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。     

R417A替代R22用于相变蓄热蒸发型 空气源热泵的性能分析

针对中国北方冬季气温偏低的特点,设计了相变蓄热蒸发型空气源热泵。相变蓄热蒸发型空气源热泵,利用相变技术,可以有效地解决中国北方低温时的供暖问题。以相变蓄热蒸发型空气源热泵为研究对象,在人工环境模拟室中模拟不同的环境温度,分别使用R417A和R22进行实验。实验数据表明,R417A替代R22时,系统无需更换润滑油,各工况下系统运行稳定,R417A的排气温度和排气压力均低于R22,有利于系统的安全运行。R417A的制热量和COP均小于R22。可见R417A可以替代R22作为相变蓄热蒸发型空气源热泵的制冷剂,但对于新建热泵机组,要达到原有供热效果需要增加蒸发器和冷凝器的换热面积。     

相变蓄热材料导热系数对太阳能通风墙性能的影响

通过对相变蓄热型太阳能烟囱模型通风蓄放热变化过程的计算,分析比较不同相变蓄热墙导热系数对太阳能烟囱性能的影响.计算结果表明:吸热板最大表面温度随着相变蓄热墙导热系数的增大越接近相变蓄热墙的相变温度;蓄热阶段,入口平均风速随着相变蓄热墙导热系数的增大而减小;放热阶段,入口平均风速随着相变蓄热墙导热系数的增大反而越大;相变蓄热墙导热系数越大,蓄热型太阳能烟囱系统16 h的累计通风量越高,但在导热系数增大到0.66 W·(m·K)^-1后,再增大材料导热系数,累计通风量几乎不再增加.     

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.     

有机相变蓄热材料对蔬菜大棚冬季温度的影响

选用有机相变材料对阳光蔬菜大棚进行了蓄热调温试验研究,蓄热材料相变温度19℃,相变潜热140 KJ/kg.建设相同条件的实验大棚和对照大棚,采用多点温度测试分别测量实验棚温度、对照棚温度和环境温度,以冬季月份测试数据进行实验分析.实验结果显示,冬季实验棚日平均温度高于对照棚1.7～2.6℃,高于环境日平均温度3.2～5.2℃;由此可以看出,实验棚采用有机相变材料蓄热调温效果明显,更有利于冬季蔬菜的生长.     

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。     

定形相变材料蓄热地板电采暖系统热性能

蓄热式电采暖系统可以利用夜间廉价电供热.建立了分析定形相变材料蓄热地板电采暖系统热性能的理论模型,通过与实验结果比较,验证了此模型和程序的正确性.藉此模型分析了系统各因素对其热性能的影响,及该类系统在不同气候地区的应用可行性和整个冬季的电加热控制方法.结果显示,在保证相变材料用量足够时,可通过改变相变温度和空气层厚度,设计或控制此系统热性能; 在不同热负荷建筑中,通过合理设计,此蓄热采暖系统可取得较好效果; 应用控制地板加热面积的方法,可使整个采暖季的室温基本保持在人的热舒适范围内.     

带改进型Trombe墙体的热箱热性能的实验测定和分析

针对现行的带Trombe墙体太阳房早晨室内升温速度较慢的缺点，利用可对比热箱，建造了带有新型竖置透明蜂窝的改进型Trombe墙体．对改进型Trombe墙体及热葙的整体热性能进行了对比测试，并做了热箱内无蓄热材料与有蓄热材料时的对比测试，实验结果表明该墙体比传统的Trombe墙体室内升温速度快，热利用效率高．     

太阳墙冬季供热特性

为获得特朗勃墙的供热特性,采用理论分析方法,研究冬季自然通风量、空气循环供热量、墙体导热供热量随太阳辐射强度和室内外温差的变化规律.结果表明:当室内外温差一定时,自然通风量随太阳辐射强度的增大先减小后增大,而空气循环供热量和墙体导热供热量随太阳辐射强度的增大而呈线性增大;当太阳辐射强度一定时,自然通风量和空气循环供热量随室内外温差的增大而呈线性增大,而墙体导热供热量受室内外温差的影响很小.最后采用线性回归方法,获得室内总供热量的计算模型.该成果对预测特朗勃墙冬季供热量有一定的参考价值和指导意义.     

