相变蓄热型Trombe墙冬季供热性能的测试分析

提出相变蓄热型Trombe墙应用于寒冷地区气候条件下的冬季辅助供热系统,对其供热性能开展了实验测试研究。建立设置相变蓄热型Trombe墙的实验系统,对其冬季室内空气温度、室外气象参数、集热板表面温度、空气通道温度及风速进行了测试。详细分析了通风量和供热量。实验测试结果表明:相变蓄热型Trombe墙具有良好的蓄热和辅助供热特性;通过相变材料的蓄热和放热,可以有效延长空气通道的通风时间,进而实现延续供热。测试条件下,内部上风口和内部下风口可在2 h关闭,在日出后1～2 h开启时,效果较好;在全天候可累计提供日所需供热量的28. 9%,具有较好的供热效果。     

太阳能强化自然通风风量的计算模型

为获得便于工程设计应用的太阳能强化自然通风风量计算模型,选取特朗勃墙为研究对象,采用理论分析方法建立冬夏季太阳能强化自然通风风量与太阳辐射强度和室内热源强度的显式函数关系.该计算模型表明:当忽略通过集热蓄热墙的导热和室内热源散热时,自然通风量与太阳辐射强度的1/3次方成正比.将由该计算模型计算出的风量与由前人的隐式风量计算函数模型计算出的风量进行对比发现,该计算模型预测的风量要略大于前人计算模型预测的结果.集热蓄热墙的导热系数越小,并且太阳能烟囱内空气与集热蓄热墙之间的对流换热表面传热系数越大,该模型预测的自然通风量就越接近前人的计算模型预测的结果.     

相变太阳能集热管放热特性的数值研究

采用计算流体力学（CFD）的方法分析了单根太阳能集热管的放热过程,讨论了热水管管材分别为316L不锈钢、黄铜、紫铜三种情况。结果表明,随着热水管导热系数的增大,单根太阳能集热管的放热速率没有明显提高。相变放热过程的主要传热热阻不是热水管的导热热阻,而是由固态相变材料（PCM）的导热系数低所致。     

太阳能相变炕影响因素分析及热工性能模拟

本文设计了一种太阳能热水供热与相变蓄热组合的热炕供热系统,为提高蓄热炕的热响应,配置了高导热复合相变材料,利用数值模拟对炕体单元进行三维非稳态瞬态传热模拟。通过控制变量法,对太阳能相变蓄热炕的相变材料导热系数、相变温度、相变潜热等炕体热工特性影响因素进行模拟分析,得出:相变材料导热系数、供水温度、相变潜热对相变炕的热响应时间影响显著,且相变潜热决定放热时长,相变温度、相变温度范围对相变炕的垫面温度有明显影响。最后,以十二水磷酸氢二钠复合相变材料作为炕体的蓄热材料,对炕体进行蓄放热模拟设计,发现垫面温度昼间可达到17.1 ℃,夜间可达到30.3 ℃,可以很好地满足居民的热舒适要求。     

内置格栅诱导通道的太阳能通风墙性能

提出一种利用太阳能和风能实现室内自然通风的新型内置格栅诱导通道的太阳能通风墙模型,通过三维数值模拟研究在不同室外风速和太阳辐射强度下结构参数对其通风性能的影响.结果表明,内置格栅诱导通道可以有效利用室外风形成对太阳能通风墙主通道内气流的诱导作用而强化自然通风;该太阳能通风墙通风量随格栅间距与格栅高度比值的增加先增大后减小,存在最佳比值使通风量最大;随着风诱导通道宽度与主通道宽度比值的增加,不同室外风速下的通风量均呈先增大后减小的变化趋势.     

