相變材料聯(lián)合太陽(yáng)能供暖的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著日益凸顯的能源環(huán)境問(wèn)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(shì)。在這種趨勢(shì)下，以太陽(yáng)能作為熱源的供暖方式應(yīng)運(yùn)而生，太陽(yáng)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(shí)可以全年提供衛(wèi)生熱水,而且國(guó)內(nèi)外技術(shù)相對(duì)成熟，是有效降低建筑能耗的節(jié)能技術(shù)之一，同時(shí)，隨著太陽(yáng)能供熱技術(shù)的發(fā)展,對(duì)太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)中相變蓄熱的研究也得到了越來(lái)越多的關(guān)注。
　　本文以重慶地區(qū)某辦公建筑為

2、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，系統(tǒng)采用平板型太陽(yáng)能集熱器聯(lián)合相變蓄熱裝置進(jìn)行供暖，末端為風(fēng)機(jī)盤管和地暖采暖用戶，對(duì)供暖系統(tǒng)的各部件進(jìn)行了理論分析、數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究，旨在將研究成果通過(guò)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(yáng)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(yáng)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(diǎn)分析了熱流體流量、溫度對(duì)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(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，得到了單個(gè)蓄能罐的相變變化規(guī)律，并對(duì)不同工況下的蓄能罐模型進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，分析了熱媒體的流量和溫度等因素對(duì)蓄熱裝置蓄熱性能的影響。通過(guò)數(shù)值計(jì)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(shí)間，增強(qiáng)蓄熱效果，且調(diào)整速度改變流量對(duì)相變完成時(shí)間的影響比調(diào)整熱流體進(jìn)水水溫的影響顯著，說(shuō)明傳熱流體的流量對(duì)相變過(guò)程的影響較傳熱流體的溫度大。

4、>　　為了驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算結(jié)果的正確性，建立了太陽(yáng)能相變蓄熱供暖試驗(yàn)臺(tái)，試驗(yàn)臺(tái)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(gè)相變蓄能罐組成，基于該試驗(yàn)臺(tái)，分別在太陽(yáng)能輻射條件、系統(tǒng)流量不同的多個(gè)試驗(yàn)日對(duì)蓄能罐的內(nèi)部溫度進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，測(cè)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(jìn)入潛熱蓄熱階段，且潛熱蓄熱持續(xù)時(shí)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(jī)理，這與數(shù)值計(jì)算結(jié)果一致，驗(yàn)證了模型建立的正確性。
　　通

5、過(guò)對(duì)太陽(yáng)能集熱側(cè)總管水溫、流量以及環(huán)路中不同集熱器的進(jìn)出口水溫、流量的測(cè)試，對(duì)比分析了不同集熱器集熱性能的差異，以及單個(gè)集熱器集熱量對(duì)系統(tǒng)總集熱量的影響。測(cè)試結(jié)果表明，在太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)中，當(dāng)太陽(yáng)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(guò)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(dá)到相變溫度，增強(qiáng)蓄熱效果。此外，就本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)而言，雖然管路采用同程式，但由于流

6、量計(jì)、溫度計(jì)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(guò)測(cè)試不同天氣、時(shí)刻下太陽(yáng)能輻射強(qiáng)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(shì)，結(jié)果表明，在太陽(yáng)能相變蓄熱系統(tǒng)中，當(dāng)太陽(yáng)能集熱量與蓄熱量耦合性較差時(shí)，應(yīng)注意調(diào)節(jié)太陽(yáng)能集熱板的運(yùn)行數(shù)量，當(dāng)太陽(yáng)能輻射充足時(shí)，可以適當(dāng)減少集熱板的運(yùn)行數(shù)量，反之，當(dāng)太陽(yáng)能輻射較差時(shí)，則應(yīng)增加集熱板的運(yùn)行數(shù)量。

7、就本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)而言，在光照充足的情況下，運(yùn)行6塊平板集熱器能夠與相變蓄熱系統(tǒng)的6個(gè)蓄能罐達(dá)到較好的耦合。
　　就本實(shí)驗(yàn)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(yáng)能資源情況，在太陽(yáng)能輻射較強(qiáng)的7、8月份蓄熱效果較好，較多天數(shù)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度在600～800W/㎡以上，日總輻射量達(dá)到17MJ/㎡以上，蓄能罐能夠很快達(dá)到相變溫度進(jìn)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(dá)到相變溫度以上，蓄熱效果較差