太阳能相变蓄热辅助土壤源热泵研究

论文摘要

我国对太阳能-土壤源热泵的研究主要侧重于两种热源的比例、耦合特性、及节能分析等,缺少考虑热源与建筑物的负荷特性问题,当冬季供热包含朝南房间时,由于房间的热负荷受到太阳辐射的影响,白天的热负荷将小于夜晚的热负荷;另外,太阳能存在着间歇性与不稳定性,若使用其作为辅助热源,必然考虑热能的存储问题。本文首先对石家庄地区的太阳辐射强度进行研究,采用Matlab编制了集热器垂直表面的总辐射强度程序,选择日平均辐射量最小日进行太阳能显热蓄热分析,提出显热蓄热若提高集热器的效率,可以采用增加蓄热水箱体积的办法加以解决,但受到热损失及空间限制的影响,因此本文采用相变蓄热作为土壤源热泵的辅助热源。其次,通过对相变材料进行了大量的调研,采用20号石蜡作为相变蓄热材料。由于相变蓄热过程存在移动边界问题,分析求解具有一定的局限性,国内外求解相变蓄热过程多采用焓法、显热容法。本文选用显热容法作为求解相变蓄热模型的方法。采用Matlab编制了相变蓄热模块程序,并与显热蓄热模块结合模拟了相变蓄热过程,研究了恒壁温条件下的蓄放热特性、太阳能相变蓄热特性。最后,在太阳能-土壤源热泵实验台基础上,建立了相变蓄热装置,实验采用模拟实验基准工况作为设计方案,采用白天蓄热、夜晚蓄热装置与土壤源热泵联合运行的方式,研究了太阳能相变蓄热的蓄、放热特性以及相变蓄热装置对土壤源热泵系统的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 太阳能—土壤源热泵研究现状
• 1.3 蓄热技术研究现状
• 1.3.1 国外文献
• 1.3.2 国内文献
• 1.4 课题前期研究工作概述
• 1.5 本学位论文主要研究内容
• 第2章 太阳能与太阳能蓄热理论分析
• 2.1 太阳相对地球的位置与太阳角
• 2.1.1 赤道坐标系
• 2.1.2 地平坐标系
• 2.2 太阳能热利用相关角度
• 2.2.1 集热器倾角β
• T'>2.2.2 斜面上太阳光线入射角θ_T
• 2.3 计算太阳辐射的方法
• 2.3.1 太阳常数
• 2.3.2 大气质量
• 2.3.3 到达地表的太阳辐射
• 2.4 太阳能集热器
• 2.4.1 平板集热器
• 2.4.2 全玻璃真空管型集热器
• 2.5 太阳能显热存储理论分析
• 2.6 相变蓄热水箱
• 2.7 相变材料的选择与相变传热理论
• 2.7.1 相变材料的选择
• 2.7.2 相变传热理论
• 2.8 本章小结
• 第3章 相变传热模拟研究
• 3.1 相变蓄热数值求解方法
• 3.1.1 焓法
• 3.1.2 显热容法
• 3.2 蓄、放热数值模拟研究
• 3.2.1 物理模型
• 3.2.2 数学模型的建立
• 3.2.3 微分方程的离散
• 3.2.4 代数方程的求解方法
• 3.2.5 物性参数
• 3.2.6 恒壁温条件下蓄热的模拟
• 3.2.7 太阳辐射热流条件下的模拟
• 3.2.8 恒壁温条件下放热的模拟
• 3.3 本章小结
• 第4章 太阳能蓄热辅助土壤源热泵实验研究
• 4.1 实验系统
• 4.1.1 原实验系统
• 4.1.2 太阳能蓄热系统实验台
• 4.2 实验方案
• 4.3 实验数据整理
• 4.3.1 蓄放热过程的分析
• 4.3.2 热泵机组性能分析
• 4.3.3 地下土壤温度分布
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介
• 在学期间发表的学术论文和科研成果