热电池:如何被动储存热量

热电池是什么?

根据定义，任何种类的热质量都可以被称为热电池，因为它具有储存热量的能力。在房子的环境中，这意味着密集的材料，如砖，砖石和混凝土。即使是放在阳光充足的窗户上的一壶水也是一种热电池，因为它可以捕捉并释放来自太阳的热量。

隔热良好的混凝土地板也可以充当热电池;一旦你给它充满热量，它需要很长时间来冷却(取决于厚度)，并且在这段时间内调节内部温度。

从辐射混凝土地板作为热电池获得最大收益的一个实际用途是在能源成本波动的地区——你可以把你的地板设置在计时器上，这样它只在低频率的时间出现(例如安大略省的晚上7点到早上7点)。在关闭的12个小时内，它通过缓慢释放储存的热量来充当电池，因此你不必在高峰时段支付更高的费率。

当你进入主动储热系统领域时，一种更常见的热电池类型(并不是有很多)是一个埋在地下的巨大水箱，由太阳能热板加热。

即使这种类型的系统并不新鲜，美国第一个拥有主动太阳能供暖系统的房子建于1939年的麻省理工学院校园(麻省理工学院)，坐落在一个巨大的水库上，由热太阳能电池板加热。

什么是相变热电池?

利用“阶段变化”提高了一点标准-坚持我，这将是有趣的，我保证:)

要使一种物质从固体变成液体，需要大量的能量输入。当这种物质再次凝固时，能量就会被释放出来。当这些转变发生时，材料要么吸收能量，要么释放能量，温度将保持不变。一旦相变完成，材料将开始再次改变温度。

那么这意味着什么呢?这意味着为了融化水、蜡、金属、岩石或任何东西，你需要给它注入大量的能量。但是在这个过程中温度是不变的。所以你的“电池”有更多的能量，你可以在相同体积的空间中储存更多的热量。

很难利用0摄氏度的熔点，但蜡在37摄氏度左右就会融化(取决于它确切的化学组成)，这非常适合收集和储存太阳能集热器的热量。

如何制作热电池:

如果你有一个集热太阳能电池板(直接加热空气或液体，而不是用光伏发电)，你可以用它来给热电池充电。想象一下——一个大罐的蜡(或水)，由太阳能收集器的加热线圈加热。通过同一个水箱运行着另一个线圈，它将热量提取出来，泵到你的辐射地板或任何其他加热分配系统中。

比热容:

如果你取固体石蜡(热容Cp = 2.5 kJ/kg·K，熔合热为210 kJ/kg)，假设1公斤，在室温下，你将需要2.5 kJ(千焦)的热量使1公斤的块状物从20°C上升到21°C。要使它从21°C上升到22°C，你还需要2.5千焦(即等量的能量)。

石蜡在37°C左右熔化。如果温度下降到36°C，将温度恢复到37°C同样只需要2.5 kJ，但从37°C恢复到38°C则需要210 kJ(84倍)。

这是因为为了熔化，固体晶格中的一些化学键需要被打破，这一过程需要额外的能量。所以总的来说，如果一公斤石蜡在20°C的温度下，你需要252.5千焦才能使它达到38°C。

混凝土是最常见的具有热质量效益的建筑材料之一。与石蜡相比，1公斤混凝土(Cp = 0.88 kJ/kg·K)需要15.8 kJ才能达到同样的效果。对于水(Cp = 4.18 kJ/kg·K)，所需能量为75.2 kJ。

输入的能量就是储存在材料中的能量，因为当材料冷却到20°C或室温时，这些能量将被释放出来。虽然有许多材料可以用于储热的应用，但这只是对一些更常用的材料的快速比较。

综上所述，每公斤石蜡能储存的热量是混凝土的16倍，是水的3.4倍。因此，虽然水可能不是储存热量的最佳材料，但它肯定是价格最实惠、最容易获得的。

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热电池图由alternativephotonics.com/提供

热电池图由替代光子学．