相變材料聯(lián)合太陽能供暖的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著日益凸顯的能源環(huán)境問題，尋求一種新的供暖方式,以清潔可再生能源替代傳統(tǒng)能源,成為現(xiàn)代建筑供暖的新趨勢。在這種趨勢下，以太陽能作為熱源的供暖方式應(yīng)運而生，太陽能供暖技術(shù)作為一種高效、節(jié)能和環(huán)保的空調(diào)技術(shù),既可以滿足冬季供熱需求，同時可以全年提供衛(wèi)生熱水,而且國內(nèi)外技術(shù)相對成熟，是有效降低建筑能耗的節(jié)能技術(shù)之一，同時，隨著太陽能供熱技術(shù)的發(fā)展,對太陽能供熱系統(tǒng)中相變蓄熱的研究也得到了越來越多的關(guān)注。
　　本文以重慶地區(qū)某辦公建筑為

2、實驗平臺，系統(tǒng)采用平板型太陽能集熱器聯(lián)合相變蓄熱裝置進行供暖，末端為風(fēng)機盤管和地暖采暖用戶，對供暖系統(tǒng)的各部件進行了理論分析、數(shù)值計算和實驗研究，旨在將研究成果通過相似、類比法應(yīng)用到高寒地區(qū)的工程中，主要研究了以下幾方面的內(nèi)容：太陽能集熱系統(tǒng)的蓄熱特性、相變蓄熱裝置的蓄/放熱特性以及太陽能集熱系統(tǒng)與相變蓄熱系統(tǒng)的耦合換熱特性，論文重點分析了熱流體流量、溫度對蓄熱裝置蓄熱性能的影響以及相變蓄熱裝置的蓄熱特性。
　　本文首先基于相變蓄

3、熱理論，建立了相變蓄能罐的物理模型和數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上，利用Fluent軟件進行了數(shù)值計算，得到了單個蓄能罐的相變變化規(guī)律，并對不同工況下的蓄能罐模型進行了數(shù)值計算，分析了熱媒體的流量和溫度等因素對蓄熱裝置蓄熱性能的影響。通過數(shù)值計算結(jié)果可以得到：提高熱流體流量或溫度均可以縮短相變蓄熱的時間，增強蓄熱效果，且調(diào)整速度改變流量對相變完成時間的影響比調(diào)整熱流體進水水溫的影響顯著，說明傳熱流體的流量對相變過程的影響較傳熱流體的溫度大。

4、>　　為了驗證數(shù)值計算結(jié)果的正確性，建立了太陽能相變蓄熱供暖試驗臺，試驗臺集熱系統(tǒng)由8塊平板型集熱器組成，相變蓄熱系統(tǒng)由6個相變蓄能罐組成，基于該試驗臺，分別在太陽能輻射條件、系統(tǒng)流量不同的多個試驗日對蓄能罐的內(nèi)部溫度進行了監(jiān)測，測試結(jié)果表明，當(dāng)熱流體溫度和流量升高后，蓄能罐能較快進入潛熱蓄熱階段，且潛熱蓄熱持續(xù)時間較熱流體溫度和流量升高前縮短，得到了相變蓄熱、釋熱變化的機理，這與數(shù)值計算結(jié)果一致，驗證了模型建立的正確性。
　　通

5、過對太陽能集熱側(cè)總管水溫、流量以及環(huán)路中不同集熱器的進出口水溫、流量的測試，對比分析了不同集熱器集熱性能的差異，以及單個集熱器集熱量對系統(tǒng)總集熱量的影響。測試結(jié)果表明，在太陽能集熱系統(tǒng)中，當(dāng)太陽能集熱器數(shù)量確定后，在滿足末端用戶需求的情況下，應(yīng)盡量減小集熱側(cè)總流量值，降低每塊集熱器的流量，使得熱媒體流過單塊集熱器獲得較大的溫升，從而提高集熱側(cè)總出水溫度以盡快達到相變溫度，增強蓄熱效果。此外，就本實驗平臺而言，雖然管路采用同程式，但由于流

6、量計、溫度計等構(gòu)件的影響，使得各集熱器處管路損失不同，從而流量有所差異，導(dǎo)致集熱量的差異。
　　通過測試不同天氣、時刻下太陽能輻射強度和蓄熱裝置供回水干管溫度、流量大小變化情況，得出了集熱器集熱量和蓄熱裝置蓄熱量的耦合變化趨勢，結(jié)果表明，在太陽能相變蓄熱系統(tǒng)中，當(dāng)太陽能集熱量與蓄熱量耦合性較差時，應(yīng)注意調(diào)節(jié)太陽能集熱板的運行數(shù)量，當(dāng)太陽能輻射充足時，可以適當(dāng)減少集熱板的運行數(shù)量，反之，當(dāng)太陽能輻射較差時，則應(yīng)增加集熱板的運行數(shù)量。

7、就本實驗平臺而言，在光照充足的情況下，運行6塊平板集熱器能夠與相變蓄熱系統(tǒng)的6個蓄能罐達到較好的耦合。
　　就本實驗所采用的相變蓄熱裝置，由于相變溫度較高（52℃左右），基于重慶地區(qū)的太陽能資源情況，在太陽能輻射較強的7、8月份蓄熱效果較好，較多天數(shù)太陽輻射強度在600～800W/㎡以上，日總輻射量達到17MJ/㎡以上，蓄能罐能夠很快達到相變溫度進行潛熱蓄熱，9月份、6月份效果次之，其他月份熱流體很難達到相變溫度以上，蓄熱效果較差