太阳能热发电复合相变蓄热材料的实验研究

针对相变材料无机盐KNO3/NaNO3(摩尔比50/50)导热系数低,影响了蓄热系统充放热过程传热效率,制备了适用于太阳能热发电系统的无机盐/膨胀石墨复合相变材料,对复合相变材料的微观结构和热物性进行了分析,并搭建充放热测试平台对相变材料分别进行了热性能研究。结果表明:复合相变材料中的无机盐均匀分布在膨胀石墨中,其相变潜热与基于复合材料中无机盐质量分数的计算值相当,添加膨胀石墨后相变材料的导热系数得到了改善;在充热过程中纯无机盐的换热方式以自然对流为主,同一蓄热单元内沿轴向上下位置温差较大,不同蓄热单元内相同位置完成充热过程所需时间从上到下依次增加,而对于无机盐/膨胀石墨复合相变材料(质量比90/10)充热过程以导热为主;与纯无机盐不同,同一蓄热单元内沿轴向上下位置温度变化趋势基本一致,不同蓄热单元相同位置完成充热过程所需时间几乎没有差别。添加膨胀石墨后,相变材料的充热过程所需时间减少较小,而放热过程所需时间减少约45%,传热介质流量的变化对复合相变材料充/放热过程影响较小。     

含球形相变胶囊的混合储能水箱特性模拟研究

储能水箱是在太阳能光利用过程中的重要元件,是协调未来能源供需平衡,解决可再生能源空间不足的有效方法之一。本文是对含有相变胶囊的混合储能水箱特性进行模拟研究。采用RT35作为相变材料,水作为传热流体,创建了储能水箱的含相变胶囊的数值模型,模拟水箱内部的蓄热过程,探究水箱内热分层机理。水箱内部温度为278.15K,入口温度为353.15K,采用了理查德森数、平均蓄热率和平均蓄热密度作为储能水箱的储能评价指标,对不同的相变胶囊高度、不同的入口流速以及不同的相变胶囊尺寸进行了模拟实验。实验结果表明,随着相变胶囊距水箱底部的高度越高、相变胶囊直径越小,理查德森数越大,平均蓄热率和蓄热密度越大。入口流速越小,理查德森数越大,平均蓄热率和蓄热密度越小。相变蓄热胶囊内相变材料一半进行液化所需的时间与入口流速、相变胶囊尺寸成反比,与相变相变胶囊的距水箱底部的高度成正比。     

基于分形的多孔介质复合相变材料的储热特性

本文利用膨胀石墨和纳米颗粒来强化相变储热系统的传热性能。在膨胀石墨基体中填充含纳米颗粒的相变材料,用焓-孔隙度法模拟材料的相变过程。针对不规则的膨胀石墨孔隙结构,用三维W-M分形函数修正膨胀石墨孔隙率波动,以研究不同的孔隙率和有效导热系数比对固态显热蓄热阶段相变材料熔融速率的影响。在液态显热蓄热阶段时探讨膨胀石墨孔隙率以及纳米颗粒体积分数对相变储热系统中对流传热的影响。研究结果表明,分形分布的孔隙结构能有效地抑制纳米颗粒的自由运动从而降低了纳米颗粒的局部团聚的可能性,所以利用三维W-M分形函数修正的膨胀石墨比采用平均孔隙率能更好地模拟相变材料的熔融速率。在固态显热蓄热阶段,膨胀石墨孔隙率为0.8的相变材料熔融速率比孔隙率为0.85和0.9显著增加,另外,膨胀石墨与纳米颗粒-相变材料的有效导热系数比为100的熔融速率也明显比有效导热系数比为80和60的快。当相变材料处于液态显热蓄热阶段时,其在膨胀石墨孔隙中产生对流,对流传热速率随着膨胀石墨的孔隙率增大而增大,纳米颗粒体积分数的增加也会提高对流传热速率。     

多通道太阳能烟囱的通风性能

提出在竖直式太阳能烟囱中内置半圆柱形吸热墙的多通道太阳烟囱结构形式,并通过数值模拟对其通风特性进行研究.分析竖直式太阳能烟囱优化结构在不同的通道宽度W、墙体高度H、半圆柱吸热墙半径R下通风量的变化,并对优化与传统的结构形式的通风量进行对比.结果表明:在内置吸热墙半径为60、75、100、150mm,热流密度为100~1 000 W/m~2的范围内,设置半圆柱形吸热墙的多通道太阳能烟囱通风量比传统的结构增长了16%~32%.     

