本技术涉及相变储能技术，更具体地说，涉及一种基于相变储能材料的游泳池余热回收系统。
背景技术：
1、在游泳池的能源管理中，传统的热回收系统面临许多挑战，例如低效的热量回收、能量利用不充分以及系统运行成本高。游泳池中的余热往往因未被有效回收而浪费，尤其在夏季，泳池水温较高，产生的热量如果不能被有效利用，将直接影响能源的经济性和环境保护。
2、现有的游泳池余热回收系统大多依赖简单的热交换装置，无法满足宽温度范围内的高效储能和热量回收需求。此外，传统的系统常常存在热交换效率低、控制精度差、对环境变化适应性不足等问题，使得热回收效果远未达到最佳状态。
3、相变储能材料(pcm)因其优异的热量储存和释放性能，被广泛应用于能源管理系统中。然而，现有的pcm应用仍面临一些问题，如热量传递效率低、热储存能力受限、系统复杂度高等。结合先进的热交换技术和智能控制系统，将有效提升pcm在游泳池余热回收中的应用效果。
4、综上所述，如何设计一种集成先进相变储能材料、仿生分形热交换技术和智能分层控制的游泳池余热回收系统，以实现高效、智能的热量回收和利用，已成为当前技术领域亟待解决的关键问题。
技术实现思路
1、为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本技术的目的在于针对上述问题，提供一种基于相变储能材料的游泳池余热回收系统，包括以下组件：
2、相变储能模块，通过不同熔点的相变材料实现宽温度范围的高效储能；
3、热交换模块，采用仿生分形螺旋结构和先进表面处理技术，显著增大热交换面积并减少流体阻力，从而大幅提高换热效率；
4、智能分层控制模块，集成边缘计算和云计算技术，实现从毫秒级实时控制到长期优化的全方位智能管理；
5、传感网络模块，结合光纤传感和无线传感技术，提供高精度、高空间分辨率的全方位监测；
6、能量输送模块，通过磁悬浮轴承和永磁同步电机集成设计，实现高效、可靠、低噪音的流体输送，同时降低维护成本；
7、辅助加热模块，集成太阳能集热器和co2热泵，并使用相变材料作为热缓冲，在储能不足时提供灵活、高效的补充热源，最大化可再生能源利用。
8、进一步的，相变储能模块包括以下组件：
9、pcm容器，采用合金材料制成的三层同心圆柱结构，实现pcm的物理隔离和热量梯度传递；
10、高熔点pcm层，位于pcm容器的内层，填充熔点为38-42℃的改性水合盐，用于高温段热量储存，提高峰值储能能力；
11、中熔点pcm层，位于pcm容器的中层，填充熔点为30-35℃的生物基脂肪酸酯，作为过渡层，增强温度适应性和储能稳定性；
12、低熔点pcm层，位于pcm容器的外层，填充熔点为24-28℃的纳米增强型石蜡，用于低温段热量回收，提高能源利用效率；
13、增强导热单元，采用贯穿三层pcm的三维石墨烯导热网络，以提高热量在pcm内部的传导速率，加快充放热过程；
14、相变监测与控制单元，集成温度传感器和控制阀门，实时监测各层pcm的相变状态，优化热量分配和释放策略。
15、进一步的，集成温度传感器和控制阀门，实时监测各层pcm的相变状态，优化热量分配和释放策略，包括以下步骤：
16、在pcm容器每一层的中心、边缘及中间位置布置温度传感器；
17、在热交换流体入口及各层间安装高精度、快速响应的电磁控制阀；
18、实时采集温度数据，经过滤波处理后进行计算和分析，以确定pcm的相变状态，并实现数据可视化和存储；
19、基于热力学原理和实验数据，为每一层构建相变动力学模型，以准确描述pcm在不同温度和热流条件下的相变过程；
20、根据实时温度数据、相变状态和预测的热需求，计算出最优的热量分配和释放策略。
21、进一步的，热交换模块包括以下组件：
22、仿生分形螺旋主体，采用3d金属打印技术制成，通过多级分支通道设计，显著增大热交换面积，同时优化流体分配；
23、超疏水内壁涂层，涂覆在仿生分形螺旋主体的内壁，减少流体阻力并防止结垢，提高长期换热效率；
24、石墨烯复合层，涂覆在仿生分形螺旋主体的外壁，增强热量从流体到pcm的传递效率；
25、动态流道调节机构，采用形状记忆合金驱动的可变截面设计，根据流量和温度动态调整流道形状，优化不同工况下的换热性能；
26、集成式涡流发生器，集成于仿生分形螺旋主体的关键位置，通过产生受控涡流，打破边界层，强化对流换热，进一步提高换热效率；
27、智能流量分配单元，结合压力传感器和电动微阀，实现智能化的流量分配控制，确保多分支通道间的流量均衡，最大化换热效果。
28、进一步的，结合压力传感器和电动微阀，实现智能化的流量分配控制，确保多分支通道间的流量均衡，最大化换热效果，包括以下步骤：
29、在仿生分形螺旋主体的关键位置，尤其是各分支通道的进出口，安装高精度的差压传感器，以实时监测微小压力变化，为流量控制提供精确数据支持；同时，在每个分支通道的入口处安装精密电动微阀，实现对各分支通道流量的精细调节；
30、以高采样率获取压力数据并进行实时处理，计算压力并估算流量；
31、综合考虑各分支通道结构、流体特性及温度变化因素，构建描述压力、阀门开度与流量关系的数学模型，并利用计算流体动力学仿真验证并优化模型参数，确保流量分配预测的准确性；
32、基于实时压力数据与数学模型，同时考虑流量均衡与换热效率，计算并实施最优阀门控制策略。
