来源：《制冷》2026年1月  文章编号:ISSN1005-9180(2026)01-0018-05

刘冰冰
（宁波方太营销有限公司，宁波，31533）

【摘要】 目前围绕固体蓄热电暖器的研究都是基于镁砖、镁铁砖为蓄热材料而展开的，本文以硅铝砖为蓄热材料对固体蓄热电暖器蓄放热性能进行测试以及在建筑中使用效果展开研究，结果表明硅铝砖蓄热阶段温升速度随温度升高逐渐放缓，表面和出风口格栅温度分布不均匀，蓄热体为硅铝砖的蓄热电暖器可以达到性能等级C级，测试期间日均耗电量相对较低，最后对蓄热电暖器未来研究方向进行展望。

【关键词】 固体蓄热电暖器；硅铝砖；蓄/放热性能；蓄热技术；储能

【中图分类号】 TK11+1  【文献标志码】 A   doi: 10.3969/J. ISSN.1005-9180.2026.01.0005

Application and Effect Analysis of Silicon Aluminum Brick in Thermal Storage Electric Heater

LIU Bingbing
(Ningbo Fangtai Marketing Co., Ltd., Ningbo 31533)

Abstract: At present, research on solid thermal storage electric heaters is based on magnesium bricks and magnesium iron bricks as thermal storage materials. This article tests the thermal storage and heat release performance of solid thermal storage electric heaters using silicon aluminum bricks as thermal storage materials, as well as the effectiveness of their use in buildings. The results show that the temperature rise rate of silicon aluminum bricks during the thermal storage stage gradually slows down with increasing temperature, and the temperature distribution on the surface and air outlet grille is uneven. Thermal storage electric heaters with silicon aluminum bricks as the thermal storage body can achieve performance level C, and the daily electricity consumption during the testing period is relatively low. Finally, the future research direction of thermal storage electric heaters is discussed.

Key words: Solid State Thermal Storage Electric Heater; Silicon Aluminum Brick; Thermal Storage/Release Performance; Thermal Storage Technology; Energy Storage

能源与环境问题是当今世界的两大热点问题。发展太阳能等清洁能源和可再生能源是解决这一问题的重要途径^[1]。风电和光电技术由于发电时段不确定性使其在电网调度方面存在问题。在一些地方相继应用了固体电蓄热调峰，提高了经济效益，缓解了电网调峰压力^[2-3]。蓄热技术是实现能源节约和推进能源综合梯度利用的有效技术手段之一，其能有效解决能量供给与需求在时间和强度上不匹配的问题，显著提高能源利用效率^[4]，得到了全世界的重视和发展。固体蓄热广泛应用于火电机组热电解耦深度调峰和供暖中，固体蓄热电暖器是分散式供暖重要组成部分，峰谷分时优惠电价政策促使运行费用降低，大量使用谷时电量对电网的移峰填谷发挥了积极作用^[5-7]。国内外专家学者针对固体蓄热电暖器进行了广泛研究，赵頔等基于镁钙物理特性采用ANSYS有限元求解方法对固体蓄热砖的蓄热过程进行数值模拟，得到蓄热砖在不同测点下的温度分布，模拟值与实验测量值误差小于15%。杨志刚^[9]对镁砖为蓄热材料的蓄热式电暖气传热性能展开研究，结果表明：装置的蓄热初始温度越高，蓄热时间越长，装置的蓄热效率就越低。梁爽等^[10]结合实际工程分别对三种蓄热材料进行定容和定功率分析，结果表明：在性能方面，镁砖是现有固体蓄热材料中最优蓄热材料。Khare S等人^[11]对高温显热固体蓄热系统的蓄热介质进行了热物理性能和经济性进行了实验对比，发现高铝混凝土和MgO砖是综合性能最好的蓄热材料。黄新晨等^[12]利用数值模拟的方法研究结果表明，氧化镁砖的蓄热能力最优，接着依次是刚玉砖、黏土砖、堇青石，蓄热8h，氧化镁的蓄热量达到6.6×10^6 kJ，是堇青石蓄热量的1.1倍。苏驰^[13]选用镁质蓄热体并对固体蓄热电暖器结构进行优化后进行性能研究，结果表明：改善蓄热体材料的物性参数是增大蓄热率和降低表面温度的有效措施，适当增大蓄热通道宽度是提高蓄热率和降低出风口温度的有效措施。高晨晖^[14]基于镁铁砖为蓄热材料的固体蓄热电暖器进行了能量平衡分析、熵分析、分析、能级分析、热经济学分析等工作，并对蓄热材料进行改进研究。当前针对固体蓄热电暖器及蓄热材料的研究大多是基于镁砖、镁铁砖等，缺乏针对硅铝砖为蓄热材料的研究，本文针对硅铝砖为蓄热材料在固体蓄热电暖器中蓄放热性能及使用效果展开研究。本文研究成果将为固体蓄热电采暖及蓄热材料的研究和改进提供新的方向和思路，对硅铝砖的应用提供技术参考。

