相變蓄熱在熱泵空調系統(tǒng)中的應用研究.pdf

1、能源與環(huán)境問題隨著經濟的迅速發(fā)展和社會的進步日益突出,因此利用新的節(jié)能技術來提高能源利用率,降低常規(guī)能源消耗是能源實現可持續(xù)發(fā)展的重要措施。由于相變蓄熱材料儲能密度高、安全、經濟且性能穩(wěn)定,可以解決能源供應在時間與空間上不匹配的問題,對提高能源利用率有很高的研究意義和廣闊的應用前景。熱泵技術的節(jié)能和環(huán)保特點在諸多領域得到廣泛應用,在制取生活熱水方面的應用也在逐漸收到重視。而當下的熱泵熱水器存在水箱占用建筑空間大,系統(tǒng)運行不平穩(wěn)等缺點,為

2、了改善這些缺點本文將相變蓄熱技術與熱泵技術相結合,研究相變蓄熱式空氣源熱泵冷凝熱回收,優(yōu)化系統(tǒng)運行性能并提高冷凝廢熱利用率。
　　本文所做的研究工作是以相變蓄熱式熱泵空調冷凝熱回收系統(tǒng)為對象,結合相變蓄熱技術對常規(guī)空氣源熱泵空調系統(tǒng)進行性能實驗和模擬研究。文中冷凝熱回收系統(tǒng)性能研究均是針對部分冷凝熱回收模式展開的,通過實驗測試與數值計算的研究方法來對該冷凝熱回收系統(tǒng)的換熱特性進行深入研究,主要研究工作如下:
　　1、對相變傳

3、熱過程進行熱工特性分析,得出相變蓄熱技術的特點,以及相變蓄熱箱的傳熱系數計算式。采用差示掃描量熱法(DSC)對相變材料熱物性參數進行測定,實驗結果顯示材料熔點為59℃,凝固點為54.3℃,相變潛熱值為187kJ/kg,從而為后期系統(tǒng)性能的計算提供了理論依據。
　　2、對相變蓄熱熱泵空調系統(tǒng)開展蓄熱特性實驗研究。實驗采用模擬室內外環(huán)境工況的方法,對系統(tǒng)進行冷凝熱回收實驗。結果表明系統(tǒng)平均綜合能效系數COPt為3.35,平均冷凝熱回收

4、率為20％。同無冷凝熱回收熱泵空調系統(tǒng)制冷模式下的實驗結果相比,系統(tǒng)平均綜合能效系數由原來的2.4提高了約39.6%。從系統(tǒng)性能角度來看,將相變蓄熱技術與傳統(tǒng)熱泵空調系統(tǒng)結合可以提高空調系統(tǒng)的綜合性能。另外,相變材料在蓄熱箱內的熔化情況表明,系統(tǒng)運行至10h,蓄熱箱內的石蠟仍存在部分固態(tài)未融化。
　　3、對相變蓄熱箱內石蠟的放熱特性開展實驗研究,通過改變蓄熱箱冷水進口水溫和水流量來對箱內石蠟的放熱過程進行了實驗測試。結果表明,增加

5、水流量或者提高冷水進口水溫可以縮短熱水加熱時間,增大水流量不改變冷水進水溫度,熱水出水時間可以縮短約1.6h;提高冷水進口水溫水不改變水流量,獲取熱水時間縮短約3.3h。同時研究結果表明,在1h之內熱水溫升不大,約為2~3℃,可見換熱效率很低。
　　4、對相變蓄熱箱內換熱過程建立了物理和數學模型,模擬計算有無自然對流現象的石蠟溫度變化,并將考慮自然對流的計算結果與實驗進行了比較。結果表明,模擬計算與實驗結果近似相同,誤差在0.3%