空氣源熱泵—相變蓄能裝置聯(lián)合供暖系統(tǒng)性能研究.pdf

1、全球能源緊張的嚴峻形勢迫使各國關(guān)注能源的開發(fā)與有效利用。中國建筑能耗的劇增使得各種建筑節(jié)能技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用；其中，利用可再生能源，研發(fā)蓄能型多熱源供暖、制冷系統(tǒng)顯得尤為重要。
　　本文提出了一種空氣源熱泵—相變蓄能裝置聯(lián)合供暖系統(tǒng)。該供暖系統(tǒng)不僅利用了可再生能源——空氣能，而且利用相變蓄能裝置，使其供暖用戶熱源得以實現(xiàn)時空能效的轉(zhuǎn)移，最大化獲得空氣能的利用時間，從而增加了系統(tǒng)可靠性，提高了能源利用效率，降低了建筑能耗，達到了節(jié)能

2、目的。
　　針對常見熱泵—蓄能供暖系統(tǒng)形式及優(yōu)、缺點，本文分析了空氣源熱泵—相變蓄能裝置聯(lián)合供暖系統(tǒng)的系統(tǒng)組成以及其優(yōu)越性，并提出了該系統(tǒng)的運行策略。
　　以該系統(tǒng)中的相變蓄能裝置為研究對象，本文結(jié)合相變傳熱理論，對相變蓄能裝置蓄熱\釋熱過程進行分析研究。通過Gambit、Fluent軟件建立相變蓄能單元的物理模型與數(shù)學(xué)模型，數(shù)值計算得到了蓄熱\釋熱過程中相變蓄能溫度、液相率的變化規(guī)律；并分析了換熱流體的溫度、速度對蓄熱\釋

3、熱過程的影響。通過數(shù)值模擬計算結(jié)果得到：相變蓄能單元蓄熱完成耗時3.78h，與理論計算值偏差為7.1％，釋熱完成耗時9.20h。同時找到了換熱流體溫度、速度等對相變蓄能裝置蓄熱\釋熱過程的影響參數(shù)以及影響規(guī)律：蓄熱時換熱流體溫度升高、流速增大均能縮短蓄熱完成時間，釋熱時換熱流體溫度降低、流速增大均能縮短釋熱完成時間，總體而言，換熱流體溫度對蓄熱\釋熱過程影響更大。
　　針對該系統(tǒng)采用地板輻射供暖系統(tǒng)的末端房間，本文對地板結(jié)構(gòu)層和供

4、暖房間的溫度分布進行分析研究。通過 Gambit、Fluent軟件建立地板結(jié)構(gòu)層和供暖房間的物理模型與數(shù)學(xué)模型，數(shù)值模擬計算得到了地板結(jié)構(gòu)層與供暖房間的溫度變化規(guī)律。通過數(shù)值模擬計算結(jié)果得到：地板結(jié)構(gòu)層上表面?zhèn)鳠崃繛?19W/m2，符合相應(yīng)規(guī)范要求，同時供暖房間越靠近地面層溫度梯度越大。
　　以末端性能為基礎(chǔ)，本文建立了空氣源熱泵—相變蓄能裝置聯(lián)合供暖系統(tǒng)實驗測試平臺，對數(shù)值計算結(jié)果進行驗證，并測試得到該系統(tǒng)的供暖性能。測試結(jié)果表

5、明，相變蓄能裝置蓄熱完成耗時4.10h，與理論值、模擬值偏差分別16%、8.5%，證明了數(shù)值計算方法可以應(yīng)用于實際工程。同時，對相變蓄能裝置與不同類型末端的釋熱耦合性進行了測試，結(jié)果表明，當末端為地板輻射供暖系統(tǒng)時，相變蓄能裝置釋熱完成耗時9.60h，與模擬計算值偏差為4.3%，供暖房間室內(nèi)溫度保持在23℃左右，存在超出設(shè)計值的情況，即相變蓄能裝置釋熱量與供暖房間負荷未能完全匹配；當末端為一臺風機盤管時，相變蓄能裝置釋熱完成耗時10.6

6、0h，供暖房間室內(nèi)溫度保持在25℃左右；當末端為兩臺風機盤管時，相變蓄能裝置釋熱完成耗時5.40h，供暖房間室內(nèi)溫度保持在25.5℃左右。
　　以實驗測試平臺獲得的各種數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，本文提出該系統(tǒng)實際工程使用中應(yīng)注意的問題，主要分析了流量不平衡、末端溫度過高的工程實際現(xiàn)象，提出了相應(yīng)的解決方案；對比了相變蓄能裝置與蓄熱水箱各自優(yōu)勢，并針對提高系統(tǒng)可靠性提出了增設(shè)平板集熱器利用太陽能的方法。
　　研究成果可以為該新型供暖系統(tǒng)在工