空调系统冷凝热回收相变装置蓄放热特性的实验研究

摘要

当今，空调的普及为人们提供一个舒适的生活、办公和学习环境。但空调系统在制冷运行时，会产生约为制冷量1.1～1.3倍的冷凝热，若冷凝热直接排放到大气环境中，不仅造成能源巨大浪费，并且会造成“热岛效应”。因此，对空调冷凝热进行回收利用是一项重要的节能技术手段，具有重要的研究意义。相变储能技术是利用相变材料在其物态变化过程中以相变潜热来实现热量的吸收（储存）和释放（利用），是目前实现节能技术的有效方法之一。潜热储热具有储能密度高、潜热吸收和释放过程近似等温的优点，可以有效解决热量供求在时间和空间上不匹配的问题。本课题拟研究利用相变储能技术进行空调冷凝热回收。
　　首先，从热力学理论角度进行(炯)分析，论证冷凝器排热是整个空调系统最大的(炯)损失环节;以实例论证相变储能技术回收空调冷凝热的经济性;并对冷凝热回收技术进行适用性分析。
　　根据空调系统冷凝温度和生活热水温度双重要求，并综合考虑相变材料热物性能及经济性能，选定以相变温度约为54℃，相变潜热约为180 kJ/kg的硬脂酸作为相变蓄热材料。在此基础上，为提高其导热性能，以膨胀石墨为吸附基体，制备出硬脂酸/膨胀石墨(SA/EG)复合相变材料，采用扫描电镜(SEM)、红外吸收光谱(FT-IR)、差式扫描量热仪(DSC)和加速冷热循环等技术手段综合分析复合相变材料的微观结构和热物性能。结果显示所制备SA/EG复合相变材料具有适用于空调冷凝热回收技术的相变温度和潜热，并且良好的导热性可以有效提高热量的储存和释放速率。
　　对相变蓄热器进行结构和保温设计，并搭建具有供配电柜、相变蓄热器、恒温水箱及其它部件的相变蓄热实验平台。开展相变蓄热器蓄、放热特性实验，分析了运行参数Ste、Re对于蓄热器蓄、放热性能的影响，探究相变蓄热器内温度变化规律和相同工况下不同位置处温度变化规律。
　　根据实验结果，Ste数是影响相变蓄热器蓄热性能和相变材料温升的主要因素。通过提高Ste数可有效增强相变蓄热器蓄热速率，而Re数则非主要影响因素;相同工况下，在很短距离范围内，不同径向位置处，相变材料温升（降），而不同轴向位置处，温度则差别不大。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 低温相变储能材料的研究进展

1．2．2 相变蓄热器的研究进展

1．2．3 空调冷凝热回收的研究进展

1．3 课题可行性分析

1．3．1 (火用)分析

1．3．2 技术性分析

1．3．3 经济性分析

1．3．4 适用性分析

1．4 本章小结

第2章 相变蓄热材料的制备及性能研究

2．1 相变蓄热材料的遴选

2．1．1 相变蓄热材料相变温度的确定

2．1．2 相变蓄热材料的选择

2．2 相变蓄热材料热物性测试

2．2．1 相变温度及相变潜热测试

2．2．2 体积膨胀系数测试

2．3 相变蓄热材料改性研究

2．3．1 强化传热方式选择

2．3．2 最佳配比确定

2．4 复合相变材料热物性分析

2．4．1 热性能分析

2．4．2 微观结构及形貌分析

2．4．3 稳定性分析

2．5 本章小结

第3章 相变蓄热实验平台设计及搭建

3．1 相变蓄热器的设计

3．1．1 相变蓄热材料的封装

3．1．2 相变蓄热器结构设计

3．1．3 相变蓄热器保温设计

3．2 相变蓄热器实验平台搭建

3．2．1 相变蓄热器工作原理

3．2．2 相变蓄热器实验平台

3．3 实验测量误差分析

3．4 本章小结

第4章 相变蓄热器蓄放热特性实验研究

4．1 实验准备

4．1．1 热电偶标定

4．1．2 测温探头布置

4．1．3 实验工况

4．2 相变蓄热器蓄热性能研究

4．2．1 Ste数对蓄热性能的影响

4．2．2 Re数对蓄热性能的影响

4．3 蓄热过程温度变化规律研究

4．3．1 不同尺P数下温度变化规律

4．3．2 不同Ste数下温度变化规律

4．3．3 不同位置处温度变化规律

4．4 相变蓄热器放热过程实验研究

4．4．1 放热性能研究

4．4．2 放热过程温度变化规律研究

4．5 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目