1 固体蓄热电暖器工作原理

固体蓄热式电暖器以电加热管为加热元件，以蓄热砖为热媒，在低谷电时段，进风口处风门关闭，加热管通电将电能转化为热能，把热量直接传递给蓄热砖存储起来，称为蓄热过程，在峰电阶段，蓄热式电暖器风门打开，按照一定的放热曲线放出热量，称为放热过程，从而实现了“低谷储热，全天供暖”。蓄热过程中，以热辐射的方式漏热。放热过程中，储热与传热介质经热辐射、对流热交换释放出热量，以对流热交换为主^[15]。蓄热电暖器内部如下图1所示。

图1 蓄热电暖器内部图

2 蓄热电暖器主要部件参数

2.1 蓄热体物性参数

硅铝砖密度比镁砖、镁铁砖要低，价格也要低于镁砖、镁铁砖。蓄热砖共六个面，五个面为平面，另一个面带有凹槽作为风道并放置加热元件。蓄热砖物性对固体蓄热电暖器的性能起到决定性作用，密度、比热容、导热系数、热扩散系数如表1所示。

表1 蓄热砖物性参数表

2.2 保温材料物性参数

蓄热电暖器下方选用具有支撑作用的蛭石板，其他5个面选用纤维毯作为保温材料，纤维毯的物性参数如表2所示。

表2 保温材料物性参数表

3 固体蓄热电暖器运行实验

3.1 蓄热体温升变化

固体蓄热电暖器主要有3个规格1.600W、2.400W、3.200W，此次对3.200W固体蓄热电暖器进行运行实验，其工作过程分为蓄热和放热两个阶段，蓄热阶段时长为8小时，放热阶段时长为16小时，如此循环往复。在蓄热阶段，以最大蓄热状态蓄热，出风口为关闭状态；在放热阶段，8小时后出风口的风门立即呈最大角度打开状态，热量从蓄热体风道途径出风口、出风格栅传递到室内。对固体蓄热电暖器前表面、后表面以及顶面的温度进行监测，四周均无遮挡物，同时在蓄热体中放置热电偶对蓄热体温度进行监测记录。

图2 实验过程蓄热体温度曲线图

在实验过程中记录下蓄热体温度曲线如图2，可以看出，在加热功率不变的情况下，蓄热体温升速度随着蓄热体温度的升高逐渐放缓，最高温度为704℃，在放热阶段，由于增加出风口以及电机控制的风门全开，热量经风道和出风口突然短时间内交换出更多的热量对流换热，蓄热体温降速度急剧变化一小段后随着蓄热体温度的下降而逐渐放缓。在低温段200℃-300℃、中温段400℃-500℃、高温段600℃-700℃各选取一组数据，低温段设备内蓄热体温度30分钟提升53度，中温段设备内蓄热体温度30分钟提升37度，高温段设备内蓄热体温度提升22度。由热量计算公式 ΔQ = C·M·ΔT 可知物质的比热容越大，其温度越不容易改变，蓄热体的比热容在设备加热升温过程中是变化的，并且蓄热体的比热容随着蓄热体温度不断升高而变大。

3.2 出风格栅温度变化

对出风口格栅温度进行多点测试，测点位置是距离出风口格栅25mm以内的小格栅的几何中心位置，出风口格栅如下图3所示。

图3 出风口格栅和小格栅几何中心示意图

出风口格栅温度不宜太高，应保持在安全的温度范围内。蓄热阶段开始时出风口温度不断升高，出风口格栅温升速度随着时间的推移蓄热体温度的升高逐渐放缓。不同测点在同一时刻测得的温度不同，出风口格栅距离蓄热体风门位置近的测点测得的温度较高，出风口格栅距离蓄热体风门位置远的测点测得的温度较低。在蓄热阶段出风口格栅温度最高出现在蓄热阶段刚结束时，此时6个测点中测得最高温度为125℃，最低测点温度为91℃。出风口格栅温度变化如下图4所示。

图4 出风口格栅不同测点温度变化图

3.3 表面温度变化

在蓄热阶段风门处于紧闭状态，热量以表面热辐射形式进行放热，前后左右四个面中前表面的温度最高，热量从蓄热体传热到设备前表面依次经过保温材料、内胆前封盖、空气夹层、设备前表面，在设备前表面选取9个测温点，对蓄热过程进行测试，最高温度不应大于95℃。蓄热阶段开始后各测点温度不断升高，随着时间推移各测点表面温升速度逐渐放缓，蓄热稳定后同一时间测得的各测点温度均不同，一些测点中略有温度波动。9个测点中温度最高达到93℃，最低57.3℃位于右侧控制面板和线路区域。前表面温度变化如下图5所示。

图5 前表面不同测点温度变化图

3.4 设备不同位置温度变化对比

取蓄热阶段前表面最高温度位置测点、后表面最高温度位置测点、出风口格栅最高温度位置测点数据进行对比。各位置温度不断上升，温升速度逐渐放缓，后表面温度要略低于前表面温度，蓄热结束时出风口格栅温度比设备前表面温度高32℃，比后表面温度高37℃。各位置温度变化对比如图6所示。

