太阳能热水相变储热系统在住宅建筑中的高效利用研究

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建筑能耗的日益增长使得太阳能等可再生能源受到更多关注。太阳能热水系统作为太阳能热利用的主要部分，提高其利用效率对解决能源问题意义重大。集中集热式太阳能热水系统因其特有优点在住宅建筑中有较好的发展前景，但保证率较低是目前使用过程中暴露的问题之一。采用合理的封装形式将相变材料与太阳能热水系统相结合，可以很好地提升系统保证率，有利于集中集热太阳能热水系统的应用推广。
　　本文以住宅建筑集中集热分散供热太阳能热水系统为研究对象，对比五种系统形式特点最终选择了集热水箱直接蓄热形式。相变水箱采用球形相变单元堆积形式，选用石蜡为材料，通过实验对相变单元材质、单元直径以及相变材料导热率进行了测试，最终选取直径为60mm不锈钢球灌装相变材料并添加石墨粉加强换热。在此基础上搭建了一套太阳能热水相变储热系统。为了对比不同相变温度的运行效果，选择55度和60度两种材料分别测试相变水箱蓄热、放热和保温性能。蓄热实验模拟不同太阳辐照量情况下相变水箱蓄热表现，放热实验对比了温差控制模式与跟随控制模式下水箱放热情况，考察了水箱实际放热性能。此外，文章以用户日最大需求为系统当日需求量，对太阳能热水相变储热系统保证率进行了计算。
　　实验结果表明在10.8MJ/m2、15.1MJ/m2和19.4MJ/m2太阳辐照量下两种相变材料均可在2-4.5小时内完成蓄热。放热实验中55度相变材料放热效率平均为78％，60度相变材料放热效率平均为83%。温差控制模式适用于用户入住率不高，或者日总需求不高的情况，而跟随控制模式适合于入住率较高，或者用热量波动大的情况。以天津典型年气象参数为基础，相同用能情况下，未添加相变水箱系统年运行（3-10月）太阳能保证率为53%。添加55度相变水箱系统太阳能保证率平均值达到79%，添加60度相变水箱太阳能保证率平均值达到83%，提高了26%-30%。研究成果不仅说明了相变材料在集中集热式太阳能热水系统中可显著提高太阳能保证率，而且在防过热与提升阴雨天保证率方面也具有一定作用。

著录项

作者
张淑贞;
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作者单位

天津大学;

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授予单位天津大学;
学科环境工程
授予学位硕士
导师姓名周志华,杜涛;
年度 2016
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类其他科学技术在建筑中的应用;
关键词
太阳能热水系统; 集中集热式; 相变储热; 住宅建筑; 太阳能保证率;

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