太阳能融冰蓄热供热热泵系统研究

发布时间：2020-09-24 22:12

　　随着社会经济的快速发展,开发利用清洁能源一直是重要的研究课题。太阳能是一种较理想的热源,但是太阳能具有不稳定性,因此太阳能利用要采用蓄热装置来增加系统的实用性,当太阳能强度低时可启用蓄热水箱供热。本文研究了一种供热末端为热风的太阳能融冰蓄热供热热泵系统,以冰作为蓄热介质,太阳能充足时利用冰转化成水储存太阳能,太阳能不足时利用水转化成冰释放储存的太阳热能为热泵提供热源。系统主要由热泵机组,热水式太阳能集热器及蓄热水箱组成。本文采用实验与数值模拟相结合的方法,对系统关键部件蓄热水箱的蓄放热性能进行研究,对比冰蓄热与水蓄热系统的蓄放热能力。研究结果表明,冰蓄热系统中蓄热水箱的蓄热量和太阳能利用率均高于水蓄热系统。冰蓄热系统中一天的太阳能蓄热量可供热泵运行6小时,而相同工况下水蓄热系统的太阳热能储存仅能维持热泵连续运行2小时。研究发现,在午后随着太阳辐射降低以及气温的降低,太阳能集热器的集热效果大幅下降,而冰蓄热系统中循环的乙二醇水溶液温度较水蓄热系统低,因此能够在太阳能不足时吸收更多的热量。此外,冰蓄热系统中蓄热水箱内的水温较低,不仅增加了换热温差,提高了太阳能利用率,还减少了水箱向周围环境的散热,减少了热损失。
【学位单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU995
【部分图文】：

实验流程,蓄热水箱

12 月在秦皇岛进行本实验，本章介绍实验的设计方案，包括各项参数计算型、实验台搭建及系统运行工况。实验采用热水式太阳能集热器，运行模蓄热。在白天吸收太阳能的热能，太阳能集热环路与蓄热水箱之间通过换换热，利用太阳能热能融冰潜热蓄热；夜间蓄热水箱内的水通过热泵进行热能。比较以水和冰作为蓄热介质时，蓄热水箱的蓄热和放热效应，并计件下系统的效率和太阳能利用率。系统介绍从太阳年辐射总量分布看，我国河北省地区的太阳辐照总量与日照时数为水平[28]。本系统以太阳能为热源，蓄热水箱内融冰吸收太阳辐射的热量，为蓄热水箱内水通过热泵冷凝放热。系统由两个环路组成：以乙二醇水溶流体的太阳能集热器部分及以 R22 制冷剂为工作流体的热泵供热部分。实太阳能集热器一个、蓄热水箱一个、循环水箱一个、水泵一台及热泵机组一流程图如图 2-1 所示。

蓄热水箱,管位,水箱,相变材料

燕山大学工程硕士学位论文LQMPCMPCM (2-2)式中PCMM——相变材料的质量，kg；PCMQ——相变材料的吸热量，kJ；L——相变材料的相变潜热，kJ/kg。计算水箱容积为 40L，考虑水结冰时的膨胀，无法全部结冰导致的单纯水吸热及换热器所占体积，设置 80L 的水箱。实验用水箱为 304 不锈钢方形水箱，长宽高 400 mm×400 mm×500 mm，厚度1.5mm。太阳能端换热器采用 U 型盘管形式，为增强换热，采用不锈钢波纹管，该种水管易于弯曲及连接；热泵蒸发器采用螺旋盘管形式，与太阳能端换热器相邻，放于水箱内部。蓄热水箱内外部及水箱内盘管位置及盘管形式如图 2-2 所示。

热泵机组

最大流量 30L/m最大扬程 30m最大吸程 12m冰的效果，实验所用的热泵机组为组装机，充注的为开式，蒸发器端铜管置于蓄热水箱中。运行原理为，R22 制冷剂蒸汽被送到冷凝器降温，缩机再通过膨胀阀变成高压液态制冷剂，液态制冷，在较低温度下将热负荷与水箱内的水交换，温度，如此循环往复。图 2-3 所示，机组压缩机采用丹佛斯压缩机 SC18参数详情见表 2-4~表 2-6。

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