硐室使用无机相变材料制冷方案优缺点(自动保存的)

硐室使用无机相变材料制冷方案优缺点看过敖总发的无机相变材料的介绍后，我发现了一些问题，其中有无机相变材料的优点，也有缺点，希望能够为中标起到一点帮助；我们也可以使用这种材料改进救生舱及硐室的一些性能。通过魏工今天早晨的介绍，栆矿集团新远大公司采用的无机相变材料的使用温度在24-27℃，根据北京广域（无机相变材料供应商）提供的技术参数来看，参照下表，栆矿集团新远大公司选用的的材料可能性最大的为性能为CT24的无机相变材料，但表中无CT24的参数，现以性能相近的CT26的参数作为分析。性能HS24CT26HS29CT58CT89外观(颜色)灰白/棕色灰白/棕色灰白/棕色灰白灰白材料类型无机盐水合物相变温度(℃)23-2525-2728-3057-5987-89有效工作温度(℃)21-2723-3026-3255-6085-95密度(Kg/m3)14801500155012901540潜热(kJ/kg)185180190250180熔融均一性是是是是是过冷度无无无低无易燃不燃不燃不燃不燃不燃稳定性(循环)3000最大操作温度（℃）6060609096北京广域提供的参数表一、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又±3℃的温差，材料的最大操作温度表明材料在大于60℃的环境下其分子结构会发生改变从而失去其相变能力。2、选定材料的密度与潜热CT26的密度为1500Kg/m3，潜热为180KJ/Kg据此我们可作以下推算。3、理想状态下全部选用CT26作为硐室内制冷材料有实验数据可知每个人的平均功率为150w，其中包括空气净化药剂，硐室内设备及围岩温度对硐室内温度的影响；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无机相变材料的质量与体积。由热力学定理可知：1w=1J/s则，一个人的平均功率换算为热量等于：150w=150J/s=0.15KJ/s一个人一小时产生的热量为：0.15KJ/s×3600s=540KJ则，硐室内100人120小时产生的总热量为：540KJ×100×120=6480000KJ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：6480000/180=36000Kg=36t无机相变材料的体积为：36000kg/1500kg/m3=24m3假设全部铺设于硐室生存室内，通过参考北京广域提供的参数来看，无机相变材料的最佳使用厚度为2cm，则需要的生存是内表面积为：24/0.02=1200m2生存室总长30m，则需要的生存是横截面周长为：1200/30=40m；生存是宽4.6m，高3.3米，所以不能满足硐室内全部使用无机相变材料制冷的要求。二、使用无机相变材料制冷的优缺点优点：1、单纯使用无机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无机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，同时也没用二氧化碳泄露的危险；3、相对蓄冰式冰柜制冷采用无机相变材料制冷省去了冰柜及其制冷压缩机组；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，从而达到了除湿的效果，配合少量干燥剂便能达到硐室内湿度的有效控制，但无机相变材料工作温度与硐室内温度相差较小，没有冷凝的效果，控制硐室内湿度是只能依靠干燥剂，此时需要大量干燥剂，干燥剂在湿度大的情况下失效较快，所以需要频繁更换。若空气的干燥还是要通过净化一体机来实现，此时需要一体机对湿度进行快速处理，并且需要使用大量干燥剂，则大量的干燥剂无疑又增加了净化一体机的负荷，就目前硐室净化一体机的驱动现状（多为气动马达驱动）来看，无疑又增加了气瓶的数量。2、采用无机相变材料制冷虽然省去了二氧化碳制冷或蓄冰式冰柜制冷系统中制冷单元，但仍需要对硐室内的空气进行净化，还需使用净化一体机，目前硐室内基本都在使用气体驱动的一体机，在对硐室内空气净化过程中，气瓶的配置仍要满足一体机及氧气供给，空气供给的需求，从气瓶的数量来看，气瓶的数量并没有减少。