【摘要】：建筑能耗的日益增長(zhǎng)使得太陽(yáng)能等可再生能源受到更多關(guān)注。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)作為太陽(yáng)能熱利用的主要部分,提高其利用效率對(duì)解決能源問(wèn)題意義重大。集中集熱式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)因其特有優(yōu)點(diǎn)在住宅建筑中有較好的發(fā)展前景,但保證率較低是目前使用過(guò)程中暴露的問(wèn)題之一。采用合理的封裝形式將相變材料與太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)相結(jié)合,可以很好地提升系統(tǒng)保證率,有利于集中集熱太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的應(yīng)用推廣。本文以住宅建筑集中集熱分散供熱太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)為研究對(duì)象,對(duì)比五種系統(tǒng)形式特點(diǎn)最終選擇了集熱水箱直接蓄熱形式。相變水箱采用球形相變單元堆積形式,選用石蠟為材料,通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)相變單元材質(zhì)、單元直徑以及相變材料導(dǎo)熱率進(jìn)行了測(cè)試,最終選取直徑為60mm不銹鋼球灌裝相變材料并添加石墨粉加強(qiáng)換熱。在此基礎(chǔ)上搭建了一套太陽(yáng)能熱水相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)。為了對(duì)比不同相變溫度的運(yùn)行效果,選擇55度和60度兩種材料分別測(cè)試相變水箱蓄熱、放熱和保溫性能。蓄熱實(shí)驗(yàn)?zāi)M不同太陽(yáng)輻照量情況下相變水箱蓄熱表現(xiàn),放熱實(shí)驗(yàn)對(duì)比了溫差控制模式與跟隨控制模式下水箱放熱情況,考察了水箱實(shí)際放熱性能。此外,文章以用戶日最大需求為系統(tǒng)當(dāng)日需求量,對(duì)太陽(yáng)能熱水相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)保證率進(jìn)行了計(jì)算。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在10.8 MJ/m~2、15.1 MJ/m~2和19.4 MJ/m~2太陽(yáng)輻照量下兩種相變材料均可在2-4.5小時(shí)內(nèi)完成蓄熱。放熱實(shí)驗(yàn)中55度相變材料放熱效率平均為78%,60度相變材料放熱效率平均為83%。溫差控制模式適用于用戶入住率不高,或者日總需求不高的情況,而跟隨控制模式適合于入住率較高,或者用熱量波動(dòng)大的情況。以天津典型年氣象參數(shù)為基礎(chǔ),相同用能情況下,未添加相變水箱系統(tǒng)年運(yùn)行(3-10月)太陽(yáng)能保證率為53%。添加55度相變水箱系統(tǒng)太陽(yáng)能保證率平均值達(dá)到79%,添加60度相變水箱太陽(yáng)能保證率平均值達(dá)到83%,提高了26%-30%。研究成果不僅說(shuō)明了相變材料在集中集熱式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)中可顯著提高太陽(yáng)能保證率,而且在防過(guò)熱與提升陰雨天保證率方面也具有一定作用。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TK513.5
【圖文】：

我國(guó)建筑能耗現(xiàn)狀及組成著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市化水平也在不斷提高。城市數(shù)量從 ，到 1988 年的 434，增加了 2 倍還要多。據(jù) 2014 年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果市已有 664 個(gè)。城鎮(zhèn)數(shù)量的增加，刺激了建筑行業(yè)的迅猛發(fā)展。中積在 5 年內(nèi)翻了一番[1]，從 2000 年的 77 億 m2增長(zhǎng)到 2004 年的近個(gè)數(shù)字到 2007 年又變?yōu)?128 億 m2，增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了世界銀0 年代中期預(yù)言的中國(guó)建筑總量十年翻一番的速度。隨之而來(lái)的是斷加大。2011 年建筑總能耗（不含生物質(zhì)能）為 6.87 億 tec[2]，占 19.74%，可見建筑能耗在全國(guó)總能耗中占有較大的比重。圖 1-1-2011 年建筑總能耗和能耗強(qiáng)度的逐年變化，從圖中可以看出，建速增長(zhǎng)趨勢(shì)，而建筑能耗強(qiáng)度是緩中有升，這兩方面都會(huì)引起能耗因此如何去應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的能源需求是一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。

太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。分散集熱太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)比較常見，每戶獨(dú)立使用熱水，控制方式簡(jiǎn)單分配問(wèn)題。缺點(diǎn)主要有：住宅屋頂面積有限，集熱資源無(wú)法共享；管道，總成本反而會(huì)高于集中式熱水系統(tǒng)。分散集熱太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)又可以整體式系統(tǒng)和分散分體式系統(tǒng)（如圖 1-2）。集中集熱太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了集熱資源共享，具有管路簡(jiǎn)單，減少設(shè)，與建筑結(jié)合更加美觀等優(yōu)點(diǎn)。但具有某點(diǎn)出現(xiàn)故障維修不及時(shí)影響范題。根據(jù)供熱方式的不同集中集熱太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)又可分為集中供熱和兩種形式。集中供熱太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)（如圖 1-3（a）），由統(tǒng)一的集熱器集分配到用戶。除了具有集中集熱系統(tǒng)共有的優(yōu)缺點(diǎn)外，最遠(yuǎn)端用戶每次放出較多冷水是其弊端之一。分散供熱太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)（如圖 1-3（b集熱后將熱水送至每個(gè)用戶的水箱中，系統(tǒng)僅需要部分循環(huán)水即可完成遞。這樣可以減少水箱占地面積，且物業(yè)管理相對(duì)簡(jiǎn)單。因此，本文將集熱分戶供熱太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)作為研究對(duì)象。

（a）分散整體式 （b）分散分體式圖 1-3 集中集熱太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)示意圖集中集熱太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)在很多地區(qū)已經(jīng)有廣泛的應(yīng)用[8-10]，但其保證率較低是目前使用過(guò)程中暴露的問(wèn)題之一。有學(xué)者[11]依托實(shí)際工程分析集中式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)運(yùn)行保證率影響因素，主要有集熱器、集熱水箱水量和系統(tǒng)熱損失三方面。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)多采用平板式集熱器和真空管式集熱器。平板式集熱器運(yùn)行溫度低，高溫段效率較低，熱損大[12,13]，導(dǎo)致應(yīng)用方面的局限性；真空管式集熱器在建筑入住率不高或輻照度較大的情況下易出現(xiàn)過(guò)熱問(wèn)題[14]，即太陽(yáng)能真空管收集的熱量沒有及時(shí)使用或及時(shí)采取散熱措施，熱量累積，溫度上升導(dǎo)致熱水器“開鍋”甚至超過(guò)系統(tǒng)的承壓能力，從而影響設(shè)備壽命。如果采用一種儲(chǔ)能密度大、體積小、具有合適換熱溫度的物質(zhì)可以減少平板式太陽(yáng)能系統(tǒng)熱量損失或是吸收真空管式太陽(yáng)能系統(tǒng)的過(guò)熱量，待用戶使用時(shí)將熱量放出，提升系統(tǒng)保證率。因此，相變材料走進(jìn)了人們的視線[15-17]。

【參考文獻(xiàn)】

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3 黃t熻

本文編號(hào)：2796936