农村能源自维持住宅相变蓄能模块的研发与性能研究

摘要

能源自维持住宅是一种充分利用建筑节能技术和可再生能源技术实现使用过程零能耗的住宅形式。考虑中国能源严重紧缺情况，在无需达到发达国家过高居住舒适度要求（一年四季保持20～23℃）前提下，能源自维持住宅更适合于农村，尤其是偏远农村地区推广应用。
　　针对农村住宅能源自维持需求，通过对不同地区采用不同保温隔热材料的典型农村住宅冷、热负荷模拟计算及相变蓄能技术的模块化设计，研究开发了以利用相变蓄能主动调节室内温度变化和减小太阳能集热蓄热体积和能量损失为目的的相变蓄热功能模块及其蓄热能力测试方法，模拟计算与实验结果表明:
　　(1)热负荷过高是大多数地区住宅能耗居高不下的主要原因，采用保温性能优良的外墙结构、屋面板结构可大大降低住宅能耗;寒冷与严寒地区传统住宅和新型EPS模块住宅冬季所需日均热负荷（产热蓄热）需求均明显较高，而在夏热冬冷地区，与传统砖混结构相比，采用新型EPS模块围护结构时，其日均冷热负荷和产能蓄能需求均明显下降。
　　(2)采用不锈钢作为容器材料，通过合理结构设计与优化，在不锈钢腔体结构中复合蛇形换热介质管，腔体结构中灌注六水氯化钙，并通过充填二氧化碳，有效防止不锈钢锈蚀，研制开发了多用途通用相变蓄能模块，可通过相变材料的蓄热与蓄冷能力，实现夏季室内温度的主动调节和冬季洗浴废水的余热利用。
　　(3)采用普通钢作容器材料，通过合理的结构设计与优化，形成三腔体复合换热结构，并以石蜡或八水氢氧化钡为相变材料，研制开发了一种太阳能热水用墙体嵌入式相变蓄能模块，可实现太阳能产热与蓄热的分体式安装，并减少和有效利用蓄热过程中的热量损失。
　　(4)利用能量守恒原理，设计开发了相变蓄能模块蓄热能力的直接测试方法，避免了采用间接法测试蓄热能力时，需对模块进行破拆和报废等问题，测试结果表明其实测蓄热量与理论蓄热量误差较小，一般小于5％。
　　(5)夏热冬冷和夏热冬暖地区传统砖混结构和不同地区新型EPS模块结构住宅日均冷热负荷较低，易通过使用太阳能技术配合相变蓄热模块满足日均能耗需求，但寒冷与严寒地区如北京、哈尔滨和西安地区住宅的热负荷明显较高，需集成多项节能措施，辅助相变蓄热功能模块的应用促进能源自维持。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 能源自维持住宅国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 围护结构国内外研究现状与发展趋势

1．4 常见的可再生能源及其利用形式

1．5 太阳能光热储存技术

1．5．1 显热储存

1．5．2 相变潜热储存

1．6 相变蓄能技术在工程中的应用技术现状

1．6．1 相变材料在建材中的应用

1．6．2 相变材料在暖通中的应用

1．7 研究目标及研究内容

第二章 农村能源自维持住宅蓄热量需求模拟计算

2．1 软件模拟意义

2．2 DeST-h分析的理论基础及基本算法

2．3 建模资料

2．3．1 建筑平面

2．3．2 围护结构资料

2．3．3 门窗尺寸及规格

2．3．4 容忍温度参数

2．4 模拟过程

2．5 计算结果分析

2．5．1 围护结构保温性能对住宅全年累计负荷的影响

2．5．2 不同地区全年累计负荷分析

2．5．3 不同容忍下限温度全年累计负荷分析

2．6 日均能耗计算

2．7 本章小结

第三章 模块设计与相变材料的选择

3．1 太阳能热储存技术

3．2 通用相变蓄热模块的研制开发

3．2．1 通用相变蓄热模块结构设计

3．2．2 通用相变蓄能模块的原型试制

3．2．3 通用相交蓄能模块应用技术研究

3．2．4 无机水合盐相变材料的过冷控制技术研究

3．2．5 相变蓄能模块防锈性能研究

3．3 太阳能热水用相变储能模块研制开发

3．3．1 太阳能热水用相变储能模块结构设计

3．3．2 太阳能热水用墙体嵌入式相交蓄能模块原型试制

3．3．3 相变材料的选择

3．3．4 太阳能热水用墙体嵌入式相变蓄能模块应用技术开发

3．4 本章小结

第四章 相变蓄能模块蓄热能力测试研究

4．1 蓄热量测试的理论基础及计算过程

4．2 蓄热量测试系统

4．3 蓄热性能测试准备

4．3．1 实验器材、测点及测试系统布置

4．3．2 实验体测试封装

4．4 蓄热量测试试验过程

4．4．1 测试系统调试与试运行

4．4．2 温度参数设定

4．5 测试模块制作

4．5．1 模块容器与相变材料的选择

4．5．2 模块制作

4．6 温度、热流曲线分析

4．6．1 通用相变蓄能模块

4．6．2 太阳能热水用相变储能模块

4．7 蓄热量计算及结果分析

4．8 本章小结

第五章 结论和展望

5．1 主要结论

5．2 本文主要创新点

5．3 未来工作展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间所取得的科研成果

致谢