高温套管式熔融盐相变蓄热器蓄热性能实验研究

为揭示高温熔融盐相变蓄热器的蓄放热特性,并进一步提高其蓄热性能,搭建了高温梯级熔融盐相变蓄热实验台(最高蓄热温度可达800℃),对高温套管式熔融盐相变蓄热器开展了蓄/放热性能实验研究。首先选择蓄热性能优良的二元碳酸盐作为高温相变蓄热材料,测试了其热物性;其次实验研究了高温套管式熔融盐相变蓄热器的总蓄/放热时间、平均蓄/放热速率以及蓄热效率等蓄/放热性能。结果显示:相变蓄热材料的熔化过程存在着非均匀性;在放热过程中,位于不同位置的相变蓄热材料存在着不同程度的过冷现象。最后,实验研究了在熔融盐侧添加环形肋片对高温熔融盐相变蓄热器的蓄/放热性能的强化效果,以及空气温度、质量流量等运行参数分别对光管和肋片管相变蓄热器总蓄/放热量、平均蓄/放热速率以及蓄热效率的影响。结果显示,在添加肋片后,相变蓄热材料温度分布更加均匀,蓄热过程结束时相变蓄热材料的最大温差由51.1℃下降到43.2℃,下降了15.4%,高温相变蓄热器的平均蓄热速率与平均放热速率分别增加了6.8%和9.1%。实验结果可为后续高温梯级熔融盐相变蓄热器的性能研究以及实际应用提供参考。     

太阳能供暖用新型流体制备及导热性能测试

严寒、寒冷地区液体型集热器应用时需考虑防冻性能，工程常使用乙二醇型防冻液作为循环工质。但其导热系数仅为水的60%,集热循环过程中防冻液与太阳能集热器基板传热不充分导致基板过热和集热热损过大。为解决上述问题，通过乙二醇型防冻液及相变材料配制不同浓度的传热蓄热流体(heat transfer and heat storage fluid, HTHSF),在考虑防冻的基础上，以增加HTHSF综合导热系数为目的，通过瞬态热线法实验研究HTHSF相变过程中导热系数的变化规律。结果表明：当温度升高或浓度减小时载流体导热系数增大。配制的HTHSF呈水基溶液的特性，在单一相时导热系数与温度呈正比关系，相变使得导热系数有所减小。寒地太阳能供暖用新型HTHSF 10%、冰点-20℃时性能较好，此外拟合公式与实测数据误差在0.5%以内。     

基于毛细管网的相变蓄热模块实验研究

目的为提高冬季农村居民的室内舒适度,改善农居室内局部热环境,降低能耗,减少污染,提出一种新的将相变材料和毛细管网型末端相结合的相变蓄热模块供暖系统.方法根据供水温度和相变材料的填充量的不同组合设计了不同工况,并搭建了对比测试实验平台,对模块蓄放热时间及模块表面温度进行测试和分析.结果相变蓄热模块系统在填充4 kg相变材料、供水温度为50℃时蓄热时间最短,为80 min;在填充5 kg相变材料、供水温度为40℃时的蓄热时间最长,为160 min;在填充5 kg相变材料,供水温度为50℃时的蓄热时间为100 min;在填充4 kg相变材料,供水温度为40℃时的蓄热时间为120 min;填充4 kg和5 kg相变材料的模块系统表面温度保持在25℃以上的持续放热时间分别为8 h和10 h.结论相变蓄热模块供暖系统可联合火炕以及太阳能热水系统、户用小型锅炉等多种低温热源;基于毛细管网的相变蓄热模块能较好的满足用户对模块放热时间的要求,可以有效改善室内局部热环境.     

