Weiguang Su等人對應用于太陽能輔助熱水儲熱系統中的新型膠囊式相變材料進行了實驗研究，結果表明這種材料的應用對系統的能效有很大的提高。M．Mazman等分別以石蠟-硬脂酸、石蠟-棕櫚酸和硬脂酸-肉豆蔻酸為蓄熱材料，將其應用于家用太陽能熱水系統的蓄/放熱實驗，實驗結果表明，3種相變材料均可不同程度地增加水箱的蓄熱量。
但目前的研究主要側重于生活熱水的利用，這對太陽能熱利用方面仍有較大的局限性。本文提出一種新型相變蓄熱式水箱應用于太陽能組合系統[5]，可同時提供采暖和生活熱水，實現熱能梯級利用，為太陽能組合系統的應用提供一種新思路。
創新點及解決的問題
本文提出一種新型相變蓄熱水箱，水箱內部選取雙盤管逆流換熱形式，水在自然對流下會形成溫度分層，為了加大溫度分層同時提高相同容積下水箱的儲熱量，選取兩種不同相變溫度的相變材料，高相變溫度在上低相變溫度在下。相變蓄熱水箱接管圖如圖1所示。集熱系統走管側，水流向為上進下出；采暖系統走管側，水流向為下進上出；生活熱水系統提取水箱內部水，水流向為下進上出。蓄熱水箱箱體為304不銹鋼材質，總高1.4m、直徑0.6m，單個蓄熱單元高0.2m、直徑0.5m，通過支架固定其中心高度分別為0.5m、0.9m處，內部相變蓄熱單元水平剖面圖如圖1。
圖1：籠屜式相變蓄熱水箱接管圖
添加相變材料的相變蓄熱水箱與普通蓄熱水箱進行實驗對比，兩水箱容量相同，兩組實驗室內外氣象參數變化相似，實驗初始溫度相近。
圖2：集熱量變化趨勢
圖2表示A/B兩組每小時集熱器的集熱量變化情況，圖中明顯看出集熱系統開啟期間B組的小時集熱量遠高于A組平均每小時集熱量B組是A組的3.7倍，說明相變材料的加入有利于蓄熱水箱的蓄熱，同等情況下，相變蓄熱水箱可加大熱媒進出口溫差。且兩組實驗集熱量出現峰值的時間均比輻照強度峰值時間晚1-2h說明集熱具有滯后性。
圖3：水箱上部溫度變化
圖3為水箱上部溫度變化，集熱系統開啟，水箱上部溫度快速升溫，由于B組第一天太陽輻照強度較高，經3h加熱后B組水箱上部溫度高于A組。晚上17:00集熱系統關閉，同時伴隨大量的生活用水使用，導致水箱上部溫度迅速下降。夜間水箱放熱包括為采暖環路提供熱能補充及水箱自身熱損失。對比發現夜間A/B兩組水箱上部每小時溫降分別為0.44℃和0.22℃，室外溫度及室內溫度變化基本一致情況下，相同時間段內提供的采暖負荷相差不大，水箱自身保溫性能不變，相同時間段內自身熱損失也基本相同，由于B組添加相變石蠟，夜間沒有熱源向水箱內部提供熱量時，相變石蠟發生再次發生相變，將內部存儲的潛熱能釋放，從而減小內部溫度的波動。
圖4：太陽能保證率變化趨勢
圖5：EER變化趨勢
對比A/B兩組實驗每天太陽能保證率及系統能效比，如圖5和圖6，發現A組第3天與B組第2天的系統能效比EER相等，均為2.00，而B組在平均太陽輻射強度低于A組的情況下可實現B組的太陽能保證率高于A組，說明相變材料有助于提高系統的太陽能保證率。對比A/B兩組實驗均值，在太陽能輻照強度相似的情況下，添加相變材料會使太陽能保證率提高72%，使系統能效比EER提高26%。
結論
（1）在太陽能組合系統中，同等情況下，使用相變蓄熱水箱時集熱系統的小時集熱量遠高于使用普通蓄熱水箱。本實驗臺測試結果表明：使用相變蓄熱水箱時集熱系統的集熱量為普通蓄熱水箱的3.7倍。
（2）添加相變材料可提高相同容積蓄熱水箱的蓄熱量，同時減小夜間蓄熱水箱的頂部高溫水溫降。相同測試期間普通蓄熱水箱上部高溫水夜間平均溫降為每小時下降0.44℃，相變蓄熱水箱上部高溫水夜間平均溫降為每小時下降0.22℃，溫降減少50%。
（3）在太陽能組合系統中，相變蓄熱水箱有利于提高太陽能保證率及系統能效比。在太陽能輻照強度相似的情況下，本實驗臺相變蓄熱水相會使太陽能保證率平均提高72%，使系統能效比平均EER提高26%。
