低温储热混凝土材料的研究开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.研究背景

能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础,是当代各国的重要战略资源。目前全球消耗的能源是大部分煤炭、石油、天然气这三种传统的不可再生能源。据权威的《BP世界能源统计年鉴》提供的数据显示,2016年世界探明石油储量约2707亿吨,按照2016年产量水平计算,可满足世界57年的需求。截至2016底,世界天然气探明储量为186.6×1012m3,该储备足以保证52.5年的供应需要。2016年,世界煤炭探明储量为1. 14×1012吨,足够满足153年的需求,大约是石油和天然气储量比的三倍。但是随着储量的减少,开采难度就会加大,开采价值就会随之下降,不可再生能源的开采年限还将大大减少[1]

在面对传统能源逐渐枯竭的同时,传统三大能源的高能耗、高污染也是必须考虑的问题。传统能源燃烧后会产生大量的二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物、碳氢化物、颗粒物以及二氧化碳等大气污染物,造成了巨大的大气污染,严重危害人类的生存。因此开发和寻找新型能源,尤其是可再生能源,已经成为现如今一大趋势,也是当今的一个研究热点内容。

根据不可再生资源逐渐枯竭的现状和可再生资源利用技术的发展,太阳能、地热能、风能等新型能源的开发和利用越来越受到人们的关注。在这些新型可再生能源中,太阳能是目前世界上公认的最好的清洁能源,并且与其他能源相比具有普遍性、无限性的优点,其利用工艺过程简单可靠,技术也日渐成熟。但是太阳能利用容易受到光照、气候、季节、地域等因素的影响,为了保证太阳能利用的稳定性,我们就需要有效的储热装置把太阳能储存起来,然后在太阳能不足或者没有太阳能时再释放出来,以此来保证连续的能源供应。因此高效、廉价的储热装置就显得尤为关键。利用地下土壤作为太阳能储热介质储存低温热能,经过近年来的研究,已被证实不论在技术上还是经济上都是可行的,在一些国家已用于农业和建筑供暖,土壤储热太阳能供暖系统的年度成本仅为电加热系统的1/3左右,为常规太阳能供暖系统的2/3左右。因此,从长远的观点来看,地下土壤储热被认为是跨季节储热的最有前途的方式之一[2-4]。但是由于地下土壤导热系数低,储热效率低,储热密度小,不适合跨季节长期储存太阳能,而地下混凝土储热技术是在研究地下土壤储热基础上提出的一种地下储存热能的新方法。它是通过在建筑物的桩基中埋入换热管,通过换热管将热量传递给混凝土,在冬季再将热量释放,从而进行储热、取热的循环。该方法为人们提供了一种新的地下热量储存的方式,将会大大减轻能源紧张的压力[5-7]

2.国内外研究现状

2.1 储热方法介绍

目前国际上适宜的储热系统按照热的形式可分为三类:显热储热、潜热储热、热化学储热。

1、显热储热:显热储热主要是利用储热体随温度变化而变化的特性,进行储热的方法。常见的显热储热材料有水、岩石、沸石、砂石、混凝土等。显热储热的优点是储热体材料来源丰富,成本低廉。而显热储热的缺点是储热密度低,储热系统重量、体积大,且在放热过程中温度不稳定,应用受到一定限制[8-9]

2、潜热储热:潜热储热时利用材料在温度变化的过程中发生相变过程中的可逆反应来储存与释放能量。常见的相变过程有固-液、固-固、固-气、液-气这四种。

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