太阳能相变蓄热与地源热泵联合系统的研究

发布时间：2020-07-03 06:01

【摘要】： 地源热泵可以利用少量电能将大地中的地热能提升为高品位热能,以供室内空调供热。在白天利用太阳能作为地源热泵(GSHP,Ground Source Heat Pump)的辅助热源,既可以提高热泵机组蒸发器的蒸发温度,同时也可以缓解地埋管周围土壤的温降,可以有效的提高热泵供热系统的效率。而以相变材料(PCM,Phase Change Material)为蓄热介质的相变蓄热装置的使用,既可以克服太阳能的间隙性及因多云、阴雨而造成的不稳定性等缺点,其蓄热密度大的优点也可以使蓄热装置在有限的建筑空间内得以安置。本文分析了影响太阳辐射强度的主要因素,介绍了一种常用的太阳辐射模型,并对平板集热器和真空管集热器在晴天条件下的集热效率进行模拟。平板集热器顶部损失系数Ut与环境温度Ta、玻璃透明盖板温度Tc与环境温度Ta均成线性关系,并且随着环境温度Ta的升高而升高;而这两种集热器的热损系数Uc(或UL)与管内对流换热系数hfi对集热器效率因子F′的影响相同,效率因子F'随热损系数Uc(或UL)增大会变小,管内对流换热系数hfi增大却使F'变大;同时这两种集热器的集热效率η在白天也会随室外温度的升高(降低)而升高(降低),集热器的运行时间最好控制在9点到15点之间。对常用的相变传热问题的数学模型进行了介绍,并利用FLUENT软件模拟了在自然对流换热条件下20#蓄热专用石蜡在螺旋盘管换热器内的等壁温熔化和凝固过程,模拟结果显示:对于结构参数相同的螺旋盘管换热器,盘管匝数越多的蓄热体,其熔化时的Fo数越大;而对于结构参数不相同的螺旋盘管换热器,但盘管匝数相同的蓄热,即使蓄热体体积不同,但其Fo却基本相同;对于螺旋盘管换热器来说,自然对流换热对PCM的熔化过程影响很大,但PCM的凝固过程影响很小,基本可以忽略。以太阳能相变蓄热辅助地源热泵供暖系统实验为平台,进行以20#蓄热专用石蜡为蓄热介质的太阳能相变蓄热及蓄热装置通过板式换热器对热泵机组蒸发器出水管释放热量的实验。实验结果表明,蓄热装置的使用对蒸发器的出水水温影响较大;而对蒸发器的进水水温的影响相对于出水水温的影响较小;在热泵机组运行稳态阶段,蓄热装置对冷凝器进、出水水温影响不明显,但其平均温升也可以达0.6℃;蓄热装置的使用对供暖系统的运行效率也有所提高,系统的平均制热系数COPhs增大了0.16。
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TK513
【图文】：

太阳能相变蓄热与地源热泵联合系统的研究

-0相变蓄热装置示意图

示意图,网格划分,示意图,盘管

.3 计算过程参数的设置.1模型的建立及网格划分参照图 3-0 所示的相变蓄热装置物理模型，在x、y坐标平面内分别建立所列的编号为 1-3 一组的二维模型，由于模型中含有盘管的圆形区域，故构化三角形网格(Unstructured Triangular Grid)单元，网格单元的尺寸最mm2，并在盘管周围进行加密。因为要在FLUENT中使用轴对称(Axisymm，而FLUENT中规定须以x轴为对称轴，故将图 3-0 所示模型只取其上半其顺时针旋转 90°，得到如图 3-0 所示的网格，其中有 2436 个网格单元点。D C

【引证文献】