用于太陽能熱水系統(tǒng)的無機水合鹽相變蓄熱裝置研究.pdf

1、太陽能熱水器是典型的太陽能熱利用系統(tǒng)，它以環(huán)保、安全、節(jié)能、衛(wèi)生的等優(yōu)點迅速贏得了廣大消費者的青睞。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，太陽能集熱技術(shù)上有了飛躍的發(fā)展，大大提高了太陽能的利用效率，豐富了太陽能熱水器的種類。在蓄熱技術(shù)方面，目前市面上大多數(shù)太陽能熱水器的仍然采用水作為儲能介質(zhì)，但水作為儲能材料時其儲能特征為顯熱儲能，儲能密度較小。近年來，研究如何將相變蓄熱技術(shù)與太陽能熱利用技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)新型相

2、變蓄熱太陽能熱水器已成為各國學者研究的熱點。
　　本文針對相變蓄熱技術(shù)在家用太陽能熱水器上的應用進行探討，希望能夠設(shè)計一種相變蓄熱裝置，不但能保持擁有較高的蓄熱能力，且有較高的傳熱性能，能夠及時將熱量存儲和釋放，從而有利于太陽能熱水器在晴朗天氣能夠最大量儲存太陽能，以及在陰晴天氣太陽能熱水器能更快速啟動，更高效率捕捉利用太陽能。這要求相變蓄熱裝置蓄熱過程中保持較高蓄熱效率和較短的蓄熱時間，放熱過程中能夠?qū)崿F(xiàn)快速放熱并且對換熱流體有

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)計和實驗分析兩方面進行研究，為家用太陽熱水系統(tǒng)相變蓄熱裝置的設(shè)計優(yōu)化提供參考。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對幾種相變儲能太陽能熱水系統(tǒng)運行方式進行對比分析，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用形式，能夠較好地滿足家用相變儲能式太陽能熱水器的要求，并以此設(shè)計思路作為出發(fā)點，對蓄熱裝置開展結(jié)構(gòu)設(shè)計和研

4、究工作。⑵根據(jù)生活熱水對水箱蓄熱量、用水溫度、水箱體積的要求，給出幾種適用于家用太陽能熱水系統(tǒng)的被動式相交蓄熱裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計思路。根據(jù)傳熱學理論，對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)進行設(shè)計，設(shè)定參數(shù)并進行傳熱核算。⑶搭建帶有螺旋換熱盤管的間接式相變蓄熱裝置測試實驗平臺，根據(jù)生活用水使用標準，對帶螺旋換熱盤管間接式相變蓄熱裝置進行多工況測試實驗。實驗結(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，相變單元占用了水箱空間，削弱了水箱內(nèi)換熱流體的對流傳熱，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試平臺，并根據(jù)生活用水使用標準，對兩種類型的堆積床相變蓄熱水箱蓄放熱性能進行測試，并與未加入相變單元的蓄熱水箱進行對比，分析其結(jié)構(gòu)的實用性。實驗測試結(jié)果表明:采用較高熔點的十二水硫酸鋁銨作為相變儲能材

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行對比，蓄熱水箱的取熱效率僅僅提升0.6％。過高熔點的相變材料使得蓄熱水箱必須在較高的蓄熱溫度才能運行，此時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)勢并不明顯。而對于采用八水氫氧化鋇的球體堆積床相變蓄熱水箱，當相變材料質(zhì)量填充率分別為13％，26％，42％時候，水箱取熱效率分別達79.41％，78.29％，84.