發(fā)布時(shí)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(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(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,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(guó)學(xué)者研究的熱點(diǎn)。為此,本文針對(duì)相變蓄熱技術(shù)在家用太陽能熱水器上的應(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,從而有利于太陽能熱水器在晴朗天氣能夠最大量?jī)?chǔ)存太陽能,以及在陰晴天氣太陽能熱水器能更快速啟動(dòng),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(shí)間,放熱過程中能夠?qū)崿F(xiàn)快速放熱并且對(duì)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(jì)和實(shí)驗(yàn)分析兩方面進(jìn)行研究,為家用太陽熱水系統(tǒng)相變蓄熱裝置的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供參考。本文研究?jī)?nèi)容包括以下幾點(diǎn)：(1)對(duì)幾種相變儲(chǔ)能太陽能熱水系統(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)蓄熱裝置開展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和研究工作。(2)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能熱水系統(tǒng)的被動(dòng)式相變蓄熱裝置結(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。(3)搭建帶有螺旋換熱盤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。(4)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%,84.99%,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(jì)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(jí)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(guó)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(shí)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(qiáng)制循環(huán)、二次換熱??的運(yùn)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(guó)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(shí)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(qiáng)制循環(huán)、二次換熱??的運(yùn)行方式。??

。??２．?１幾種相變儲(chǔ)能式太陽能熱水系統(tǒng)的運(yùn)行方式??２．１．１直接式自然循環(huán)相變儲(chǔ)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(dòng)力才能運(yùn)??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(chǔ)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(shí)，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(shí)，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(xiàn)】

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本文編號(hào)：2889365