本書主要圍繞儲(chǔ)熱技術(shù)及其熱管理應(yīng)用這一主題,詳細(xì)介紹儲(chǔ)熱技術(shù)和熱管理的概念、機(jī)理、需求和挑戰(zhàn),并基于此引入儲(chǔ)熱技術(shù)的熱管理應(yīng)用,全面闡述儲(chǔ)熱技術(shù)在熱管理場(chǎng)景(包括電池、電子器件、建筑、人體控溫、空調(diào)、冷鏈運(yùn)輸?shù)龋┲械难芯楷F(xiàn)狀、機(jī)理和發(fā)展趨勢(shì),并結(jié)合人工智能等新興手段進(jìn)一步拓展儲(chǔ)熱技術(shù)的熱管理應(yīng)用的發(fā)展方向。本書主要包括緒論、面向熱管理的儲(chǔ)熱技術(shù)、儲(chǔ)熱技術(shù)在電池?zé)峁芾碇械膽?yīng)用、儲(chǔ)熱技術(shù)在電子器件熱管理中的應(yīng)用、儲(chǔ)熱技術(shù)在熱舒適性調(diào)控中的應(yīng)用、儲(chǔ)冷技術(shù)在運(yùn)輸冷藏中的應(yīng)用、基于人工智能輔助的熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)等7章,覆蓋多種熱管理場(chǎng)景,深入挖掘儲(chǔ)熱技術(shù)在各類場(chǎng)景中的科學(xué)技術(shù)和市場(chǎng)潛力,為學(xué)生和相關(guān)從業(yè)人員提供豐富的基礎(chǔ)知識(shí)和深入獨(dú)到的見解。本書可作為儲(chǔ)能科學(xué)與工程、能源與動(dòng)力工程等相關(guān)專業(yè)本科生和研究生的教材或參考書,也可供電力、汽車、建筑、化工、材料等領(lǐng)域從事儲(chǔ)熱及熱管理技術(shù)相關(guān)的研究人員和工程技術(shù)人員閱讀和參考。
隨著全球氣候變化的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)和可持續(xù)發(fā)展的迫切需求,儲(chǔ)熱技術(shù)及其在熱管理領(lǐng)域的應(yīng)用變得愈發(fā)重要。本書不僅全面系統(tǒng)地介紹了儲(chǔ)熱技術(shù)的原理和方法,還深入探討了其在電池、電子器件、建筑、人體、冷鏈運(yùn)輸?shù)榷鄠(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。這些應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和雙碳目標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。電池和電子設(shè)備的熱管理對(duì)于提高能效、延長設(shè)備使用壽命、增加設(shè)備安全性至關(guān)重要;建筑和人體熱管理則直接關(guān)系到能源的合理利用和碳排放的減少;冷鏈運(yùn)輸可以保障食品、藥品等處于理想的低溫狀態(tài),從而實(shí)現(xiàn)安全輸運(yùn)。此外,書中特別強(qiáng)調(diào)了人工智能在熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用,這為行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了新的思路。人工智能技術(shù)的應(yīng)用,使得熱管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)更加精準(zhǔn)的控制和自動(dòng)優(yōu)化,進(jìn)一步提升能源利用效率。這一點(diǎn)對(duì)于推動(dòng)相關(guān)行業(yè)的綠色低碳發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義,有助于實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)的雙重目標(biāo)。
