相变蓄热在太阳能热泵供热系统中的应用研究

【摘要】：随着太阳能热泵供热技术的发展,太阳能热泵系统中蓄热技术的研究也得到了越来越多的关注。本文对太阳能相变蓄热热泵供热系统进行了各部件的理论分析、模拟计算和实验研究,主要研究了以下几个方面：相变蓄热材料的蓄/放热特性、相变蓄热装置的蓄/放热特性、太阳能相变蓄热热泵供热系统的能量转换和相变蓄热装置对热泵性能的影响等。 基于Fluent软件对圆柱形相变蓄热体的蓄/放热过程进行了模拟,探讨了恒壁温下相变蓄热体直径对相变蓄热体熔化放热时间的影响；相变蓄热体不同间距对放热的影响；相变蓄热装置的放热过程；影响相变蓄热装置放热性能的因素等。模拟结果表明：随着相变蓄热体直径的增大,恒壁温下相变蓄热体的蓄/放热时间延长。为了充分利用相变蓄热材料的相变放热量,应该尽量减小相变蓄热体的直径；随着相变蓄热体间距的增大,相变蓄热体周围热媒体的温度升高越快；相变蓄热装置中,影响装置放热性能的因素较多,但当相变材料和热媒体确定后,主要的影响因素为相变蓄热材料的形状尺寸和热媒体的流速。随着相变体直径的增大,热媒体流速的减小,相变蓄热装置的放热时间将增长,反之减小。综上所述,对于相变材料直径的确定应根据实际情况而定,在保证蓄热装置放热时间的前提下要充分利用相变蓄热体的相变放热量。 在Trnsys平台上,建立了太阳能相变蓄热热泵供热系统模型并进行了模拟分析。研究太原市典型日太阳能集热器集热量、集热器得到的有用能、相变蓄热量、电辅助加热量、热泵热源侧得热量、热泵负荷侧放热量、集热器的集热效率、热泵的COP以及整个系统的COP等。对太原市采暖期各月和整个采暖期的上述各量进行了模拟计算,并与无相变蓄热工况进行了对比。结果表明：在采暖期各月和整个采暖期,相变蓄热的使用对太阳能热泵供热系统热泵的平均COP影响较小,但可以增加太阳能集热器的平均集热效率。对于整个系统,采暖期相变材料的使用使系统的COP提高了0.38,同时存储了一定的热量。相变材料所储存的能量占太阳能集热器吸收有用能的2.64%。相变材料的使用可以节省电能11.34%。在整个采暖期,相变蓄热材料的使用具有节能减排的功能。 搭建了太阳能相变蓄热热泵供热系统实验台,对太阳能相变蓄热过程进行了实验；显热蓄热水箱和相变蓄热水箱的放热过程进行了实验对比；显热蓄热热泵系统和相变蓄热热泵系统的运行过程进行了实验对比。结果表明：相变材料的凝固放热过程可以延缓蓄热装置出口温度下降；实验过程中,分别以显热蓄热水箱和相变蓄热水箱为热源,相对于显热热泵系统,相变蓄热热泵系统热泵的COP提高了21.6%。 【关键词】：太阳能 热泵 相变蓄热 Fluent模拟 Trnsys模拟
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK512
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 目录8-11
• 符号说明11-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 课题研究的背景和意义13-15
• 1.1.1 太阳能蓄热技术13-14
• 1.1.2 太阳能热泵技术14-15
• 1.2 研究的意义15
• 1.3 课题研究现状15-18
• 1.3.1 太阳能热泵的研究现状15-16
• 1.3.2 相变蓄热技术研究现状16-18
• 1.4 本课题主要研究的内容18-19
• 第二章 太阳能相变蓄热热泵供热系统各部件的理论分析及模型选择19-29
• 2.1 太阳能集热系统19-22
• 2.1.1 太阳能集热器的热平衡方程19-20
• 2.1.2 太阳能集热器的效率计算20
• 2.1.3 太阳能集热器的安装方位角和倾角的确定20-21
• 2.1.4 太阳能集热器的采光面积确定21-22
• 2.2 相变蓄热水箱蓄热能力计算和相变传热理论介绍及模型选择22-26
• 2.2.1 相变材料的确定22
• 2.2.2 相变蓄热水箱的蓄热能力计算22-23
• 2.2.3 相变传热理论简介及模型选择23-26
• 2.3 水源热泵计算模型26-27
• 2.4 房间负荷数学模型27
• 2.5 太阳能相变蓄热热泵供热系统的运行模式27-28
• 2.6 小结28-29
• 第三章 相变蓄热材料及蓄热装置的fluent模拟29-53
• 3.1 Fluent软件及相变模拟介绍29-30
• 3.2 圆柱体相变蓄热单元恒壁温下蓄热过程模拟30-36
• 3.2.1 物理模型和数学模型的建立30-32
• 3.2.2 熔化过程的模拟分析32-36
• 3.3 热媒体与蓄热体耦合情况下蓄热体间距对放热的影响36-42
• 3.4 内部有相变蓄热材料的相变蓄热水箱放热模拟42-50
• 3.4.1 蓄热体直径对放热时间影响的计算结果分析43-44
• 3.4.2 进口流速对放热时间影响的计算结果分析44-45
• 3.4.3 分层水箱与相变蓄热水箱放热工况的模拟45-50
• 3.5 小结50-53
• 第四章 太阳能相变蓄热热泵供热系统trnsys模拟53-71
• 4.1 Trnsys软件介绍53-54
• 4.2 太阳能相变蓄热热泵供热系统仿真模型的建立54-63
• 4.2.1 各控制器的控制策略56-57
• 4.2.2 仿真模型标准部件57-59
• 4.2.3 仿真参数设置59-61
• 4.2.4 模拟用气象数据61-63
• 4.3 太阳能相变蓄热热泵供热系统的模拟及分析63-69
• 4.3.1 典型日模拟计算63-67
• 4.3.2 采暖期各月模拟计算67-69
• 4.4 小结69-71
• 第五章 太阳能相变蓄热热泵供热系统实验研究71-83
• 5.1 实验系统71-73
• 5.2 实验系统运行原理73
• 5.3 数据采集73-74
• 5.4 实验研究内容74
• 5.5 实验过程及数据分析74-81
• 5.5.1 太阳能集热系统的相变蓄/放热研究74-76
• 5.5.2 单独相变装置放热研究76-78
• 5.5.3 相变蓄热热泵供热研究78-81
• 5.6 小结81-83
• 第六章 结论与展望83-85
• 6.1 结论83-84
• 6.2 展望84-85
• 参考文献85-89
• 致谢89-91
• 攻读学位期间发表的学术论文目录91

