论文部分内容阅读
太阳能热泵将太阳能作为热泵的低位热源,可提高热泵系统制热性能。但太阳能具有间歇和不稳定的缺点,解决这一问题关键在于采用高效可靠的蓄热技术。相变蓄热技术利用材料相变潜热来实现能量的蓄存和利用,是缓解能量供求双方不匹配的有效方式。蓄热型太阳能热泵系统的研究包括以下四个方面:具有适宜相变温度及高相变潜热高导热系数的相变材料的研究、相变蓄热器蓄热放热特性研究、相变蓄热热泵系统设计、蓄热热泵系统运行优化控制研究。本文针对以上四个方面做出了有益的探索。首先,本文制备了满足太阳能复合热泵循环需求的六水氯化钙/膨胀石墨复合相变材料,制备的复合相变材料具有冷热循环稳定、蓄放热时间短、储热密度大等优点。选取六水氯化钙作为太阳能低温蓄热相变材料,针对六水氯化钙在应用中存在严重过冷和导热系数较低的缺点,以六水氯化钙为相变材料、膨胀石墨为载体、六水氯化锶为成核剂,采用物理吸附法制备六水氯化钙/膨胀石墨复合相变材料,研究复合相变材料的热物理特性。结果表明:在六水氯化钙中添加10%质量分数的膨胀石墨和2%质量分数的六水氯化锶,复合相变材料的相变潜热为151.6J/g,导热系数提升至3.328 W/(m·K),过冷度保持在2°C以内。相变材料的导热系数及过冷度得到显著改善。然后以六水氯化钙/膨胀石墨复合相变材料作为储热材料,平板热管作为热运输部件,设计并搭建了一种新型太阳能相变蓄热装置。研究了蓄热器的蓄放热性能和相变蓄热器内部温度分布。结果表明:太阳能相变蓄热器可高效稳定实现蓄放热功能,材料处于相变阶段时放热功率在200W左右。为使相变蓄热器与热泵系统匹配,对蓄热装置做出了改进。改进后太阳能相变蓄热器放热功率可达500W以上,蓄放热效率分别为65%/92%。最后以太阳能相变蓄热器作为热泵系统的蒸发器,设计并搭建了一种相变蓄热型太阳能热泵热水器系统。热泵系统根据不同气候条件有空气源热泵、太阳能蓄热热源热泵和复合热源热泵三种运行模式,对三种模式下系统制热性能进行了研究。结果表明:在平均太阳照度为577W/m~2,环境温度为15°C条件下,蓄热热泵运行模式对比空气源热泵模式,蒸发温度显著提高,COP从2.65提高到3.23,制热性能提高了21.9%。复合热源热泵具有切换蒸发器和双蒸发器两种运行方式,切换模式相比双蒸发器模式平均制热量更低但制热性能略有提升。复合热源模式系统制热性能与环境温度以及蓄热量有关,需进行大量实验验证以得到较优运行模式。