【摘要】：目前,我國的電力負荷谷峰較為明顯,雖然電能的供給相對穩(wěn)定,但是需求卻是變化的。相變材料因其具有儲能的特點,可以有效緩解能源供求在時空上失衡的矛盾。將相變材料應(yīng)用到電熱水器中,能夠改善電熱水器的儲熱能力,結(jié)合地區(qū)峰谷電價,讓用戶可以更加經(jīng)濟合理地使用電能,提高整體的經(jīng)濟效益。本文以家用儲水式電熱水器為研究對象,建立四種不同結(jié)構(gòu)的模型(立式加熱管+普通進水管、臥式加熱管+普通進水管、立式加熱管+1.5倍管徑進水管、臥式加熱管+1.5倍管徑進水管),研究其內(nèi)部水的流動及傳熱特性,對比分析內(nèi)部溫度分布和水溫衰減情況,選出最優(yōu)結(jié)構(gòu)。在對電熱水器內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上,研究不同種類和不同添加量的相變材料對電熱水器儲能的影響,最后就能耗與經(jīng)濟性展開分析。研究結(jié)果表明:(1)在加熱過程中,加熱管周圍的熱水流速較大,方案一(立式加熱管)和方案二(臥式加熱管)中熱水的最大流速分別為0.061m/s和0.059m/s,兩者差別較小。臥式加熱管與立式加熱管相比,加熱過程中內(nèi)膽里水的溫度分布更均勻,且這種改善作用主要體現(xiàn)在底部的低溫區(qū);此外,采用臥式加熱管會使加熱效率提高約2.2%。在加熱時間相同的情況下,采用臥式加熱管會使熱水輸出率有較小幅度的提升,約為5.2%。(2)在電熱水器的進、出水過程中,增大進水管管徑相比較于普通進水管,進水時冷水的流動較為緩和,對上層區(qū)域的熱水沖擊更小,更有利于熱水的排出。進水管管徑的改變對熱水輸出率有較大影響,采用增大1.5倍管徑的進水管讓熱水輸出率提升了16.9%;同時使用臥式加熱管和增大管徑的進水管,能最大化改善電熱水器的熱水輸出情況,熱水輸出率能夠提升24%。(3)在相同加熱時間內(nèi),含石蠟+10%石墨的保溫層比含石蠟的保溫層更早進入熔化過程,兩者的液相率平均變化率分別為0.001/s和0.0004/s。添加相變材料的內(nèi)膽水溫變化曲線斜率比未添加相變材料的內(nèi)膽水溫變化曲線斜率要小,后者平均水溫加熱到62℃需要56分鐘,而前者平均水溫加熱到62℃需要82分鐘,由此可知,相變材料的加入延緩了內(nèi)膽中水的溫升過程。(4)在凝固放熱過程中,相變儲能層的液相率平均變化率為1.74×10~(-5)/s,比在加熱過程中的液相率平均變化率要小得多。由于保溫層的總厚度是一定的,所以在保溫12小時之前,添加相變材料的內(nèi)膽平均水溫下降比未添加相變材料的內(nèi)膽平均水溫下降要快,在保溫12小時之后,相變材料開始向周圍放出熱量,添加相變材料的內(nèi)膽平均水溫下降比未添加相變材料的內(nèi)膽平均水溫下降要慢。相變儲能層的厚度越大,減緩內(nèi)膽平均水溫下降的幅度也越大。保溫到36小時時,與未添加相變材料的內(nèi)膽平均水溫相比,三種不同厚度的相變儲能層分別將水溫提高了6.9%、8.6%和10.6%。(5)采用立式加熱管(方案一、方案三)和臥式加熱管(方案二、方案四)的電熱水器24h固有能耗分別為0.88 kW·h和0.86 kW·h。方案一和方案二中電熱水器的能效等級為2級,方案三和方案四中電熱水器的能效等級為1級,可知,增大進水管尺寸,能明顯地提高電熱水器的能效等級。相比較于傳統(tǒng)電熱水器,三種相變儲能型電熱水器的年運行費用分別減少了36%,24.8%和10.73%。就總費用而言,相變儲能型電熱水器的經(jīng)濟效益更好。
【學(xué)位授予單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM925.32
【圖文】：

在夏季約為 50%；而在中國，各個跨省電力系統(tǒng)的負荷峰谷差大體上是最大負荷的 30%~40%[3]，圖1.1 所示為電力負荷峰谷示意圖。大的電力負荷峰谷差，就意味著電網(wǎng)在最大負荷時要拉閘限電，在用電低谷時，會減少部分供電機組的數(shù)量，這樣不斷的啟停機組，一方面加大了能耗，另一方面也縮短了機組的使用壽命，所以電力調(diào)峰問題日益嚴峻，除了采用峰谷電價這種解決方法，還應(yīng)該積極尋找各種節(jié)能的調(diào)峰新技術(shù)。如若能把高峰處的電負荷轉(zhuǎn)移到低谷處，就會產(chǎn)生非常可觀的經(jīng)濟效益。圖 1.1 電力負荷峰谷

封閉儲水式電熱水器實物

4圖 1.3 封閉儲水式電熱水器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖圖 1.2 所示為封閉儲水式電熱水器的實物圖，圖 1.3 所示為封閉儲水式電熱水器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖。由圖可知，封閉儲水式電熱水器的內(nèi)部構(gòu)件主要有內(nèi)膽加熱管、進水管、出水管、鎂棒、溫控器、防電墻和保溫層等。1.2.2 儲水式電熱水器內(nèi)部水的流動及傳熱特性費家哲等[8]通過Gambit軟件建立了電熱水器的三維模型并進行了網(wǎng)格劃分基于RNG k-ε湍流模型對電熱水器的加熱過程進行了模擬研究。設(shè)計了兩種模擬條件：一種將初始溫度設(shè)定為15℃，目標(biāo)溫度為75℃；另一種將初始溫度設(shè)定為5℃，目標(biāo)溫度為45℃。表1.2給出了模擬結(jié)果與實際的對比值：

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本文編號：2796310