飞捷相变材料应用于避难硐室-可行性分析

硐室使用无机相变材料制冷方案优缺点肖吕明，杭州飞捷科技有限公司创始人，相变材料发明专利所有者，致力于研究相变材料应用技术的开发。就相变材料应用在避难硐室内，肖总给我做了一下分析。据肖工的介绍，辽宁卓异装备制造有限公司所使用的无机相变材料温度在24±1℃，根据飞捷科技相变材料的技术参数来看，以PH-24相变材料的参数来作分析。相变点24℃外观灰白色材料类型无机盐水合物相变温度范围24±1℃有效工作范围20-28℃密度（Kg/m³）1.39潜热（Kj/Kg）350过冷度无易燃不燃稳定性（循环）＞5000次最大操作温度70℃一、材料性能分析1、材料的环境温度通过比对材料的相变温度与有效工作温度对比，可得出材料的相变温度与有效工作温度有±4℃的温差，材料的最大操作温度表面材料在大于70℃的环境下其分子结构会发生变化从而失去其相变能力。2、选定材料的密度与潜热PH-24的密度为1390Kg/m³，潜热为350Kj/Kg，据此我们可以坐以下推算。理想状态下全部选用PH-24作为硐室内制冷材料有实验数据可知，结合空气净化药剂，硐室内设备及围岩温度对硐室内温度的影响，可知每个人的平均功率为150W；根据一个人的平均功率我们可以粗略推算出为达到制冷要求硐室内所需相变材料的质量与体积。由热力学定力可知：1W=1J/S则，一个人的平均功率换算为热量等于：150W=0.15KJ/S一个人一小时产生的热量为：0.15KJ/SX3600S=540KJ则，硐室内100人96小时产生的总热量为为100X540X96=5184000KJ根据材料的参数求出100人硐室所需的无机相变材料的质量为：5184000/360=14.4吨相变材料的体积为：144000KG/1390KG/m³=10.36m³假设全部铺设于硐室生存室内，通过杭州飞捷科技提供的参数来看，相变材料的最佳使用厚度为2cm,则需要的生存室内表面积为10.36/0.02=518㎡生存室总长30m，则需要的生存室横截面周长为：518/30=17.27m;生存室宽4.6m，高3.3m，相变材料采取依层叠加的方法，有效利用安装面积，所以相变材料可以满足硐室内的制冷需要。二、使用相变材料制冷的优缺点优点：1、单纯使用相变材料省去了硐室内的制冷设备（制冷一体机或蓄冰冰柜）；2、相对二氧化碳制冷采用相变材料制冷省去了二氧化碳气瓶，大大减少了二氧化碳气瓶的维护及在使用时打开二氧化碳气瓶阀门较大的重复工作，同时也没有二氧化碳泄露的危险；3、相对蓄冰制冷采用相变材料省去了冰柜及其制冷压缩机组。4、相变材料相对于其他制冷方式的优缺点缺点、1、制冷一体机或蓄冰式冰柜具有冷凝空气中水分的作用，从而达到除湿的效果，配合少量干燥剂便能达到硐室内湿度的有效控制，但相变材料工作温度与硐室内温度相差较小，此时需要大量的干燥剂，干燥剂在湿度大的情况下失效较快，需要频繁更换。2、相变材料在环境温度超过24℃时就开始由固态转变为液态，发生相变吸热，所以在不制冷的情况下就需要使硐室内的温度低于24℃，这就需要压风持续供给，以保持硐室内的温度。综上所述，解决硐室内有害空气及控制湿度，单纯的使用相变材料制冷方案能够有效地控制硐室内的环境温度，在成本和后期维护上都优于其他制冷方案。制冷方法材料成本施工成本维护成本总体成本优点缺点液态CO2低高高偏高制冷快让人窒息，需定期更换，储存设备体积大，储存温度低，若储存温度高于31.1℃，效果大减蓄冰制冷高高高高高2-3年需要更换压缩机，维护成本高哦，能耗大。制冷机在瓦斯超过断电浓度时会引起爆炸无源相变材料低，且可根据硐室人数配置低无低储热密度高达351KJ/KG，无需维护，无爆炸危险，根据硐室人数配置，即成本线性下降，使用寿命长只能应用在低温矿井下压风制冷低高无低低施工难度大，预埋风管在爆炸时有断裂的可能性，对老矿改造不可行