太阳能热风相变蓄热采暖系统实验研究

摘要

随着生活水平的提高，人们对居住环境的要求越来越高，建筑能耗居高不下。在川西及西藏等地区，全年气温较低，不需要制冷，建筑能耗主要来自于供暖。该地区化石能源匮乏，生态脆弱但太阳能资源较为丰富，如何更好地将太阳能运用在建筑采暖上，对节能环保以及提高人们生活舒适度意义重大。　　本文针对川西及藏族地区设计了一套太阳能热风相变蓄热采暖系统，通过相变储热来解决太阳能在时序上分布不均的问题。该系统由集热、蓄热-供暖、空气输运三个部分组成，具有系统简单、安装方便快捷、无泄漏、无结冰等优点。该系统运行原理为：白天集热器将太阳能转化为空气的热能，然后通过风机将空气送到蓄热-供暖模块中将热量储存起来，夜晚蓄热-供暖模块通过自然放热的方式将热量释放出来，为室内供暖。　　本文具体设计了一种节省室内空间、安装方便、自然放热的管式蓄热板作为蓄热-供暖模块，搭建了管式蓄热板蓄热采暖系统实验平台，并于四川康定江巴村进行实验测试。结果显示，在使用50kg的癸酸-月桂酸二元复合相变材料来为15m2的房间来供暖，实验房夜间温度较对照房可以提高 2～3℃。蓄热板在进口温度不高风量不大时不宜串联使用。集热器运行效率为10%～15%，系统阻力为4800Pa，系统热转移效率为66%，系统总效率为6.6%～10%。　　针对管式蓄热板蓄热系统的不足，本文设计了一种平板式蓄热板，并于拉萨市某军区营房中搭建平板式蓄热采暖系统进行实验测试，结果显示，在10m2普通保温的房间使用60Kg相变材料进行供暖情况下，实验房较对照房最大可以提高7.6℃，夜间温度平均可以提高2.5℃。系统风阻为1100Pa～1300Pa，较管式蓄热板系统阻力大大降低，集热器运行效率为 30%，系统热转移效率提高为 78%，系统总效率为23.4%。

目录

主要符号表

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1相变储热装置

1.2.2相变储热采暖系统

1.3 本文研究内容

① 太阳能热风相变蓄热系统设计

② 管式蓄热板太阳能热风相变蓄热板采暖系统特性研究

③ 平板式蓄热板太阳能热风相变蓄热采暖系统特性研究

2 实验系统设计及实验方法

2.1 太阳能热风相变蓄热系统设计

2.1.1热负荷计算

2.1.2集热器面积的确定

2.1.3相变材料用量

2.1.4系统风量及阻力计算

2.2.1实验系统原理

2.2.2系统设备选型与制作

2.2.3系统设备安装

2.2.4控制模块

2.3 实验参数测量

2.3.1流量测量

2.3.2压降测量

2.3.3温度测量

2.3.4太阳辐射测量

2.3.5实验数据采集

2.4 实验工况

2.4.1管式蓄热板太阳能热风相变蓄热采暖系统性能研究

2.4.2平板式蓄热板热风相变蓄热采暖系统性能研究

2.5 本章小结

3 数据处理及不确定度分析

3.1 集热器瞬时效率计算

3.2 热转移效率及系统总效率计算

3.3 系统供热量计算

3.4 管路系统阻力特性系数计算

3.5 不确定度分析

3.6 本章 小结

4 管式蓄热板蓄热采暖系统实验结果分析

4.1 实验环境条件以及集热器性能分析

4.2 管式蓄热板性能分析及采暖效果

4.3 系统效率分析

4.4 本章小结

5 平板式蓄热板蓄热采暖系统实验结果分析

5.1 环境条件及集热性能分析

5.2.1平板式蓄热板温度特性

5.2.2采暖效果分析

5.3 系统效率分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 本文的主要结论

6.2 本文的不足及对未来的展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间科研成果目录

B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目

C. 学位论文数据集

致谢