空氣源熱泵—相變蓄能裝置聯(lián)合供暖系統(tǒng)性能研究.pdf

1、全球能源緊張的嚴(yán)峻形勢(shì)迫使各國(guó)關(guān)注能源的開(kāi)發(fā)與有效利用。中國(guó)建筑能耗的劇增使得各種建筑節(jié)能技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用；其中，利用可再生能源，研發(fā)蓄能型多熱源供暖、制冷系統(tǒng)顯得尤為重要。
　　本文提出了一種空氣源熱泵—相變蓄能裝置聯(lián)合供暖系統(tǒng)。該供暖系統(tǒng)不僅利用了可再生能源——空氣能，而且利用相變蓄能裝置，使其供暖用戶熱源得以實(shí)現(xiàn)時(shí)空能效的轉(zhuǎn)移，最大化獲得空氣能的利用時(shí)間，從而增加了系統(tǒng)可靠性，提高了能源利用效率，降低了建筑能耗，達(dá)到了節(jié)能

2、目的。
　　針對(duì)常見(jiàn)熱泵—蓄能供暖系統(tǒng)形式及優(yōu)、缺點(diǎn)，本文分析了空氣源熱泵—相變蓄能裝置聯(lián)合供暖系統(tǒng)的系統(tǒng)組成以及其優(yōu)越性，并提出了該系統(tǒng)的運(yùn)行策略。
　　以該系統(tǒng)中的相變蓄能裝置為研究對(duì)象，本文結(jié)合相變傳熱理論，對(duì)相變蓄能裝置蓄熱\釋熱過(guò)程進(jìn)行分析研究。通過(guò)Gambit、Fluent軟件建立相變蓄能單元的物理模型與數(shù)學(xué)模型，數(shù)值計(jì)算得到了蓄熱\釋熱過(guò)程中相變蓄能溫度、液相率的變化規(guī)律；并分析了換熱流體的溫度、速度對(duì)蓄熱\釋

3、熱過(guò)程的影響。通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果得到：相變蓄能單元蓄熱完成耗時(shí)3.78h，與理論計(jì)算值偏差為7.1％，釋熱完成耗時(shí)9.20h。同時(shí)找到了換熱流體溫度、速度等對(duì)相變蓄能裝置蓄熱\釋熱過(guò)程的影響參數(shù)以及影響規(guī)律：蓄熱時(shí)換熱流體溫度升高、流速增大均能縮短蓄熱完成時(shí)間，釋熱時(shí)換熱流體溫度降低、流速增大均能縮短釋熱完成時(shí)間，總體而言，換熱流體溫度對(duì)蓄熱\釋熱過(guò)程影響更大。
　　針對(duì)該系統(tǒng)采用地板輻射供暖系統(tǒng)的末端房間，本文對(duì)地板結(jié)構(gòu)層和供

4、暖房間的溫度分布進(jìn)行分析研究。通過(guò) Gambit、Fluent軟件建立地板結(jié)構(gòu)層和供暖房間的物理模型與數(shù)學(xué)模型，數(shù)值模擬計(jì)算得到了地板結(jié)構(gòu)層與供暖房間的溫度變化規(guī)律。通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果得到：地板結(jié)構(gòu)層上表面?zhèn)鳠崃繛?19W/m2，符合相應(yīng)規(guī)范要求，同時(shí)供暖房間越靠近地面層溫度梯度越大。
　　以末端性能為基礎(chǔ)，本文建立了空氣源熱泵—相變蓄能裝置聯(lián)合供暖系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，對(duì)數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，并測(cè)試得到該系統(tǒng)的供暖性能。測(cè)試結(jié)果表

5、明，相變蓄能裝置蓄熱完成耗時(shí)4.10h，與理論值、模擬值偏差分別16%、8.5%，證明了數(shù)值計(jì)算方法可以應(yīng)用于實(shí)際工程。同時(shí)，對(duì)相變蓄能裝置與不同類型末端的釋熱耦合性進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明，當(dāng)末端為地板輻射供暖系統(tǒng)時(shí)，相變蓄能裝置釋熱完成耗時(shí)9.60h，與模擬計(jì)算值偏差為4.3%，供暖房間室內(nèi)溫度保持在23℃左右，存在超出設(shè)計(jì)值的情況，即相變蓄能裝置釋熱量與供暖房間負(fù)荷未能完全匹配；當(dāng)末端為一臺(tái)風(fēng)機(jī)盤管時(shí)，相變蓄能裝置釋熱完成耗時(shí)10.6

6、0h，供暖房間室內(nèi)溫度保持在25℃左右；當(dāng)末端為兩臺(tái)風(fēng)機(jī)盤管時(shí)，相變蓄能裝置釋熱完成耗時(shí)5.40h，供暖房間室內(nèi)溫度保持在25.5℃左右。
　　以實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)獲得的各種數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，本文提出該系統(tǒng)實(shí)際工程使用中應(yīng)注意的問(wèn)題，主要分析了流量不平衡、末端溫度過(guò)高的工程實(shí)際現(xiàn)象，提出了相應(yīng)的解決方案；對(duì)比了相變蓄能裝置與蓄熱水箱各自優(yōu)勢(shì)，并針對(duì)提高系統(tǒng)可靠性提出了增設(shè)平板集熱器利用太陽(yáng)能的方法。
　　研究成果可以為該新型供暖系統(tǒng)在工