毕业论文（设计）蓄能型太阳能热泵复合相变材料热性能研究

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1、蓄能型太阳能热泵复合相变材料热性能研究摘要：设计了一种蓄能型太阳能热泵系统，加入复合相变材料蓄能提高系统性能。对热泵复合相变材料的热性能进行研究。利用DSC测定并分析不同组成复合相变材料的相变热焙、比热容、相变温度等物性参数随配比的变化规律。结果表明48/62复合相变材料和CA/62复合相变材料的试验潜热均高于理论值。搭建了复合相变材料储热性能测试试验台，分析不同组成和配比的复合相变材料储热性能。结果表明复合相变材料的蒂热过程分为固态显热、相变、液态显热蒂热。关键词：太阳能热泵；蓄能；复合相变材料；热性能0前言太阳能是可再生清洁能源，我国太阳能资源资源丰富，平均有2/

2、3的地区年辐射总量大于5020MJ/年日照小时在2200h以上⑴。太阳能热泵将太阳能和热泵技术有机地结合起来，以太阳能作为热泵的低温热源，系统整体性能提高，具有较高的综合能量利用效率卩叫。但太阳能热泵热水器的热效率同太阳能热水器一样受环境气候的影响较大，在夜间及连续阴雨天无法正常工作。将太阳能热泵系统与蓄能技术结合起來，利用蓄能材料储存太阳能，实现太阳能的移峰填谷，很好地解决系统不能连续运行的问题。马连湘等⑸研究了蓄热装置在充灌石蜡时的性能，得出蓄能型太阳能热泵能提升整个系统COP值的结论。曲世琳等⑹对独立增加的相变蓄热装置进行了研究，发现增加相变蓄热装置后太阳能供暖

3、系统的集热效率由64%提高到94%,性能系数由2.32提高到6.18。这些系统都增加了蓄能装置，系统性能均得到了较大提升，但是蓄能装置过大而且分开布置，系统复杂。相变材料具有储热密度大、相变过程近似等温、过程易控制等优点⑺。利用相变材料在相变过程中能吸收或释放大暈潜热进行能量储存，可以解决能量供应在时间和空间不匹配的矛盾〔忙相变材料有无机类和有机类之分，有机类相变材料由于具有较高的相变潜热，无过冷及析出现象，性能稳定，无毒、无腐蚀性，价格便宜等®优点而备受关注，并得到了广泛应用。吴薇等［⑼对充灌不同蓄能材料的太阳能热泵系统性能进行研究，结果表明：采用石蜡为蓄能材料的系

4、统平均性能系数和瞬时性能系数均高于采用癸酸的系统，且系统稳定性好。夏莉等［⑴对纯石蜡进行充/放热性能试验，试验表明纯石蜡在充热过程中自然对流是其主要的换热方式，而放热过程中导热是主要的换热方式。本文设计了一种蓄能型太阳能热泵系统卩％利用复合相变材料蓄能、振荡热管高效无动力传热、热泵循环节能供热，可实现对太阳能分季节最大化利用，提高系统整体性能。系统根据太阳辐射强度选择运行模式，通过相变材料储存太阳能至夜间或连续阴雨天使用，利用振荡热管将相变材料储存的太阳能稳定、高效地传递给热泵系统制取热水或者直接供热水，实现太阳能分季节全天候利用，大大提高太阳能的热利用率。大部分相变

5、材料通常仅有一个相变点，无法满足不同季节气候条件下的储能需求。本文采用熔融共混法制备出了具有两个相变点的复合相变储能材料，并利用差示扫描量热仪(differentialscanningcalorimetry简称DSC)研究了不同配比复合相变储能材料的熔融过程，重点研究了该材料的相变温度和相变焙，从而为复合相变储能材料的研究提供可靠的实验依据。1蓄能型太阳能振荡热管热泵系统蓄能型太阳能振荡热管热泵系统原理如图1所示。该系统包括蓄能型振荡热管太阳能集热器、三股流复合换热器、热力膨胀阀、压缩机、水冷冷凝器、水泵、储水箱等。系统可分为热管工质循环、热泵制冷剂循环和循环水循环。

6、考虑到冬季和夏季太阳辐射强度的不同，集热器内蓄能材料的温度不同，为了实现对太阳能的最大化利用，蓄能型太阳能热泵系统采用复合相变材料实现分季节蓄能。太ft］後築站筹图1系统原理图Fig.lPrincipaldiagramofthesystem夏季工况下白天太阳辐射强，集热器内温度高，复合相变材料向振荡热管传热时温度保持在高温相变材料的熔点。太阳能集热器屮复合相变材料将瞬时热暈或者白天储存夜间放岀的热量传递给振荡热管的蒸发段,通过振荡热管内的充注材料将热量高效的传递给振荡热管的冷凝段，在三股流复合换热器屮振荡热管直接将这部分热量用以加热复合换热器中的循环水，从而实现供热水

7、。此吋热泵循环停止工作。循环水经截止阀后在三股流复合换热器屮得到振荡热管传递的热量后温度升高，通过水泵A进入水箱，循环流动达到所需水温。冬季工况下太阳辐射弱，集热器内温度低，复合相变材料向振荡热管传热时温度保持在低温相变材料的熔点。太阳能集热器屮复合相变材料传递或者口天储存夜间放出的热暈有限，振荡热管将这部分热量传递给热泵系统的蒸发器，振荡热管的冷凝段和热泵蒸发器管路在三股流复合换热器中进行热交换。而热泵蒸发器管路中的制冷剂得到热管传递的热量后汽化成制冷剂蒸气，经压缩机加压后进入水冷冷凝器一侧的制冷剂管路，放出热量冷却凝结后的制冷剂液体通过热力膨胀阀