集熱/蓄能/蒸發(fā)一體化太陽(yáng)能熱泵熱水器系統(tǒng)的性能研究

【摘要】：本文針對(duì)普通太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)不能全天候高效、穩(wěn)定運(yùn)行的缺陷,提出了一種新型集熱/蓄能/蒸發(fā)一體化太陽(yáng)能熱泵熱水器系統(tǒng),該系統(tǒng)將太陽(yáng)能集熱器、蓄能容器以及熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器集于一體,減少了系統(tǒng)的中間換熱損失,降低了制造成本。利用相變材料的固-液相變潛熱對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行儲(chǔ)存,有效解決了太陽(yáng)能間歇性帶來(lái)的系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定的問(wèn)題。 首先,本文對(duì)集熱/蓄能/蒸發(fā)一體化太陽(yáng)能熱泵熱水器工作原理進(jìn)行了理論分析,設(shè)計(jì)并搭建了該蓄能型太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)綜合測(cè)試平臺(tái)。根據(jù)系統(tǒng)的工作溫度,結(jié)合相變材料的使用環(huán)境和理想相變材料的特點(diǎn),選擇合適的蓄能材料。對(duì)考慮分別使用癸酸和石蠟兩種蓄能材料時(shí)系統(tǒng)的制熱特性進(jìn)行了全面、深入的實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合出該集熱/蓄能/蒸發(fā)一體化太陽(yáng)能熱泵熱水器得熱效率隨太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、環(huán)境溫度、真空管外壁溫度的變化關(guān)系。并研究分析了真空管內(nèi)相變材料溫度隨太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的逐時(shí)變化規(guī)律,以及系統(tǒng)啟動(dòng)前后相變材料在蓄熱、釋能過(guò)程中溫度的變化曲線(xiàn),從理論和實(shí)驗(yàn)的角度分析并驗(yàn)證了相變材料的蓄熱量能滿(mǎn)足系統(tǒng)正常運(yùn)行的熱負(fù)荷需求。 其次,在集熱/蓄能/蒸發(fā)器中充灌癸酸作為蓄熱材料的情況下,采集并整理實(shí)驗(yàn)裝置在過(guò)渡季節(jié)和冬季不同工況不同運(yùn)行模式時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。研究了系統(tǒng)在晴天、陰雨天和夜晚三種工況下系統(tǒng)性能隨太陽(yáng)輻射能的變化,以及影響系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性的因素。研究結(jié)果表明：集熱/蓄能/蒸發(fā)一體化太陽(yáng)能熱泵熱水器系統(tǒng)的年平均得熱效率為4.20,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)的得熱效率；集熱/蓄能/蒸發(fā)一體化太陽(yáng)能熱泵熱水器系統(tǒng)的年平均性能系數(shù)為5.26,即使在全年最?lèi)毫拥墓r下運(yùn)行,系統(tǒng)的性能系數(shù)仍可達(dá)到4.03,明顯高于普通太陽(yáng)能-空氣混合源熱泵熱水器系統(tǒng)；太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的不穩(wěn)定波動(dòng)對(duì)集熱/蓄能/蒸發(fā)一體化太陽(yáng)能熱泵熱水器系統(tǒng)得熱效率的影響要比其對(duì)普通直膨式太陽(yáng)能熱泵熱水器系統(tǒng)的影響小的多。 最后,通過(guò)在集熱/蓄能/蒸發(fā)器內(nèi)充灌石蠟作為蓄能材料時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行特性與之前的系統(tǒng)特性進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果表明在相同的天氣條件下,石蠟系統(tǒng)的加熱時(shí)間較癸酸系統(tǒng)縮短了11.11%,能效比提高了11.41%。由此可見(jiàn),以石蠟作為蓄能材料使系統(tǒng)具有更高、更穩(wěn)定的制熱性能和得熱效率及更快的加熱速度,相變材料的更換使之與系統(tǒng)更加匹配。 【關(guān)鍵詞】：太陽(yáng)能熱泵熱水器 集熱/蓄能/蒸發(fā)器 相變蓄能材料 性能系數(shù) 得熱效率
【學(xué)位授予單位】：南京師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類(lèi)號(hào)】：TU822;TK519
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 主要字符表6-10
• 第1章 緒論10-21
• 1.1 研究背景和意義10-12
• 1.1.1 研究背景10-11