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

石蜡相变材料在同心环隙管内的基本传热行为    张月莲;郑丹星;

一个太阳能—热能系统的计算机分析模型    彭飞,张国勋

发展绿色建材利国利民    夏建萍;陆娴婷;李勇;

太阳能热泵热水装置试验研究与应用分析    李舒宏,武文彬,张小松,殷勇高

太阳能热泵系统运行工况的模拟研究    余延顺,马最良,廉乐明

太阳吸收涂层与真空集热管的热性能    殷志强，严习元，陈腾华，赵铁松，安瑞红，唐轩

固体相变蓄热材料的蓄热和放热性能研究    李曾敏

采用新型相变材料蓄热槽蓄放热特性数值计算方法探讨    王昊

相变蓄热技术及理论在空调蓄热装置中的应用研究    蹇瑞欢

太阳能相变蓄热槽的数值模拟研究    熊辉东

太阳能热泵供暖技术综述    王振辉;崔海亭;郭彦书;彭培英;

太阳能热泵的研究及应用    尹茜;刘存芳;

双热源热泵系统模拟研究    王健强;朱家玲;刘国强;

可再生能源在建筑节能中的应用    徐国英;张小松;李舒宏;陈铁;

中高温空气源热泵热水器的工质优选    马一太;孙方田;

全玻璃真空管式太阳热水器热性能研究(一)——计算模型及计算结果    宋爱国

太阳能热泵系统及其供热系数比较    孙志林;杨柳;屈宗长;

太阳能热泵系统的综合评价    刘立平,葛茂泉

全玻璃真空太阳集热管光-热性能    殷志强,唐轩

太阳能—空气复合热源热泵热水器的性能模拟与分析    徐国英;张小松;

太阳能热泵系统的热力学分析    王海英;

太阳能热泵系统的综合评价    刘立平;

太阳能辅助热泵技术及其应用研究    旷玉辉;王如竹;

直膨式太阳能热泵空调及热水系统实验研究    旷玉辉;李郁武;王如竹;张雪梅;

直膨式太阳能热泵热水器系统性能热力学分析    李郁武;王如竹;王泰华;吴静怡;许煜雄;

空气源热泵热水系统的一些研究进展    单尚礼;王丹丹;王瑞祥;

太阳能冷暖热水三联供系统的模拟研究    黄涛;袁东立;狄彦强;

太阳能热泵多功能复合机实验系统建模与仿真分析    赵芳;许梁;杨前明;隋志蔚;

太阳能辅助热泵多功能复合机实验系统仿真与实验分析    赵芳;杨前明;孔祥强;衣秋杰;

直膨式太阳能辅助热泵多功能复合机供热工况(火用)分析    杨前明;赵芳;孔祥强;

光伏—太阳能热泵系统及多功能热泵系统的综合性能研究    裴刚

直膨式太阳能热泵热水装置的优化分析与变容量运行研究    李郁武

光伏太阳能热泵的理论和实验研究    刘可亮

电子膨胀阀开度对光伏—太阳能热泵系统性能影响的研究    王海涛

小功率直接蒸发式太阳能热泵热水系统的研究与试验    张勇

双热源太阳能热泵模式研究    陈卫星

CPC型热管式真空集热器的研究    许雪松

太阳能相变蓄热槽的数值模拟研究    熊辉东

圆台型直膨式太阳能热泵热水系统的理论研究    何永芬

双级压缩空气源热泵热水器系统的研究    王伟

太阳能供暖/热水组合系统的实验与模拟研究    陈志豪

太阳能热泵供暖系统优化分析    葛昕

太阳能辅助空气源热泵供暖实验和模拟研究    陈雁

一种新型高效太阳能集热器的设计与研究    胡锦达

高温熔盐相变蓄热系统的数值模拟    邢玉明,崔海亭,袁修干

石蜡相变材料在同心环隙管内的基本传热行为    张月莲;郑丹星;