碳纤维导热型低温相变材料蓄热电暖器蓄放热性能实验研究

使用膨胀石墨、碳纤维与石蜡研制出复合型相变蓄能材料,利用膨胀石墨、碳纤维作为高导热材料与结构支撑材料;通过物性参数遴选、结构参数优化设计方法,搭建高导热性能的复合相变材料蓄热电暖器实验台;研究不同蓄放热运行工况下该装置的蓄放热性能。研究结果显示,与日间主动式放热工况相比,日间被动式放热工况放热速率衰减较慢,被动式放热工况的最低放热速率比主动式放热工况最低放热速率高24. 7%。该装置可以利用主/被动放热方式调节蓄放热速率,满足不同房间的供热需求。在夜间蓄热、日间放热的运行工况下,该相变蓄热电暖器所在房间温度波动较小,具有较好热舒适性。该蓄热电暖器蓄热效率达67%,能充分利用夜间低谷电蓄热,实现降低运行费用的目的。     

基于纳米复合PCM集蓄热构件的建筑太阳能供暖特性研究

设计一种基于吸光型纳米复合相变材料(PCM)模块化集蓄热构件,将其应用于建筑太阳能采暖,以降低能耗和碳排放。开展石墨烯-石蜡复合相变材料的制备和物性测试,建立PCM集蓄热数学模型,并结合典型气候工况进行供热特性的数值模拟,研究定风量情况下蓄热层厚度和空气流道宽度对供暖特性的影响,分析通风速度对送风温度、日供热量以及太阳能供暖保证率的影响。研究结果表明：添加石墨烯后的纳米复合PCM相对于纯石蜡的集热效率约提升了60%;对于具有18 m²采光面积的集蓄热构件,当通风速度为1.0 m/s时,太阳能集蓄热墙具有较为优异的供暖性能,此时供给室内的日供热量、日平均热效率和供暖保证率分别为112.5 MJ、67.6%和90.0%,室内能够达到20℃的设定温度的时间为13 h。     

新型生土材料调湿性能及导热性

使用膨胀石墨、碳纤维与石蜡研制出复合型相变蓄能材料,利用膨胀石墨、碳纤维作为高导热材料与结构支撑材料;通过物性参数遴选、结构参数优化设计方法,搭建高导热性能的复合相变材料蓄热电暖器实验台;研究不同蓄放热运行工况下该装置的蓄放热性能。研究结果显示,与日间主动式放热工况相比,日间被动式放热工况放热速率衰减较慢,被动式放热工况的最低放热速率比主动式放热工况最低放热速率高24. 7%。该装置可以利用主/被动放热方式调节蓄放热速率,满足不同房间的供热需求。在夜间蓄热、日间放热的运行工况下,该相变蓄热电暖器所在房间温度波动较小,具有较好热舒适性。该蓄热电暖器蓄热效率达67%,能充分利用夜间低谷电蓄热,实现降低运行费用的目的。     

太阳能烟囱强化自然通风的研究现状

 自然通风是一种节能的被动式通风冷却技术,其原理是在由温差引起的热压或风压的作用下驱动室内空间的空气自然流动,与机械通风相比,自然通风具有显著的节能优点。太阳能烟囱利用太阳辐射加热烟囱通道内的空气,提高温差,从而强化自然通风。本研究介绍了太阳能集热墙体(Trombe)式和倾斜集热板屋顶式两种典型太阳能烟囱的结构及其强化自然通风的基本原理。详细讨论了影响太阳能烟囱通风性能的主要因素,并介绍国内外学者对太阳能烟囱的主要研究方法和相关研究成果。太阳能烟囱的高度和深度(玻璃盖板与集热墙的间距)影响烟囱内空气的温升以及空气的自然对流的流动特点,从而影响了太阳能烟囱的自然通风流量。空气流量随着烟囱深度的增加而增加,但烟囱深度超过一定值后空气流量不增反减。当烟囱的深高比超过2.5后,烟囱出口端会出现逆流,从而抑制了通风量的增加。集热墙的结构以及倾斜角度对太阳能烟囱自然通风效果的影响与地理位置和气候条件等因素有关。研究太阳能烟囱自然通风的理论方法包括基于能量平衡分析的模型和基于计算流体力学的数值模拟。分析了太阳能烟囱自然通风研究中需要改进的问题。     

