意图。相变材料（PCM）通过室外空气的低温固化散热，并在白天融化过程中吸热以达到冷却目的。

整合潜热能存储（LTES）技术的空调系统示意图

本文的研究引入了一种简化的新半解析解决方案，以研究由多个平行相变材料PCM板组成的LTES系统的热交换性能。在改进焓计算方法的基础上，应用二维数值模型的计算结果验证了所提出的方法，并获得了满意的结果。该方法是将相似度法与节能规律相结合而开发的。它可以计算传热流体（HTF）温度分布，固液界面（SLI）位置和相变材料（PCM）温度分布的方程式。使用这些方程式，可在工程方程求解器（EES）软件中对带有相变材料（PCM）板LTES的自然冷却空调系统进行建模。使用此方法有助于同时求解方程式，从而可以使用 几种类型的相变材料（PCM）在系统出口处针对某些特定条件实现最佳换热性能。本文比较了三种具有相同熔点温度的相变材料（RT27，S27和PureTemp27）的整体系统的热力学和经济性能。 

本文的计算结果可以得出以下结论：

（1）本文的计算方法优于通常的数值求解算法，本文所采纳的方法优点是：简单，准确性好，更快的处理速度以及时间和大小步长的独立性。 

（2）本文的数值方法求解的传热流通（HTF）温度，PCM温度，界面位置和整个熔化时间几乎相同。 

（3）LTES空气温度差的增加可以提高性能系数COP和能源效率，同时也使系统单位成本增加。 

（4）在特定的出风口温度条件下，可降低系统的单位成本。 

（5）使用S27作为相变材料PCM，可实现系统总投资成本和LTES尺寸最优化。

（6）使用PureTemp27作为相变材料PCM，可获得最高的能源效率和性能系数COP，以及最低的总产品单价。