本書共分7章。第1章主要介紹能源發(fā)展形勢(shì)、儲(chǔ)熱技術(shù)分類和基本特點(diǎn),并對(duì)熱管理的發(fā)展需求以及儲(chǔ)熱技術(shù)在熱管理中的應(yīng)用概況進(jìn)行介紹。第2章主要介紹不同類型的儲(chǔ)熱技術(shù)的工作原理以及儲(chǔ)熱材料的分類與特點(diǎn),并對(duì)各類型儲(chǔ)熱材料進(jìn)行介紹。第3章主要介紹儲(chǔ)熱技術(shù)在電池?zé)峁芾眍I(lǐng)域的應(yīng)用,包括電池?zé)峁芾淼谋尘凹爸匾,電池(zé)峁芾砑夹g(shù)分類及特點(diǎn)以及高導(dǎo)熱性、定形、柔性及阻燃相變材料及其耦合水冷、液冷、熱管七種儲(chǔ)熱技術(shù)的電池?zé)峁芾硖匦。?章主要介紹儲(chǔ)熱技術(shù)在電子器件熱管理領(lǐng)域的應(yīng)用,包括電子器件熱管理的背景及重要性,電子器件產(chǎn)熱特性等。第5章主要介紹儲(chǔ)熱技術(shù)在建筑與人體熱舒適性調(diào)控中的應(yīng)用,重點(diǎn)介紹建筑熱調(diào)控的方法及影響因素;在人體熱管理方面,主要包括人體加熱與熱敷,人體制冷與冷敷、制熱織物、制冷織物,人體產(chǎn)熱模型等。第6章主要介紹儲(chǔ)能材料在冷鏈運(yùn)輸和食品保鮮方面的應(yīng)用,具體包括儲(chǔ)冷材料與性質(zhì)、運(yùn)輸冷藏的重要環(huán)節(jié)、儲(chǔ)冷技術(shù)在運(yùn)輸冷藏中的應(yīng)用案例等。第7章主要介紹基于人工智能輔助的儲(chǔ)熱式熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì),主要包括多層感知機(jī)、自適應(yīng)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、非線性自回歸外生網(wǎng)絡(luò)、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、混合深度學(xué)習(xí)等方法的原理及人工智能方法在儲(chǔ)熱材料特性預(yù)測(cè)和儲(chǔ)熱式熱管理系統(tǒng)中的應(yīng)用等。
本書主要基于團(tuán)隊(duì)多年來的研究成果,同時(shí)也注重歸納總結(jié)和引用國內(nèi)外同行的先進(jìn)成果,在此表示真誠的感謝。具體編寫中,饒中浩負(fù)責(zé)總體框架與內(nèi)容梳理以及全書統(tǒng)稿,并參與各章編寫與審校。參加本書編寫工作的還有:劉臣臻(第1章部分)、劉新健(第2章部分、第5章部分)、聶昌達(dá)(第3章部分、第4章部分)、李宏陽(第5章部分、第6章部分)、李孟涵(第7章部分)。編委陶軍普(中材節(jié)能股份有限公司)、孫海亮[中汽研汽車檢驗(yàn)中心(天津)有限公司]、張占輝(天津市濱海新區(qū)環(huán)境創(chuàng)新研究院)、張光通(河北工業(yè)大學(xué))、王志潔(國家電投河北公司)、李根巖(國家電投集團(tuán)山西可再生能源有限公司)、楊颋[東方綠色能源(河北)有限公司內(nèi)蒙古分公司]、周壽斌(江蘇華富儲(chǔ)能新技術(shù)股份有限公司)、王科鋒(鄭州正方科技有限公司)、嚴(yán)軍華(上海上乘新能源科技有限公司)、張榮達(dá)(國家電投河北公司)、焦波(國家電投河北公司)、于亦龍(中建宏達(dá)建筑有限公司)、孫濤(上海市安裝工程集團(tuán)有限公司)、白帆(上海市安裝工程集團(tuán)有限公司)為本書提供了寶貴素材。此外,研究生安振華、齊凱、任珂、李保環(huán)、李超然、陳晨、黃坤、楊鵬、張振國、王謙……參與了部分文字校核、圖表制作等工作。在此,一并表示感謝。
本書的完成得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃高端功能與智能材料重點(diǎn)專項(xiàng)課題(2022YFB3806503),國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(52176092),河北省杰出青年基金(E2024202056)以及天津市杰出青年基金(22JCJQJC00010)的資助。在此一并致以誠摯的感謝!
