用于太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的無(wú)機(jī)水合鹽相變蓄熱裝置研究.pdf

1、太陽(yáng)能熱水器是典型的太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)，它以環(huán)保、安全、節(jié)能、衛(wèi)生的等優(yōu)點(diǎn)迅速贏得了廣大消費(fèi)者的青睞。從最初的悶曬型、平板型到現(xiàn)在的全玻璃真空管、玻璃—金屬真空管型，太陽(yáng)能集熱技術(shù)上有了飛躍的發(fā)展，大大提高了太陽(yáng)能的利用效率，豐富了太陽(yáng)能熱水器的種類(lèi)。在蓄熱技術(shù)方面，目前市面上大多數(shù)太陽(yáng)能熱水器的仍然采用水作為儲(chǔ)能介質(zhì)，但水作為儲(chǔ)能材料時(shí)其儲(chǔ)能特征為顯熱儲(chǔ)能，儲(chǔ)能密度較小。近年來(lái)，研究如何將相變蓄熱技術(shù)與太陽(yáng)能熱利用技術(shù)相結(jié)合，開(kāi)發(fā)新型相

2、變蓄熱太陽(yáng)能熱水器已成為各國(guó)學(xué)者研究的熱點(diǎn)。
　　本文針對(duì)相變蓄熱技術(shù)在家用太陽(yáng)能熱水器上的應(yīng)用進(jìn)行探討，希望能夠設(shè)計(jì)一種相變蓄熱裝置，不但能保持擁有較高的蓄熱能力，且有較高的傳熱性能，能夠及時(shí)將熱量存儲(chǔ)和釋放，從而有利于太陽(yáng)能熱水器在晴朗天氣能夠最大量?jī)?chǔ)存太陽(yáng)能，以及在陰晴天氣太陽(yáng)能熱水器能更快速啟動(dòng)，更高效率捕捉利用太陽(yáng)能。這要求相變蓄熱裝置蓄熱過(guò)程中保持較高蓄熱效率和較短的蓄熱時(shí)間，放熱過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)快速放熱并且對(duì)換熱流體有

3、較好的加熱性能。研究工作主要從相變蓄熱裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)分析兩方面進(jìn)行研究，為家用太陽(yáng)熱水系統(tǒng)相變蓄熱裝置的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供參考。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對(duì)幾種相變儲(chǔ)能太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)運(yùn)行方式進(jìn)行對(duì)比分析，并結(jié)合三水醋酸鈉、八水氫氧化鋇、十二水硫酸鋁銨三種相變材料熱物性參數(shù)測(cè)試結(jié)果，提出熱管式真空管集熱器加相變蓄熱水箱的組合應(yīng)用形式，能夠較好地滿足家用相變儲(chǔ)能式太陽(yáng)能熱水器的要求，并以此設(shè)計(jì)思路作為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)蓄熱裝置開(kāi)展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和研

4、究工作。⑵根據(jù)生活熱水對(duì)水箱蓄熱量、用水溫度、水箱體積的要求，給出幾種適用于家用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的被動(dòng)式相交蓄熱裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路。根據(jù)傳熱學(xué)理論，對(duì)一種間接式相變蓄熱水箱、一種圓柱體堆積床相變蓄熱水箱、一種球體堆積床相變蓄熱水箱的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)定參數(shù)并進(jìn)行傳熱核算。⑶搭建帶有螺旋換熱盤(pán)管的間接式相變蓄熱裝置測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，根據(jù)生活用水使用標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)帶螺旋換熱盤(pán)管間接式相變蓄熱裝置進(jìn)行多工況測(cè)試實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:采用水作為換熱流體的間接式相

5、變蓄熱水箱，能夠較好的滿足蓄熱水箱對(duì)蓄熱速度的要求，但添加的相變單元取代部分水作為蓄熱材料時(shí)，相變單元占用了水箱空間，削弱了水箱內(nèi)換熱流體的對(duì)流傳熱，填充相變單元蓄熱水箱與不填充相變單元的水箱相比，取熱效率下降了。⑷建立堆積床相變蓄熱裝置測(cè)試平臺(tái)，并根據(jù)生活用水使用標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)兩種類(lèi)型的堆積床相變蓄熱水箱蓄放熱性能進(jìn)行測(cè)試，并與未加入相變單元的蓄熱水箱進(jìn)行對(duì)比，分析其結(jié)構(gòu)的實(shí)用性。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明:采用較高熔點(diǎn)的十二水硫酸鋁銨作為相變儲(chǔ)能材

6、料的圓柱體堆積床蓄熱水箱，雖然擁有較大的換熱面積，利于換熱，但其水箱的換熱效率與未加入相變單元的蓄熱水箱進(jìn)行對(duì)比，蓄熱水箱的取熱效率僅僅提升0.6％。過(guò)高熔點(diǎn)的相變材料使得蓄熱水箱必須在較高的蓄熱溫度才能運(yùn)行，此時(shí)水箱顯熱蓄熱量也可以很大，與普通水箱相比，相變蓄熱水箱蓄熱優(yōu)勢(shì)并不明顯。而對(duì)于采用八水氫氧化鋇的球體堆積床相變蓄熱水箱，當(dāng)相變材料質(zhì)量填充率分別為13％，26％，42％時(shí)候，水箱取熱效率分別達(dá)79.41％，78.29％，84.