典型气象日蓄热型太阳能喷射制冷系统性能分析

以太原地区的气象参数为背景,利用TRNSYS仿真软件,模拟计算以R141b为制冷剂的蓄热型太阳能喷射制冷系统在夏季典型日的性能,分析系统的喷射系数、制冷量、能效比(COP)随着太阳辐射照度的逐时变化,以及蒸发温度、冷凝温度、喷射器喉部面积比(r)对系统性能系数的影响.结果表明:系统的性能随太阳辐射照度增强而提高;蓄热装置的使用拓宽了系统高效运行的时间,更加有效地利用了太阳能;在系统运行时段,各性能系数逐时变化趋势一致,且随着蒸发温度的升高而增大,随着冷凝温度的升高而减小;同一工况下,r值越大喷射系数越大,     

相变材料对家用水箱性能的影响及相变层厚度优化

基于相变蓄热水箱的发展现状,结合家用生活热水系统相关设计规范及标准,对相变水箱的结构进行了设计,并采用有限元软件对相变水箱的性能进行了模拟研究.首先建立了相变水箱的数值计算模型并利用实验数据验证模型的准确性;在此基础上,通过蓄放热阶段水温响应特性、相变材料温度及液相比等参数,对相变水箱的蓄放热特性进行了研究;另外,比较分析了不同相变层厚度参数对相变水箱蓄放热过程的影响,并对相变材料的用量进行了优化.结果表明,对于家用水箱,增设相变材料层可以延长水箱蓄热过程;在水箱放热过程中,放热时间随着相变层厚度的增加呈现先延长后缩短的变化趋势;与其他相变厚度的模拟工况相比,相变层厚度为30 mm时,水箱的释热性能最佳,放热时间较普通水箱增加10％左右,且维持水温处于较高温度的时间有所延长.可见相变材料的蓄放热特性直接影响着家用水箱的性能,寻求相变材料的最优用量可为相变水箱的设计及实际应用提供参考.     

太阳能热发电用高温混凝土储热系统性能分析

采用修正集总热容法对太阳能热发热中混凝土储热整体系统的热性能进行研究。修正的固液换热系数将计算的适用范围扩展到大Biot数的情况。发现放热时固体混凝土和流体沿着流程方向都存在一个温跃层区域,并且随着放热的进行,温跃层逐渐向下游移动并且占据的长度也逐渐增加。分别讨论了混凝土导热系数、模块串联总长度以及储热单元当量外径与钢管内径比值对储热系统放热性能的影响。计算发现,提高混凝土导热系数可以有效提高储热系统的热性能,并且随着导热系数的增加,放热效率的增加会逐渐变慢;增加串联总长度可以有效提高系统的热性能,但是当串联总长度大于1km时,继续增加串联总长度对于特征固体温度分布的影响很小;当量直径比的增加会减小温跃层区沿流程方向的温度梯度,增大温跃层区占据的长度。     

被动式太阳能结合相变墙在苏北自然通风环境下的应用研究

通过建立实体的模型房间,选择寒冷的冬季和炎热的夏季两种环境,对被动式太阳能建筑结合相变墙体的综合应用状态进行了模拟研究,获得了太阳能集热墙、相变墙体等结构的表面温度及室内温度参数,利用动态热网络分析法,建立综合考虑建筑内部舒适度的4种运行工况,通过对比分析的方法,验证了由被动式太阳能建筑结合相变墙体的实验房具有冬暖夏凉的功能。在炎热的夏季,相变墙发挥了蓄冷作用,同时太阳能集热墙的被动通风,使得实验房内白天温度较普通房有所下降;在寒冷的冬季,白天太阳能集热墙的吸热与相变材料的蓄热,使得实验房内夜晚温度较普通房有所上升,从而实现实验房冬暖夏凉的功能。