改善三套管蓄能型热泵系统供热性能的实验

为改善室外低温条件下空气源热泵的供热性能,提出了三套管蓄能器供热模式.实验比较了三套管蓄能器单独供热、联合空气源热泵供热以及太阳能辅助三套管蓄能器供热的运行稳定性及制热COP等供热特性.实验结果表明,太阳能辅助三套管蓄能器供热模式可有效改善三套管蓄能器的供热性能,在太阳能热水温度为28℃,热水流量为300L/h的工况,机组蒸发温度为-2.8℃,制热COP为2.8,有效缓解了空气源热泵在低温环境中的供热不足.     

内蒙古西部超低能耗草原民居相变墙体调温节能性研究

内蒙古西部草原民居冬季室内热环境质量普遍较差,采暖能耗高,而相变材料具有优异的热工特性。探索研究在外墙中加入石蜡基相变材料改善草原民居冬季室内热舒适性和降低采暖能耗的可行性,分析在临河地区冬季典型气象条件下,墙体材质、相变材料层厚度、对流换热系数和相变潜热对内壁面温度响应和节能性的影响。结果表明:不同墙体材质的导热系数影响墙体热性能,随着导热系数减小,温度衰减倍数增加,内壁面热稳定性提升;随着相变层厚度的增加,墙体保温性能不断增强;墙体内壁面温度波幅随对流换热系数的增大而增加;随着相变潜热的增大,对提升冬季室内热环境和减少采暖能耗方面有一定作用,但其效果有限。研究结果为内蒙古西部草原民居非透明围护结构的节能设计提供参考依据。     

蓄热体与换热时间的数值模拟分析

运用ANSYS中的Fluent模块功能,从流体初始速度、蓄热体结构数值以及换向周期等几个因素对其换热性能的影响进行了数值模拟,可得到蓄热室内部和面壁在蓄热和冷却期间的温度云图.结果表明:蓄热体换热过程中温度随时间变化的规律;运用数值分析的方法对蓄热室内部从初始状态到稳态工作过程进行了模拟,得到并分析了在工作运行中烟气和空气出口温度的改变状况;分析稳态时的加热和冷却末期时间段蓄热体内部温度情况.研究结果为进一步探究换热机制提供了一定的科学依据.     

石蜡/膨胀石墨复合相变材料耦合热管电池热管理性能研究

为了改善相变材料用于电池热管理导热率较低的问题,制备了不同含量的石蜡(paraffin, PA)-膨胀石墨(expanded graphite, EG)复合相变材料,在相变储能单元中使用PA-EG复合相变材料包裹热源并耦合热管增强其散热能力。使用方形发热源模拟高密度能量电池充放电时的发热,在不同发热功率下探究不同EG含量的PA-EG复合相变材料耦合热管的热管理性能。实验结果表明：发热功率较低时,各相变材料热管理性能相当,发热功率较高时,更高的EG含量将带来更高的导热率以及更好的热管理效果。在EG含量为5%时,PA-EG复合相变材料导热率可提高至纯石蜡的6.36倍,实验中最大降温幅度可达7.6%,相变储能单元中温差峰值为纯石蜡散热系统温差峰值的37.7%。当EG含量较低时,PA-EG复合相变材料未熔融时呈现固态,导热率呈现各向同性,但当PA熔融后,PA-EG复合相变材料总体呈现液态,出现较强的自然对流换热,将导致储能单元内温度分布不均,容易导致电池表面温度不均产生应力,因此EG含量不宜低于5%。     

Numerical Study of Thermal Performance of Phase Change Material Energy Storage Floor in Solar Water Heating System

