發(fā)布時間：2021-02-10 08:36

　　相變儲能材料簡稱PCM（Phase change material）,具有比一般材料更大的相變潛熱,被廣泛應用于建筑圍護結構、戶外設備散熱隔熱等領域。PCM實現(xiàn)節(jié)能減排的本質是通過充放能循環(huán)來優(yōu)化能量在時間上的分配不均問題。為了進一步優(yōu)化其充放能循環(huán)過程,國內外研究者們以模擬、實驗等方法,從PCM的充能和放能角度對其工作循環(huán)過程進行了優(yōu)化研究。但是,PCM在充能和放能階段需要和外界冷熱源間保持不同的熱阻,而現(xiàn)有的相變儲能技術無法滿足該需求。PCM充放能過程的協(xié)同優(yōu)化策略亟需研究。本文提出了一種提升PCM工作性能的新思路:使用可調節(jié)式隔熱協(xié)同優(yōu)化PCM充能和放能過程。對于將自然環(huán)境作為充放能的冷源或者熱源的應用場景,通過控制空氣隔熱層的厚度,調節(jié)PCM與外部環(huán)境間的熱阻,從而實現(xiàn)充放能過程協(xié)同優(yōu)化。本文采用計算機模擬和實驗研究的方法對PCM的充放能過程進行優(yōu)化研究。分別以建筑屋頂結構和戶外光伏逆變器兩個場景作為研究對象,研究了不同隔熱策略下的熱流及溫度分布情況。結果表明,基于相變儲能技術的可調節(jié)式隔熱結構應用在建筑屋頂結構中能降低屋頂?shù)睦錈嶝摵?減少屋頂冷熱負荷造成的能源消耗20%以上;... 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：60 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

模擬研究中的對稱簡化[28]

浙江大學碩士論文緒論4與對稱簡化相比，維度簡化能降低建模難度，進一步提高運算速度。比如Lei[29]等人在PCM在建筑圍護結構中的布置位置的仿真研究中，他們將三維的圍護結構簡化為了二維。墻體的主要傳熱方向是垂直于墻壁的，其余方向則幾乎沒有熱流。尤其在比較大的建筑結構中，由于尺寸效應的減弱，這種簡化抓住了主要問題，有很大的意義。該簡化方法現(xiàn)在被廣泛使用在相關模擬研究中。圖1.2模擬研究中的維度簡化[29]1.2.1.2實驗研究法除了計算機仿真研究外，許多研究者采用實驗法研究在建筑圍護結構中加入PCM的影響和意義[30-31]。主要方法是1:1搭建實驗屋，或者對現(xiàn)有房屋結構進行簡化或改造已進行實驗研究。與采用模擬仿真研究方法的研究者類似，實驗研究中同樣很重視房屋的冷熱負荷情況�？梢娎錈嶝摵墒荘CM在房屋圍護結構中應用研究的重要對象。與仿真研究相比，實驗研究的方法存在明顯劣勢：實驗屋建造成本過高；實驗周期過長；實驗條件難以復現(xiàn)；實驗條件難以靈活改變等。但是，其優(yōu)勢也是顯而易見的：不同于模擬法的許多參數(shù)需要大量簡化和經(jīng)驗指導，實驗結果具有更強的可靠性和實踐指導意義。不僅能研究PCM在建筑中的應用效果，其實驗數(shù)據(jù)還能支撐相關仿真模型的建立與驗證。1.2.1.2模擬+實驗研究法由于仿真法和實驗法在本領域都有比較大的局限性，一些研究者嘗試著將二者結合。比如Kaygusuz[32]用仿真的方法建立了封裝在PVC容器中的六水合氯化鈣應用在裝有太陽能能熱泵的房間圍護結構中的模型，并搭建了對應的房屋模型進行實驗對比驗證。Kong[33]等人建立了加入PCM的建筑圍護結構的二維模型，并建造了對應的實驗屋，用實驗數(shù)據(jù)

浙江大學碩士論文緒論5指導模型建立，以此保障了模型可靠性（如圖1.3所示）。具體對比方法是，將實驗屋所處的環(huán)境數(shù)據(jù)作為仿真模型的輸入值，計算墻壁內側溫度曲線并與實測值進行對比。二者趨勢一致且差值較小則模擬結果合理。綜合來說，在實驗結果指導下建立的模型具有更高的可信度，同時能夠方便地進行變換各種參數(shù)的后續(xù)實驗，是一種理想的研究方法。圖1.3模擬+實驗研究法[33]：(a)房屋圍護結構傳熱模型示意圖；(b)1:1建造的實驗屋基于上述研究現(xiàn)狀的總結，并綜合考慮到攻讀碩士學位期間的人力物力資源，本研究將采用仿真模擬和實驗研究并存的研究方式，以求在力所能及范圍內盡可能低成本、高質量地完成研究目標。1.2.2PCM性能優(yōu)化研究如上述PCM儲能技術的相關研究所示，PCM憑借相變區(qū)域的巨大潛熱和恒溫性能，在減小溫度波動、保證溫度分布均勻方面有明顯作用。但是在非相變區(qū)域時其熱容會迅速惡化，甚至比混凝土等常見材料更差[1]。因此，設計PCM系統(tǒng)的關鍵因素之一是盡可能長時間使PCM保持在相變狀態(tài)。為了實現(xiàn)這一目標，需要對PCM的充放能過程進行優(yōu)化。在先前的研究中，已經(jīng)從多個方面對這種優(yōu)化進行了研究。主要可以分為PCM充能過程優(yōu)化研究和PCM放能過程優(yōu)化研究。1.2.2.1PCM充能過程優(yōu)化研究相變儲能技術的核心是利用PCM的高相變潛熱值和穩(wěn)定的相變溫度來實現(xiàn)能量在時

【參考文獻】：
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碩士論文
[1]電推進系統(tǒng)的相變儲能式散熱器性能研究[D]. 劉海洋.沈陽工業(yè)大學 2019
[2]石蠟/銅納米粒子復合相變材料儲熱性能的研究[D]. 鄭文娟.青島科技大學 2012



本文編號：3027094