發(fā)布時間：2020-11-18 23:31

　　 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)新型相變蓄熱太陽能熱水器已成為各國學(xué)者研究的熱點。為此,本文針對相變蓄熱技術(shù)在家用太陽能熱水器上的應(yīng)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。本文研究內(nèi)容包括以下幾點：(1)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(yīng)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)計和研究工作。(2)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)的被動式相變蓄熱裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計思路。根據(jù)傳熱學(xué)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。(3)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(biāo)準(zhǔn),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。(4)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(biāo)準(zhǔn),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(dāng)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%,84.99%,均比普通水箱的取熱效率77%要高。球體堆積床相變蓄熱裝置設(shè)計合理,可基本滿足使用要求。
【學(xué)位單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TK513.5
【部分圖文】：

圖１＿１集熱器安裝在屋上［４８１?圖１－２集熱器安裝在墻面上［４９］??Ｆｉｇ?１－１?Ｔｈｅ?ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ?ｉｓ?ｉｎｓｔａｌｌｅｄ?ｏｎ?ｔｈｅ?ｒｏｏｆ?Ｆｉｇ?１－２?Ｔｈｅ?ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ?ｉｓ?ｉｎｓｔａｌｌｅｄ?ｏｎ?ｔｈｅ?ｗａｌｌ??１．３．３集中太陽能采暖和供熱水系統(tǒng)??早在２０世紀(jì)８０年代歐洲國家就己經(jīng)開始在工程中應(yīng)用集中太陽能采暖和供熱??水技術(shù)。在一些住宅小區(qū)中，將大型太陽能加熱系統(tǒng)與社區(qū)熱力網(wǎng)相連接，通過增大??系統(tǒng)的規(guī)格，實現(xiàn)系統(tǒng)性能的提高及成本的降低。到目前為止，根據(jù)系統(tǒng)的蓄熱能力??已開發(fā)出當(dāng)天蓄熱、一周蓄熱、季節(jié)蓄熱三種主要系統(tǒng)，均采用強制循環(huán)、二次換熱??的運行方式。??

圖１＿１集熱器安裝在屋上［４８１?圖１－２集熱器安裝在墻面上［４９］??Ｆｉｇ?１－１?Ｔｈｅ?ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ?ｉｓ?ｉｎｓｔａｌｌｅｄ?ｏｎ?ｔｈｅ?ｒｏｏｆ?Ｆｉｇ?１－２?Ｔｈｅ?ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ?ｉｓ?ｉｎｓｔａｌｌｅｄ?ｏｎ?ｔｈｅ?ｗａｌｌ??１．３．３集中太陽能采暖和供熱水系統(tǒng)??早在２０世紀(jì)８０年代歐洲國家就己經(jīng)開始在工程中應(yīng)用集中太陽能采暖和供熱??水技術(shù)。在一些住宅小區(qū)中，將大型太陽能加熱系統(tǒng)與社區(qū)熱力網(wǎng)相連接，通過增大??系統(tǒng)的規(guī)格，實現(xiàn)系統(tǒng)性能的提高及成本的降低。到目前為止，根據(jù)系統(tǒng)的蓄熱能力??已開發(fā)出當(dāng)天蓄熱、一周蓄熱、季節(jié)蓄熱三種主要系統(tǒng)，均采用強制循環(huán)、二次換熱??的運行方式。??

。??２．?１幾種相變儲能式太陽能熱水系統(tǒng)的運行方式??２．１．１直接式自然循環(huán)相變儲能式太陽能熱水系統(tǒng)??自然循環(huán)系統(tǒng)是指利用太陽能是系統(tǒng)內(nèi)傳熱工質(zhì)在集熱器與ＰＣ水箱之間或集熱??器與換熱器之間自然循環(huán)加熱的系統(tǒng)。由于間接式系統(tǒng)一般需要較菜提供動力才能運??行，所以自然循環(huán)太陽能系統(tǒng)一般采用直接式換熱。如緒論１．３．１所述，目前，普通??顯熱儲能式的自然循環(huán)、直接式太陽能熱水系統(tǒng)技術(shù)己經(jīng)成熟。??采用相變蓄熱裝置時，用相變蓄熱裝置代替蓄熱水箱。集熱過程中，集熱器流出??的換熱流體直接與蓄熱水箱內(nèi)相變單元接觸，加熱相變單元，取熱時，冷水通入相變??裝置，與相變單元接觸并被加熱，從裝置較高位置的出口流出至用戶。直接式自然循??環(huán)系統(tǒng)相變蓄熱裝置一般為堆積床型。集熱器可采用全玻璃真空管集熱器，平板式集??熱器，熱管式真空管集熱器，玻璃－金屬真空管集熱器。圖為一種球體堆積床相變蓄??熱太陽能熱水系統(tǒng)示意圖。??相變蓄熱水箱??
【參考文獻】

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1 王志強,曹明禮,龔安華,蘇青青;相變儲熱材料的種類、應(yīng)用及展望[J];安徽化工;2005年02期

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3 宋又王;用奇異攝動法解圓柱體的凝固問題[J];工程熱物理學(xué)報;1981年04期

4 栗文銀,王啟杰;水平光管及肋管外熔化換熱及固-液界面運動規(guī)律的實驗研究[J];工程熱物理學(xué)報;1988年04期

5 王增義,劉中良,馬重芳;熱管式相變蓄熱換熱器儲/放能過程中傳熱特性的實驗研究[J];工程熱物理學(xué)報;2005年06期

6 盧濤,姜培學(xué);多孔介質(zhì)融化相變自然對流數(shù)值模擬[J];工程熱物理學(xué)報;2005年S1期

7 張正國;龍娜;方曉明;;石蠟/膨脹石墨復(fù)合相變儲熱材料的性能研究[J];功能材料;2009年08期

8 王智平;郭長華;王克振;彭國偉;;相變材料三水醋酸鈉儲熱性能實驗研究[J];化學(xué)工程;2011年05期

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1 曹磊;清華陽光有限公司營銷策略研究[D];大連理工大學(xué);2004年

2 徐建霞;中溫太陽能集熱系統(tǒng)相變材料的貯能性能及過冷特性的研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2008年

3 晉瑞芳;太陽能相變蓄熱裝置蓄熱性能實驗及模擬研究[D];東華大學(xué);2009年

4 沈斌;相變蓄熱換熱強化及蓄熱器性能實驗[D];重慶大學(xué);2009年

5 牛賽;儲能技術(shù)研究及其在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用[D];鄭州大學(xué);2011年

6 徐文龍;相變蓄熱時變性增效研究[D];吉林大學(xué);2014年

本文編號：2889365