3、根据北京广域提供的技术参数来看，无机相变材料在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，在非紧急情况下，压风供给系统中的过滤器寿命变短，需要频繁更换。长时间的使用压风，会造成压风管道内积水，增加了压风维护的工作量，并且无机相变材料在吸热时会融化成液态，且体积较固体状态下会变小，在重力作用下，变为液态的无机相变材料会积聚在封装材料的底部，当在无机相变材料恢复至其固相时，有可能造成无机相变材料在封装材料中受力不均匀，使封装材料表面变得凹凸不平，影响硐室墙面的平整度。4、综上所述单纯使用无机相变材料进行制冷的方案不现实。根据查阅的资料无机相变材料制冷为被动热交换方式，单独使用根本无法满足硐室内的温度问题。三、硐室内使用无机相变材料与制冷方式配合的可能：由于无机相变材料属于被动制冷，即环境温度升高时，无机相变材料被动吸收周围环境空气中的热量，不能主动对硐室内进行温度调节，再加之其自身不具备调节硐室内湿度的能力，使得硐室内体感温度难以控制，所以无机相变材料需要与其他主动制冷方式进行配合，现硐室内的主要制冷技术有两种，一种为启动马达驱动空气净化一体机与蓄冰式冰柜配合进行制冷与空气净化，另一种为二氧化碳制冷净化一体机对舱内空气进行净化与制冷。1、无机相变材料与冰柜配合制冷在单纯使用冰柜制冷时，以100人硐室为例，硐室中应配备4个蓄冰式冰柜，4台空气净化一体机与冰柜配合，每台空气净化一体机配备6个空气瓶，12个氧气瓶，满足120小时工况下的处理要求，硐室内总共使用24个空气瓶及48个；在冰柜进行主动制冷时，舱内的湿度也被有效控制，硐室内只需配备少量的空气干燥剂便可满足硐室内的湿度处理。当使用蓄冰式冰柜与无机相变材料配合制冷时，由于无机相变材料的制冷被动性，此时就需要蓄冰式冰柜对舱内的温度进行主动调节，以达到体感温度合格，但在120小时内仍要满足硐室内空气净化的额定工况需求，硐室内同样要配备4台空气净化一体机，为满足一体机的工作需求，同样要配备24个空气瓶及48个氧气瓶；而在制冷方面，由于采用了无机相变材料对硐室内的温度进行范围性的被动调节，但还需要冰柜进行主动调节，为了使硐室内的温度均匀分布，此时同样的还是需要4台蓄冰式冰柜，只是在冰柜容量上做了调整，相对单纯采用蓄冰式冰柜制冷的硐室冰柜的容量变小，由于冰柜容量变小，冰柜的整体尺寸也随之变小，冰柜风道的面积也随之变小，对硐室内空气中水分的冷凝效率也随之降低，使得硐室内不得不配备更多的空气干燥剂来满足除湿的需求，由于空气干燥剂的使用量增大，使得硐室内干燥剂的更换变得频繁，同时为了达到除湿效果，就需要一体机配备的启动马达满负荷高速运转，这就有需要增加空气瓶及氧气瓶的可能，这就增加了气瓶的成本和维护费用；冰柜从制造工艺成本上来说，大容量的冰柜比小容量的冰柜成本低，为控制成本，若采用大容量的冰柜，空气干燥剂的用量便减少，但硐室内也使用了无机相变材料配合制冷，这样成本就比单纯使用冰柜制冷的硐室要高；而无机相变材料平时需要压风持续供给来保持其蓄冷量，这使得压风系统的维护工作量及成本增大。相比较而言在达到同等的效果之下，采用无机相变材料的硐室从成本和维护方面来说费用要高出单纯使用冰柜制冷的硐室。2、无机相变材料与二氧化碳制冷配合单纯使用二氧化碳制冷的硐室，以100人硐室为例，硐室内需要配备4台二氧化碳制冷净化一体机，每台一体机配备60个二氧化碳气瓶，总共240个气瓶，在120小时内可根据舱内实际情况调节一体机的制冷量与空气净化处理量，硐室内一体机同蓄冰式冰柜一样，也能够有效控制硐室内的湿度，只需配合少量空气干燥剂就可满足硐室内的湿度控制。在使用无机相变材料与二氧化碳制冷一体机配合进行制冷时，为了保证制冷一体机的空气净化额定工况需求，每台一体机同样还是需要配备60个气瓶，同单纯的二氧化碳制冷相比气瓶并没有减少，由于气瓶数量没有减少，一体机制造的冷量以满足硐室内除湿及制冷的需求，采用无机相变材料无疑增加了成本，同蓄冰式冰柜与无机相变材料配合制冷的硐室相同其维护成本同样也增加了。以上两种可能性的对比可得出的结论为采用无机相变材料制冷并不能达到节省成本与维护费用，并且增加了维护的成本与工作量。但如果能将无机相变材料由于救生舱的隔热层，能使救生舱的隔热性能与温度调节得到良好的改善。