应用于空气源热泵系统的相变蓄热水箱数值模拟_数学_自然科学_专业资料

发布时间:2021-03-31 05:25    来源:空气能头条

锂应用于空气源热泵系统的相变蓄热水箱数值模拟 李慧星,曹炽洪,冯国会,张 然,黄凯良 【摘 要】构建空气源热泵-相变蓄热水箱供暖系统,通过相变储能技术的合理 应用,优化了太阳能、空气热能等非连续能源的供能方式,有效提高了建筑中 可再生能源的利用率。相变蓄热系统采用了 6 m3 的保温水箱作为蓄热容器, 选取 46#石蜡为主要相变材料,304#不锈钢管为封装材料。建立蓄热系统的三 维数学模型,采用有效热熔法对相变材料的焓值进行处理,运用 Fluent 数值模 拟软件,研究相变蓄热系统的蓄放热性能。模拟结果显示,系统的蓄热时间为 9.2 h,理想蓄热量为 102.4 kW·h,能够单独提供低能耗建筑连续采暖 11.1 h。 空气源热泵-相变蓄热水箱供暖系统能实现大跨度的间歇供暖,在利用非连续能 源供暖领域具有良好的前景。 【期刊名称】储能科学与技术 【年(卷),期】2016(005)001 【总页数】5 【关键词】相变储能;有效热熔法;供暖系统;数值模拟 空气源热泵系统因对环境污染小、机组能耗较低、性能相对稳定、节能潜力巨 大以及良好的社会效益,因此在我国中、南部地区应用效果较好。对于北方地 区,由于受气候等环境因素的制约,空气源热泵系统制热性能波动幅度较大。

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针对空气源热泵冷热水机组在寒冷地区冬季使用时结霜、热效率低等问题,马 最良等[1]提出一种双级热泵系统,系统的季节性能系数将会远远大于 2。 Nogawa 等[2]在标准房间中应用变频双压缩机空气源热泵,针对低温环境部分 负荷工况进行了模拟和实测研究,实测结果表明泳池用除湿机,循环性能系数(COP)可达 到 2.6。目前空气源热泵在低温环境的研究,主要是对机组进行技术改造[3], 鉴于我国现在技术水平难以大面积普及,且经济成本较高。北方地区应用空气 源热泵系统时,增加储能装置可以有效地解决这一问题,确保系统稳定地输出 热量。选择合适的相变材料和有效的封装方式是相变储能技术的关键。Pal 等[4] 采用塑料板的形式对相变材料进行封装研究,但是发现这种形式的相变储能单 元换热效果较低。Johnston 等[5]采用微型胶囊的封装形式泳池热泵,发现相变单元的 蓄放热效果较好空气能热水器,但是成本较高。Feng 等[6-7]对适用于北方地区供热的相变 材料以及封装方式进行了研究空气源热泵蓄热水箱,提出一套相变储能地板辐射供暖系统,可以稳 定地向建筑连续供热 16 h。限于封装方式和封装材料,目前相变储能系统应用 于实际工程项目的还较少。

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本文通过分析空气源热泵系统的应用特点和相变储能技术优势,建立了空气源 热泵-相变蓄热水箱供暖系统(PCWTHS)(图 1),以太阳能光电光热集热器 (PVT collector)的余热为热源,采用空气源热泵系统作为能量转换装置,产 生的热水储存于相变蓄热水箱系统,稳定地向建筑末端用户供能。 1 模拟研究 1.1 系统模型 空气源热泵-相变蓄热水箱供暖系统采用空气作为换热介质,使用风机驱动形成 机械循环水力模块,吸收 BIPV/T 系统的余热,最终将热量储存于相变蓄热系统。本供 暖系统采用了 304#无缝不锈钢管作为主要封装材料。为了确保供暖系统向建 筑输出温度适宜的热水,相变材料需要满足以下要求:合适的相变温度范围, 潜热足够大,化学性质稳定,价格合适的材料。本研究最终确定以 46 #石蜡作 为主要储能材料。采用 DSC 分析仪对 46#石蜡进行测试,得出相变材料的相变 温度峰值为 46.78 ℃,相变温度从 45.14 ℃到 48.59 ℃,相变潜热为 218 kJ/kg(图 2)。相变蓄热水箱的尺寸参数为 2000 mm?1500 mm?2000 mm = 6 m3,其中 46#石蜡为 686 kg,占水箱总体积的 13%。

编辑: 佚名

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