太陽能相變蓄熱與地源熱泵聯(lián)合系統(tǒng)的研究

【摘要】： 地源熱泵可以利用少量電能將大地中的地熱能提升為高品位熱能,以供室內(nèi)空調(diào)供熱。在白天利用太陽能作為地源熱泵(GSHP,Ground Source Heat Pump)的輔助熱源,既可以提高熱泵機組蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度,同時也可以緩解地埋管周圍土壤的溫降,可以有效的提高熱泵供熱系統(tǒng)的效率。而以相變材料(PCM,Phase Change Material)為蓄熱介質(zhì)的相變蓄熱裝置的使用,既可以克服太陽能的間隙性及因多云、陰雨而造成的不穩(wěn)定性等缺點,其蓄熱密度大的優(yōu)點也可以使蓄熱裝置在有限的建筑空間內(nèi)得以安置。 本文分析了影響太陽輻射強度的主要因素,介紹了一種常用的太陽輻射模型,并對平板集熱器和真空管集熱器在晴天條件下的集熱效率進行模擬。平板集熱器頂部損失系數(shù)Ut與環(huán)境溫度Ta、玻璃透明蓋板溫度Tc與環(huán)境溫度Ta均成線性關(guān)系,并且隨著環(huán)境溫度Ta的升高而升高;而這兩種集熱器的熱損系數(shù)Uc(或UL)與管內(nèi)對流換熱系數(shù)hfi對集熱器效率因子F′的影響相同,效率因子F'隨熱損系數(shù)Uc(或UL)增大會變小,管內(nèi)對流換熱系數(shù)hfi增大卻使F'變大;同時這兩種集熱器的集熱效率η在白天也會隨室外溫度的升高(降低)而升高(降低),集熱器的運行時間最好控制在9點到15點之間。 對常用的相變傳熱問題的數(shù)學模型進行了介紹,并利用FLUENT軟件模擬了在自然對流換熱條件下20#蓄熱專用石蠟在螺旋盤管換熱器內(nèi)的等壁溫熔化和凝固過程,模擬結(jié)果顯示:對于結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的螺旋盤管換熱器,盤管匝數(shù)越多的蓄熱體,其熔化時的Fo數(shù)越大;而對于結(jié)構(gòu)參數(shù)不相同的螺旋盤管換熱器,但盤管匝數(shù)相同的蓄熱,即使蓄熱體體積不同,但其Fo卻基本相同;對于螺旋盤管換熱器來說,自然對流換熱對PCM的熔化過程影響很大,但PCM的凝固過程影響很小,基本可以忽略。 以太陽能相變蓄熱輔助地源熱泵供暖系統(tǒng)實驗為平臺,進行以20#蓄熱專用石蠟為蓄熱介質(zhì)的太陽能相變蓄熱及蓄熱裝置通過板式換熱器對熱泵機組蒸發(fā)器出水管釋放熱量的實驗。實驗結(jié)果表明,蓄熱裝置的使用對蒸發(fā)器的出水水溫影響較大;而對蒸發(fā)器的進水水溫的影響相對于出水水溫的影響較小;在熱泵機組運行穩(wěn)態(tài)階段,蓄熱裝置對冷凝器進、出水水溫影響不明顯,但其平均溫升也可以達0.6℃;蓄熱裝置的使用對供暖系統(tǒng)的運行效率也有所提高,系統(tǒng)的平均制熱系數(shù)COPhs增大了0.16。 【關(guān)鍵詞】：地源熱泵 太陽能 相變蓄熱 供熱實驗
【學位授予單位】：河北工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：TK513
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 能源及建筑能耗10-11
• 1.1.1 能源及其可持續(xù)性10-11
• 1.1.2 建筑能耗狀況11
• 1.2 太陽能—地源熱泵簡介11-14
• 1.2.1 太陽能11-12
• 1.2.2 熱能的貯存12-13
• 1.2.3 地源熱泵13
• 1.2.4 太陽能相變蓄熱與地源熱泵聯(lián)合供暖系統(tǒng)13-14
• 1.3 太陽能-地源熱泵國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3.1 太陽能-熱泵的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3.2 相變貯熱15
• 1.3.3 太陽能相變蓄熱聯(lián)合地源熱泵系統(tǒng)研究現(xiàn)狀15-16
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容16-17
• 第2章 太陽能利用、熱泵機組性能的理論分析17-38
• 2.1 我國太陽能資源的分布及太陽輻射17-22
• 2.1.1 有關(guān)角度的定義18-19
• 2.1.2 太陽輻射模型19-22
• 2.2 太陽能的光熱利用22-36
• 2.2.1 平板集熱器22-32
• 2.2.2 真空管型集熱器32-36
• 2.3 熱泵機組性能分析理論36-37
• 2.4 本章小結(jié)37-38
• 第3章 相變傳熱問題理論分析和螺旋盤管相變蓄熱換熱器數(shù)值模擬38-58
• 3.1 相變材料的選擇38
• 3.2 相變傳熱理論38-40
• 3.2.1 引言38-39
• 3.2.2 相變傳熱的數(shù)學模型39-40
• 3.3 自然對流條件下相變傳熱的數(shù)值模擬研究40-57
• 3.3.1 CFD 方法及FLUENT 簡介41
• 3.3.2 螺旋盤管換熱器模型的建立41-45
• 3.3.3 計算過程參數(shù)的設置45-47
• 3.3.4 模擬結(jié)果及分析47-57
• 3.4 本章小結(jié)57-58
• 第4章 太陽能相變蓄熱聯(lián)合地源熱泵供暖系統(tǒng)實驗研究58-74
• 4.1 實驗系統(tǒng)介紹58-62
• 4.2 實驗方案62-63
• 4.3 實驗數(shù)據(jù)分析63-72
• 4.3.1 蓄熱裝置的蓄、放熱過程分析63-66
• 4.3.2 對蒸發(fā)器進、出口水溫的影響66-68
• 4.3.3 對冷凝器進、出口溫度的影響68-69
• 4.3.4 對地埋管壁溫的影響69-71
• 4.3.5 對系統(tǒng)制熱系數(shù)COP_(hs) 的影響71-72
• 4.4 本章小結(jié)72-74
• 第5章 結(jié)論與展望74-77
• 5.1 結(jié)論74-75
• 5.2 展望75-77
• 參考文獻77-80
• 致謝80-81
• 作者簡介81
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明81

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