用奇异摄动法解圆柱体的凝固问题    宋又王

蜂巢蓄热体传热性能的数值研究    李伟,祁海鹰,由长福,徐旭常

空间站太阳能吸热器蓄热性能地面模拟试验    邢玉明,袁修干,崔海亭,侯欣宾,王长和

纤维复合相变蓄热材料的固/液界面模拟及分析    汤勇,张娟,周德明,王威,王小五

国内外蓄热材料发展概况    刘玲,叶红卫

铝复合选择性吸收表面    殷志强,史月艳

蓄冷球内高温相变材料蓄冷特性的研究    李晓燕

太阳能热泵系统运行工况的模拟研究    余延顺,马最良,廉乐明

采用新型相变材料蓄热槽蓄放热特性数值计算方法探讨    王昊

相变蓄热技术及理论在空调蓄热装置中的应用研究    蹇瑞欢

太阳能热泵蓄热系统的实验研究    林媛;

圆柱形壳管式相变蓄热单元的蓄热特性研究    姜益强;齐琦;姚杨;马最良;

圆柱形壳管式相变蓄热单元的释热特性    姜益强;齐琦;姚杨;马最良;

相变蓄能技术及其在节能建筑中的应用    韩晓娟;谭宏博;刘煜;

相变材料地板蓄能采暖方式的应用探讨    刘星;

相变蓄能材料在建筑节能中的应用    王德军;

相变蓄能材料在建筑节能中的应用    王毅坚;

相变储能材料在暖通空调领域的应用研究    崔秋娜;崔令霞;董云霞;

相变材料蓄能研究进展及其应用    刘芳;于航;

复合蓄热热泵热水空调技术    章学来;林原培;于树轩;于美;

复合有机相变蓄能材料的研究进展    吕汪敏;武卫东;

相变材料在大容量锂离子电池堆热管理系统中的应用研究    余荣升;晏华;王大伟;

聚乙二醇6000-纤维素相变材料的制备及其性质的研究    李志广;黄红军;米伟娟;王晓梅;

新型相变地板采暖房间温度分布测试研究    庄春龙;邓安仲;李利民;吴祥生;李胜波;

制冷系统热回收装置相变材料的分析研究    周志祥;陈涛;张红瑞;王磊;

相变材料蓄冷系统的经济性评价    杜雁霞;贾代勇;杨同球;

冬季工况下定形相变材料的热特性实验研究    种净植;杨小凤;庄春龙;邓仲安;

氯化钠反复相变后的性能变化    黎涛;冯自平;宋文吉;黄冲;何世辉;

相变储能混凝土制备的前期研究    徐仁崇;

医用相变降温服人体热舒适性实验研究    关平;周翔;李俊;朱颖心;

相变材料在建筑外围护结构中的应用    朱青 刘朝辉 宋长友

太阳能相变材料新应用    本报记者 刘云佳

德国发明智能饮料杯可控温啤酒    酒业

调温纤维的开发与应用    北京巨龙博方科学技术研究院 韩晋民

恒温服研发项目通过验收    徐忠

天津工大医用恒温服项目通过验收    记者 王丽英 通讯员 武晓东

节能新品自调温相变蓄能墙材问世    火昱

科技与时尚握手    张迈建

没有空调,房子也能自我调控温度    记者 陈敏　通讯员 胡敏

盛夏 家居可以不用空调    许晓东

管外与球体内相变蓄热问题的数值模拟与实验研究    李伟

太阳能相变蓄热供暖系统理论及实验研究    李志永

高温相变蓄热过程流动与传递规律    杨小平

太阳能—相变蓄热新风控制系统的研究    王丽丽

石蜡类相变材料的设计及其热物性与阻燃性能研究    张平

热控相变材料熔渗纳米多孔陶瓷的研究    周祥发

随机近似热模型修正方法及相变热控关键问题研究    刘娜

基于系统辨识的太阳能—相变蓄热新风供暖系统控制策略研究    李鹏

凝胶化、微胶囊化低温相变储能材料研究    兰孝征

聚乙二醇/聚乙烯醇高分子固—固相变材料的合成与性能研究    张梅

相变储能石膏板的研究    朱圆圆

空调废热回收热泵关键技术的研究    张红瑞

PEG体系相变储能的研究    祝译

太阳能相变蓄热辅助土壤源热泵研究    谷铁柱

相变热红外隐身及复合控温涂层    武世伟

储能式黑液太阳能集热系统的性能研究    张黎

螺旋管式相变蓄热过程的数值模拟和实验研究    李慧

相变材料纳微胶囊的制备、耐热性能和过冷现象研究    樊耀峰

有机蓄热相变材料的热化学研究    付江辉

膨润土基纳米复合PCM制备及其建筑节能应用    薛永丽