图6 前表面、后表面、出风口格栅温度变化图

4 使用效果测试

4.1 测试概述

选用三台蓄热电暖器对河北某户农村住宅进行为期62天的采暖使用效果测试。所使用的仪器是无线温度采集器，包括室外空气温度、卧室空气温度、客厅空气温度，测试期间室外空气温度变化如图7所示。

图7 室外空气温度变化图

4.2 测试温度分析

温度采集器放置在每个房间的正中心高度为1.5米处，测试期间每个房间温度变化如图8所示。

图8 每个房间温度变化图

对数据整理分析可以得到客厅、卧室在测试期间的平均温度、最高温度、运行时间等数据如下表3所示。测试房间比较潮湿，测试刚开始的几天设备用于除湿损失了一部分热量，测试期间各房间的温度波动较大。根据调查与测试结果，严寒和寒冷地区冬季农村大部分住户的卧室和起居室的温度范围为5-13℃，超过80%的农民认为冬季较舒适的室内温度为13-16℃[16]。测试期间大部分时间居民常活动区域基本满足温度需求，极端天气少数时间室内温度出现较低情况，谷电蓄热全天散热虽能节省运行费用，但无法达到房间自动补热和温度均衡，无法随室内外温度变化进行快速的自动调节，在室外温度较高时由于设备无法减小热量输出导致室内温度持续上升造成了热量浪费，建筑负荷动态变化和设备供热量响应失配，无法做到按需供热，系统控制策略和智能化程度还需加强。

表3 固体蓄热电暖器室内温度测试一览表

4.3 用电量分析

测试期间的设备耗电量如表4所示，测试期间设备总耗电量小于设备总功率每天8小时蓄热运行应有的耗电量，主要原因是电压不稳偏低和设备内部过温保护装置导致蓄热阶段会有短暂过热停机断电状态，实际测试期间平均每天的蓄热时间不足8小时。

表4 设备耗电量一览表

5 结论与展望

本文结合硅铝砖为蓄热材料的固体蓄热电暖器不同位置的温度变化测试以及实际使用效果测试分析得到以下结论：

（1）基于硅铝砖作为蓄热材料的固体蓄热电暖器较张群力^[17]等研究中提及的初投资要更低。

（2）硅铝砖的热扩散系数0.79 mm2·s?1比已有的两种蓄热材料0.33 mm2·s?1和0.58 mm2·s?1更大^[13]。

（3）硅铝砖温升速度随着蓄热体温度的升高逐渐放缓，硅铝砖的比热容在设备加热升温过程中是变化的，并且比热容随着蓄热体温度不断升高而变大。

（4）蓄热阶段出风口格栅温升速度随着时间的推移蓄热体温度的升高逐渐放缓。出风口格栅温度不均匀不同测点在同一时刻测得的温度不同，出风口格栅距离蓄热体风门位置近的位置温度较高。

（5）前表面蓄热稳定后同一时间测得的各位置温度均不同，且蓄热结束时测点的最高温度和最低温度相差较大，前表面比后表面温度略高。

（6）测试的表面最高温度和格栅最高温度可以达到性能等级C级^[18]，通过加大保温材料的厚度和增加蓄热体重量等方法可以进一步降低表面和格栅的温度从而满足更高性能等级的要求。

（7）测试期间大部分时间居民常活动区域基本满足温度需求，极端天气少数时间室内温度出现较低情况，建筑负荷动态变化和设备供热量响应失配，无法做到按需供热，系统控制策略和智能化程度还需加强。

（8）测试期间单位面积日均耗电量相对较低，蓄热阶段设备实际的蓄热时间要低于设定时间。

现有的固体蓄热电暖器存在舒适型较差、不同位置存在温度分布不均匀的现象，没有办法做到按需供热，运行费用依赖于谷电时段的低电价，表面温度和格栅温度虽然达到相关规定的要求，但和其他采暖设备^[19-20]相比用户可接触到的位置温度还是偏高，影响了用户的体验感。大力发展蓄热电供暖技术，高效储能、安全用热对完善蓄热电供暖产业链以及推动“碳达峰”、“碳中和”都有重要意义，综合目前系统的现状，提出几点展望。

（1）加快高温蓄热材料的开发，进一步提升蓄热材料的比热容，探索更多的复合材料或改性技术以增强热传导性能。

（2）拓展使用场景，蓄热电暖器与其他供暖设备多能耦合互补，达到初投资和运行费用的平衡。

（3）近年来分布式光伏电站成本急剧下降^[21]，光伏发电具有明显的昼间波动性，而固体蓄热电暖器可利用谷电或光伏电进行储能，固体蓄热+光伏可减小对电网的依赖，进一步节省运行费用，省去传统光伏-逆变-并网-用电^[22]的多级转换损耗。

（4）未来应该进一步研究控制策略，基于历史气象参数数据驱动的模型预测控制和动态温度补偿协同优化，实现提前预热和按需供热，优化蓄热和放热的策略。

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