• 1.1.2 課題意義11-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀12-19
• 1.2.1 太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀12-18
• 1.2.2 太陽(yáng)能與相變蓄熱技術(shù)的耦合18-19
• 1.3 本課題研究的內(nèi)容和意義19-21
• 第2章 蓄能材料的選擇及其物理性質(zhì)21-27
• 2.1 常見(jiàn)的蓄熱方式21
• 2.2 相變材料的選擇21-23
• 2.2.1 固-液相變材料21-22
• 2.2.2 相變材料的選擇22-23
• 2.3 癸酸和石蠟的基本性質(zhì)和物性參數(shù)23-24
• 2.3.1 癸酸的基本性質(zhì)和物性參數(shù)23-24
• 2.3.2 石蠟的基本性質(zhì)和物性參數(shù)24
• 2.4 癸酸和石蠟相變過(guò)程中體積膨脹率的測(cè)定24-25
• 2.5 本章小結(jié)25-27
• 第3章 集熱/蓄能/蒸發(fā)一體化太陽(yáng)能熱泵熱水器的工作原理27-32
• 3.1 SHPWHICSE系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理27-30
• 3.1.1 基本結(jié)構(gòu)27-29
• 3.1.2 工作原理29
• 3.1.3 蒸發(fā)溫度對(duì)系統(tǒng)性能的影響29-30
• 3.2 SHPWHICSE系統(tǒng)的工作模式30-31
• 3.3 SHPWHICSE系統(tǒng)的創(chuàng)新31
• 3.4 本章小結(jié)31-32
• 第4章 集熱/蓄能/蒸發(fā)一體化太陽(yáng)能熱泵熱水器系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置32-39
• 4.1 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)32-36
• 4.1.1 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)基本結(jié)構(gòu)32-33
• 4.1.2 太陽(yáng)能有效集熱器面積及相變材料使用量的確定33-36
• 4.2 測(cè)試系統(tǒng)36-38
• 4.2.1 測(cè)試裝置36-37
• 4.2.2 測(cè)點(diǎn)布置37
• 4.2.3 實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程37-38
• 4.3 SHPWHICSE系統(tǒng)特點(diǎn)38
• 4.4 本章小結(jié)38-39
• 第5章 集熱/蓄能/蒸發(fā)一體化太陽(yáng)能熱泵熱水器的實(shí)驗(yàn)研究39-65
• 5.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c方法39
• 5.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)39-40
• 5.2.1 系統(tǒng)的供熱性能39-40
• 5.2.2 系統(tǒng)的得熱效率40
• 5.3 集熱/蓄能/蒸發(fā)器性能曲線(xiàn)40-42
• 5.4 相變材料蓄能實(shí)驗(yàn)研究42-44
• 5.4.1 相變材料蓄能特性42-43
• 5.4.2 石蠟的吸熱、放熱過(guò)程43-44
• 5.5 癸酸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析及討論44-53
• 5.5.1 系統(tǒng)的整體性能44-45
• 5.5.2 過(guò)渡季節(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析45-51
• 5.5.3 冬季實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析51-53
• 5.6 石蠟系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)分析及討論53-60
• 5.6.1 系統(tǒng)的總體性能53-54
• 5.6.2 晴天時(shí)的運(yùn)行特性54-57
• 5.6.3 陰雨天時(shí)的運(yùn)行工況57-58
• 5.6.4 夜晚時(shí)的運(yùn)行工況58-60
• 5.7 不同蓄能介質(zhì)下系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)性能的對(duì)比分析60-63
• 5.7.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)比綜述60-62
• 5.7.2 實(shí)驗(yàn)對(duì)比瞬態(tài)分析62-63
• 5.8 本章小結(jié)63-65
• 第6章 結(jié)論及展望65-67
• 6.1 主要結(jié)論65-66
• 6.2 本文的不足與展望66-67
• 參考文獻(xiàn)67-74
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文74-75
• 致謝75

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