限于編著者水平,本書難免存在不足之處,懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
饒中浩
2025年3月
第1章 緒論001
1.1雙碳目標(biāo)與節(jié)能001
1.2熱管理技術(shù)的發(fā)展003
1.2.1電池?zé)峁芾?04
1.2.2電子器件熱管理006
1.2.3建筑熱管理007
1.2.4人體熱管理008
1.2.5運(yùn)輸冷藏?zé)峁芾?08
1.3儲(chǔ)熱技術(shù)在熱管理中的應(yīng)用009
思考與討論016
參考文獻(xiàn)016
第2章 面向熱管理的儲(chǔ)熱技術(shù)018
2.1概述018
2.2儲(chǔ)熱技術(shù)簡介018
2.2.1儲(chǔ)熱技術(shù)分類018
2.2.2儲(chǔ)熱材料及其熱特性021
2.3熱管理用儲(chǔ)熱材料041
2.3.1熱管理用儲(chǔ)熱材料性能特征041
2.3.2熱管理用儲(chǔ)熱材料制備表征047
2.3.3熱管理用儲(chǔ)熱材料發(fā)展趨勢(shì)051
2.4本章小結(jié)054
思考與討論054
參考文獻(xiàn)055
第3章 儲(chǔ)熱技術(shù)在電池?zé)峁芾碇械膽?yīng)用060
3.1概述060
3.2電池產(chǎn)熱特性及其理論模型061
3.2.1鋰離子電池性能參數(shù)061
3.2.2鋰離子電池產(chǎn)熱特性063
3.2.3鋰離子電池產(chǎn)熱模型067
3.3電池?zé)峁芾砑夹g(shù)及其性能評(píng)價(jià)指標(biāo)070
3.3.1電池?zé)峁芾砑夹g(shù)分類及其特點(diǎn)070
3.3.2電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)071
3.4基于儲(chǔ)熱技術(shù)的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)072
3.4.1固液相變材料在電池?zé)峁芾碇械膽?yīng)用073
3.4.2耦合系統(tǒng)在電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)中的應(yīng)用096
3.4.3電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)仿真設(shè)計(jì)流程105
3.5本章小結(jié)108
思考與討論109
參考文獻(xiàn)109
第4章 儲(chǔ)熱技術(shù)在電子器件熱管理中的應(yīng)用112
4.1概述112
4.2電子器件產(chǎn)熱特性及散熱技術(shù)113
4.2.1電子器件產(chǎn)熱機(jī)理113
4.2.2電子器件散熱技術(shù)115
4.3儲(chǔ)熱技術(shù)在電子器件熱管理中的應(yīng)用116
4.3.1潛熱型功能流體熱沉在電子器件熱管理中的應(yīng)用116
4.3.2相變熱沉在電子器件熱管理中的應(yīng)用120
4.3.3相變材料耦合散熱系統(tǒng)在電子器件熱管理中的應(yīng)用123
4.4本章小結(jié)128
思考與討論128
參考文獻(xiàn)128
第5章 儲(chǔ)熱技術(shù)在熱舒適性調(diào)控中的應(yīng)用131
5.1概述131
5.2儲(chǔ)熱技術(shù)在建筑熱調(diào)控中的應(yīng)用132
5.2.1建筑熱管理現(xiàn)狀與發(fā)展132
5.2.2建筑物結(jié)構(gòu)及熱需求134
5.2.3建筑物熱管理系統(tǒng)143
5.3儲(chǔ)熱技術(shù)在人體熱管理中的應(yīng)用158
5.3.1人體產(chǎn)熱機(jī)理159
5.3.2皮膚熱管理160
5.3.3熱管理織物166
5.4本章小結(jié)171
思考與討論172
參考文獻(xiàn)173
第6章 儲(chǔ)冷技術(shù)在運(yùn)輸冷藏中的應(yīng)用177
6.1概述177
6.2儲(chǔ)冷技術(shù)原理及特點(diǎn)177
6.2.1儲(chǔ)冷技術(shù)基本原理177
6.2.2儲(chǔ)冷技術(shù)主要類型與特點(diǎn)179
6.3儲(chǔ)冷技術(shù)在冷鏈運(yùn)輸中的應(yīng)用180
6.3.1冷鏈運(yùn)輸概念180
6.3.2冷鏈運(yùn)輸各環(huán)節(jié)及其技術(shù)需求180
6.3.3應(yīng)用儲(chǔ)冷技術(shù)的冷鏈運(yùn)輸182
6.4儲(chǔ)冷技術(shù)在食品保鮮中的應(yīng)用187
6.4.1食品保鮮概念187
6.4.2食品保鮮方法187
6.4.3應(yīng)用儲(chǔ)冷技術(shù)的食品保鮮189
6.5本章小結(jié)192
思考與討論192
參考文獻(xiàn)193
第7章 基于人工智能輔助的熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)198
7.1概述198
7.2人工智能預(yù)測(cè)方法及其在熱管理系統(tǒng)中的應(yīng)用198
7.2.1人工智能預(yù)測(cè)方法簡介200
7.2.2人工智能預(yù)測(cè)方法在儲(chǔ)熱材料特性預(yù)測(cè)中的應(yīng)用210
7.2.3人工智能預(yù)測(cè)方法在熱管理系統(tǒng)中的應(yīng)用213
7.3人工智能優(yōu)化方法及其在熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用216
7.3.1人工智能優(yōu)化方法簡介217
7.3.2人工智能優(yōu)化方法在熱管理系統(tǒng)中的應(yīng)用228
7.4本章小結(jié)233
思考與討論233
參考文獻(xiàn)234