The conventional solar heating floor system contains a big water tank to store energy in the day time for heating at night,which takes much building space and is very heavy.In order to reduce the water tank velume even to cancel the tank,a novel structure of integrated water pipe floor heating system using shape-stabi-lized phase change materials (SSPCM) for thermal energy storage was developed.A numerical model was devel-oped to analyze the performance of SSPCM floor heating system under the intermittent heating condition,which was verified by our experimental data.The thermal performance of the heating system and the effects of various factors on it were analyzed numerically.The factors including phase transition temperature,heat of fusion,ther-real conductivity of SSPCM and thermal conductivity of the decoration material were analyzed.The results show that tm and kd are the most import influencing factors on the thermal performance of SSPCM floor heating sys-tem,since they determine the heat source temperature and thermal resistance between SSPCM plates and indoor air,respectively.Hm should be large to store enough thermal energy in the day time for nighttimes heating.The effects of KP can be ignored in this system.The SSPCM floor heating system has potential of making use of the daytime solar energy for heating at night efficiently in various climates when its structure is properly designed.     

相变蓄热水箱蓄热性能数值模拟研究

在封闭静止的蓄热水箱中添加相变材料可以增加水箱热容量、延长水箱升温时间。分别建立了有、无相变单元蓄热水箱的物理模型,利用有限体积分析法对蓄热水箱加热过程进行数值模拟,探讨了封闭水箱加热过程中相变单元的熔化规律和相变单元对水箱温升的影响规律。研究结果表明相对于纯水蓄热水箱,当蓄热水箱中加入占水箱容积9.05%(体积分数)的相变单元、其平均温升29 K时,蓄热水箱的整体热容量提高了25.58%,加热时间延长了1 100 s;蓄热水箱内只在垂直方向上存在热分层,导致含有相变单元的蓄热水箱较高位置处的相变单元先熔化,降低了较高位置处水的温升速率,使得相变蓄热水箱和纯水蓄热水箱的热分层剧烈程度存在差别;以最大温差值作为判断水箱热分层剧烈程度的依据,不同加热功率下相变蓄热水箱的热分层特征变化规律大致相同,但加热功率越大,热分层现象越剧烈。     

地面模拟微重力下两相流动沸腾换热的分析

从加热面方向角、流动速率、过冷度、绝对压力等几个方面对地面上模拟微重力下两相流动沸腾换热的条件进行了分析．认为当沸腾试验段入口流动速率、过冷度、绝对压力及外加热流密度等相同时,在流速达到一定值后,如果向上与向下流试验段出口处的温度、压力、含汽率等基本一样,两者换热系数大致相当,且试验段沿程各点壁温无突变、试验段出口含汽率满足保证核态沸腾正常进行所必须的下限等,那么就构成了地面模拟的条件．     

除湿转轮的数学模型及瞬态响应性能实验

建立了除湿转轮的传热传质模型,模型中考虑了基体材料蓄热对传热传质的影响;搭建了进行变风量运行工况下转轮瞬态响应性能研究的实验台．模拟并实验研究了变风量运行方式下除湿转轮的瞬态响应性能,对转轮数学模型的可靠性进行了验证,对除湿空调系统可节省的显热负荷进行计算．结果表明,处理风速阶跃减小时,处理空气出口相对湿度随时间逐渐减小,温度升高,再生空气温度和相对湿度分别呈小幅上升和减小的趋势,响应时间约1h;风速阶跃增加时,处理空气出口相对湿度随时间增大,温度降低,再生空气温度和相对湿度相应呈小幅下降和增大的趋势,响应时间约40min．计算表明,变风量运行方式可节省除湿空调系统显热负荷约20%,若通过调节再生风速和风温,可进一步节省显热负荷约13％．模拟的瞬态响应曲线与实验曲线较为一致,模拟误差在10％以内．     

电热器蓄热技术

为了解决电热器电、热功率不匹配的问题,提出了一种可蓄热的矩形电热器结构,并建立了传热过程的物理和数学模型,提出了5种电热器蓄热、放热工艺制度,分析了各工艺制度下的边界条件,应用MATLAB进行了数值求解,得到各种工艺制度的温度分布云图及传热规律.计算结果表明,电热器内不同位置的温度变化规律相似,并且当加热面温度达到设定的安全温度时,蓄热率大于96%,可以满足供热要求,应尽量缩短恒壁温加热过程的时间,以减少散热损失.