相变材料联合太阳能供暖的应用研究
发布时间：2018-03-12 11:37
本文选题：太阳能集热器 切入点：相变蓄热 出处：《重庆大学》2014年硕士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：随着日益凸显的能源环境问题，寻求一种新的供暖方式,以清洁可再生能源替代传统能源,成为现代建筑供暖的新趋势。在这种趋势下，，以太阳能作为热源的供暖方式应运而生，太阳能供暖技术作为一种高效、节能和环保的空调技术,既可以满足冬季供热需求，同时可以全年提供卫生热水,而且国内外技术相对成熟，是有效降低建筑能耗的节能技术之一，同时，随着太阳能供热技术的发展,对太阳能供热系统中相变蓄热的研究也得到了越来越多的关注。 本文以重庆地区某办公建筑为实验平台，系统采用平板型太阳能集热器联合相变蓄热装置进行供暖，末端为风机盘管和地暖采暖用户，对供暖系统的各部件进行了理论分析、数值计算和实验研究，旨在将研究成果通过相似、类比法应用到高寒地区的工程中，主要研究了以下几方面的内容：太阳能集热系统的蓄热特性、相变蓄热装置的蓄/放热特性以及太阳能集热系统与相变蓄热系统的耦合换热特性，论文重点分析了热流体流量、温度对蓄热装置蓄热性能的影响以及相变蓄热装置的蓄热特性。 本文首先基于相变蓄热理论，建立了相变蓄能罐的物理模型和数学模型，在此基础上，利用Fluent软件进行了数值计算，得到了单个蓄能罐的相变变化规律，并对不同工况下的蓄能罐模型进行了数值计算，分析了热媒体的流量和温度等因素对蓄热装置蓄热性能的影响。通过数值计算结果可以得到：提高热流体流量或温度均可以缩短相变蓄热的时间，增强蓄热效果，且调整速度改变流量对相变完成时间的影响比调整热流体进水水温的影响显著，说明传热流体的流量对相变过程的影响较传热流体的温度大。 为了验证数值计算结果的正确性，建立了太阳能相变蓄热供暖试验台，试验台集热系统由8块平板型集热器组成，相变蓄热系统由6个相变蓄能罐组成，基于该试验台，分别在太阳能辐射条件、系统流量不同的多个试验日对蓄能罐的内部温度进行了监测，测试结果表明，当热流体温度和流量升高后，蓄能罐能较快进入潜热蓄热阶段，且潜热蓄热持续时间较热流体温度和流量升高前缩短，得到了相变蓄热、释热变化的机理，这与数值计算结果一致，验证了模型建立的正确性。 通过对太阳能集热侧总管水温、流量以及环路中不同集热器的进出口水温、流量的测试，对比分析了不同集热器集热性能的差异，以及单个集热器集热量对系统总集热量的影响。测试结果表明，在太阳能集热系统中，当太阳能集热器数量确定后，在满足末端用户需求的情况下，应尽量减小集热侧总流量值，降低每块集热器的流量，使得热媒体流过单块集热器获得较大的温升，从而提高集热侧总出水温度以尽快达到相变温度，增强蓄热效果。此外，就本实验平台而言，虽然管路采用同程式，但由于流量计、温度计等构件的影响，使得各集热器处管路损失不同，从而流量有所差异，导致集热量的差异。 通过测试不同天气、时刻下太阳能辐射强度和蓄热装置供回水干管温度、流量大小变化情况，得出了集热器集热量和蓄热装置蓄热量的耦合变化趋势，结果表明，在太阳能相变蓄热系统中，当太阳能集热量与蓄热量耦合性较差时，应注意调节太阳能集热板的运行数量，当太阳能辐射充足时，可以适当减少集热板的运行数量，反之，当太阳能辐射较差时，则应增加集热板的运行数量。就本实验平台而言，在光照充足的情况下，运行6块平板集热器能够与相变蓄热系统的6个蓄能罐达到较好的耦合。 就本实验所采用的相变蓄热装置，由于相变温度较高（52℃左右），基于重庆地区的太阳能资源情况，在太阳能辐射较强的7、8月份蓄热效果较好，较多天数太阳辐射强度在600～800W/3∫陨希兆芊淞看锏
本文编号：1601386
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