33、进一步的，通过以下公式来估算流量：其中，qi是第i个分支通道的流量；cd，i是第i个通道的流量系数；ai是第i个分支通道的截面积；δpi是第i个分支通道的压力差；ρ是流体密度，流体选择水。
34、进一步的，最优阀门控制策略用下述公式表示：其中，optj是第j个阀门的最优开度；ηi是第i个通道的换热效率系数；pi是第i个通道的功率消耗；qi，min和qi，max是第i个通道的流量范围；qtotal的整体目标流量；n是分支通道的数量。
35、进一步的，智能分层控制模块包括以下组件：
36、实时控制单元，采用低功耗fpga和arm cortex-m7 mcu的组合，实现毫秒级响应的实时数据处理和快速控制决策，确保系统的即时性能；
37、边缘计算节点，集成嵌入式ai加速器，执行短期预测和局部优化，平衡实时性与复杂计算需求；
38、云端分析服务器，基于容器化部署的微服务架构，负责大数据分析和长期优化策略生成，持续提升系统整体性能；
39、多层级通信网关，整合多种通信协议，确保各层级控制之间的稳定、安全和高效数据交换；
40、自适应学习引擎，融合强化学习和迁移学习算法，基于历史运行数据和环境变化，不断优化控制策略，提高系统适应性；
41、人机交互界面，提供web和移动应用程序接口，支持系统监控、参数调整和远程控制，增强系统的可操作性和用户友好性。
42、进一步的，辅助加热模块包括以下组件：
43、太阳能集热单元，采用选择性吸收涂层的真空管设计，最大化太阳能吸收效率，提供主要的可再生能源热源；
44、热泵单元，使用环保制冷剂co2，通过跨临界循环实现高效制热，作为阴天或夜间的补充热源；
45、热缓冲储能单元，采用高温相变材料，平滑热源输出波动，提高系统稳定性和能源利用效率；
46、智能热源调度控制器，根据天气预报、能源价格和用户需求，优化不同热源的协同运行策略；
47、多级换热器组，包括太阳能-pcm换热器、热泵-pcm换热器和pcm-用户端换热器，实现高效的热量传递和分配；
48、变流量循环泵，采用高效变频水泵，根据实时热负荷需求调节流量，确保不同工况下的最佳性能。
49、进一步的，根据天气预报、能源价格和用户需求，优化不同热源的协同运行策略，包括以下步骤：
50、实时采集天气数据、能源市场价格及用户需求信息并执行数据清洗、标准化和特征提取；
51、基于历史数据和机器学习算法，构建考虑天气、日期和季节因素的用户需求预测模型；
52、为各热源建立详细的性能模型，描述其在不同工作条件下的效率和输出特性，以计算每个热源在当前和预测未来条件下的运行成本和效益；
53、通过平衡能源成本、系统效率、用户舒适度和环境影响目标，生成一系列帕累托最优解，为决策提供多种选择，同时实现约束处理机制，确保生成的方案满足设备运行限制和安全要求；
54、基于帕累托最优解，根据当前状态和短期预测动态调整各热源的运行参数；
55、收集实际运行数据并与预测结果对比，使用贝叶斯优化进行参数调优，设立性能指标并定期生成报告。
56、与现有技术相比，本技术的有益效果为：
57、本技术利用多层相变储能材料和仿生分形热交换模块，结合智能分层控制和传感网络，实现高效、智能的热量储存与利用。此外，还通过集成太阳能集热器和co2热泵，优化热源调度，最大化可再生能源的使用，显著提升了能源利用效率和系统稳定性。
1.一种基于相变储能材料的游泳池余热回收系统，其特征在于，包括以下组件：
2.根据权利要求1所述的一种基于相变储能材料的游泳池余热回收系统，其特征在于，相变储能模块包括以下组件：
3.根据权利要求2所述的一种基于相变储能材料的游泳池余热回收系统，其特征在于，集成温度传感器和控制阀门，实时监测各层pcm的相变状态，优化热量分配和释放策略，包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的一种基于相变储能材料的游泳池余热回收系统，其特征在于，热交换模块包括以下组件：
5.根据权利要求4所述的一种基于相变储能材料的游泳池余热回收系统，其特征在于，结合压力传感器和电动微阀，实现智能化的流量分配控制，确保多分支通道间的流量均衡，最大化换热效果，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种基于相变储能材料的游泳池余热回收系统，其特征在于，通过以下公式来估算流量：其中，qi是第i个分支通道的流量；cd，i是第i个通道的流量系数；ai是第i个分支通道的截面积；δpi是第i个分支通道的压力差；ρ是流体密度，流体选择水。
7.根据权利要求5所述的一种基于相变储能材料的游泳池余热回收系统，其特征在于，最优阀门控制策略用下述公式表示：其中，optj是第j个阀门的最优开度；ηi是第i个通道的换热效率系数；pi是第i个通道的功率消耗；qi，min和qi，max是第i个通道的流量范围；qtotal的整体目标流量；n是分支通道的数量。
8.根据权利要求1所述的一种基于相变储能材料的游泳池余热回收系统，其特征在于，智能分层控制模块包括以下组件：
9.根据权利要求1所述的一种基于相变储能材料的游泳池余热回收系统，其特征在于，辅助加热模块包括以下组件：
10.根据权利要求9所述的一种基于相变储能材料的游泳池余热回收系统，其特征在于，根据天气预报、能源价格和用户需求，优化不同热源的协同运行策略，包括以下步骤：
