基于太阳能的相变储能地板采暖系统热性能研究

【摘要】：相变储能技术和太阳能集热技术在全球范围内的能源危机和建筑节能减排大趋势下,已成为国内外建筑节能领域的研究热点。本文以沈阳建筑大学原建设指挥部为实例,研究如何有效利用太阳能在日照时间较短的条件下实现对室内的供暖问题,采暖集合相变储能技术和太阳能集热技术,实现对该建筑的供暖技术的研究,为相变储能和太阳能集热技术在节能建筑中的推广应用奠定基础。 在分析了真空管集热系统理论研究基础以及结构性能和热效率性能基础上,对真空管集热器的热效率进行了实测,分析得出集热器的日均效率为62.47%,逐时效率较低,只在中午12点达到最大值50.1%,其余时间的均小于40%；若不计热损失,集热系统白天储存的热量为58514.75KJ,在电加热的辅助下,能够满足室内热负荷需求,并且还有56709.31KJ的热量蓄存在储能材料中。 在分析研究相变储能地板传热机理的基础之上,利用有限元软件ANSYS进行模拟分析,建立二维传热模型,通过模拟分析,得出相变储能热水采暖地板的蓄放热规律。结果显示,在蓄热的8个小时过程中,相变材料基本全部融化,地板表面温度能够达到26.1℃,蓄热效果良好；停止热水供暖,相变材料能够保持6个多小时持续释放热量,在此期间地板表面平均温度为19.3℃。此后,相变材料大部分开始凝固,地板温度偏低。 基于理论分析,对相变材料进行了DSC测试,制作了相变地板储能模块和混凝土地板储能模块,运用实测的方法对比两种储能采暖方式下两房间的围护结构以及室内空气温度分布特点进行分析。通过测试得出:相变地板房间温度波动较小,舒适性较高,在停止热水供暖后6小时候,室内温度仍保持在16℃左右；而混凝土地板采暖房间温度衰减较快,放热2个半小时以后,房间空气平均温度就不能达到室内温度设计标准。 研究表明,利用相变储能技术与太阳能有机结合,在日照时间较短的条件下实现对室内的供暖是可行的。 【关键词】：相变储能 太阳能集热器 地板采暖 热性能测试
【学位授予单位】：沈阳建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU832.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.1.1 能源危机与建筑能耗问题10
• 1.1.2 太阳能的利用及太阳能热水产业的发展概述10-11
• 1.1.3 蓄热技术的发展与应用11
• 1.2 国内外对相变储能技术的研究11-14
• 1.2.1 国外研究进展11-12
• 1.2.2 国内研究进展12-13
• 1.2.3 相变储能材料在节能建筑中的应用13-14
• 1.3 毛细管网末端采暖供冷的应用研究14-18
• 1.3.1 毛细管网辐射空调系统的原理与应用特性14-17
• 1.3.2 毛细管网辐射系统的发展状况17-18
• 1.4 本课题研究内容与意义18-20
• 1.4.1 研究内容18
• 1.4.2 研究意义18-20
• 第二章 太阳能集热系统的研究与效率测试分析20-32
• 2.1 太阳能热水器的理论研究20-24
• 2.1.1 太阳能热水器的分类及特点20-21
• 2.1.2 常用集热器的特性分析21-24
• 2.2 真空管集热系统的效率分析与测试24-31
• 2.2.1 集热面积计算及其参数确定24-26
• 2.2.2 集热器的日均效率与逐时效率26-27
• 2.2.3 集热系统的设计与流程27-28
• 2.2.4 真空管集热器效率测试与分析28-31
• 2.3 本章小结31-32
• 第三章 储热式地板采暖系统的热性能分析与设计32-44
• 3.1 相变材料的热性能分析32-35
• 3.1.1 PCM的分类32-33
• 3.1.2 相变材料的封装33
• 3.1.3 相变材料的选取33-34
• 3.1.4 相变材料的测试34-35
• 3.2 储能地板采暖的设计方案35-37
• 3.2.1 潜热与显热储能地板的采暖方案35-36
• 3.2.2 两采暖房间的热负荷计算36-37
• 3.3 系统间的热量匹配分析37-38
• 3.3.1 系统总供热量37-38
• 3.3.2 地板采暖系统的耗热量38
• 3.4 储能地板供暖的传热过程分析38-41
• 3.4.1 显热地板传热过程分析38-39
• 3.4.2 相变地板传热过程分析39-41
• 3.5 本章小结41-44
• 第四章 相变储能地板的蓄放热性能的模拟研究44-52
• 4.1 有限元ANSYS模拟软件的理论基础44-47
• 4.1.1 ANSYS软件概述44-45
• 4.1.2 ANSYS有限元热分析特性的研究45-46
• 4.1.3 ANSYS有限元软件解决相变问题的方法46-47
• 4.2 储能地板的模型建立47-49
• 4.2.1 物理模型的建立47
• 4.2.2 数学模型的建立47-49
• 4.3 相变储能地板的蓄放热性能分析49-51
• 4.3.1 蓄热过程分析49-50
• 4.3.2 放热过程分析50-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第五章 储能地板的热性能测试与分析52-62
• 5.1 测试方案52-53
• 5.2 测试目的53
• 5.3 测试内容53-56
• 5.3.1 地理与气象参数53
• 5.3.2 测试器材53-54
• 5.3.3 测试布点54-56
• 5.4 测试结果与分析56-60
• 5.5 本章小结60-62
• 第六章 结论62-64
• 6.1 结论62
• 6.2 展望62-64
• 参考文献64-66
• 作者简介66
• 硕士研究生期间发表论文情况66
• 硕士研究生期间参加科研工作情况66-68
• 致谢68

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