太阳能相变蓄热辅助土壤源热泵研究

【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。 【关键词】：太阳能 相变蓄热 土壤源热泵 相变材料
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TU833
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 研究的背景及意义9-10
• 1.2 太阳能—土壤源热泵研究现状10-12
• 1.3 蓄热技术研究现状12-14
• 1.3.1 国外文献12-13
• 1.3.2 国内文献13-14
• 1.4 课题前期研究工作概述14-15
• 1.5 本学位论文主要研究内容15-16
• 第2章 太阳能与太阳能蓄热理论分析16-37
• 2.1 太阳相对地球的位置与太阳角16-18
• 2.1.1 赤道坐标系16-17
• 2.1.2 地平坐标系17-18
• 2.2 太阳能热利用相关角度18-19
• 2.2.1 集热器倾角β18-19
• 2.2.2 斜面上太阳光线入射角θ_T19
• 2.3 计算太阳辐射的方法19-22
• 2.3.1 太阳常数19-20
• 2.3.2 大气质量20
• 2.3.3 到达地表的太阳辐射20-22
• 2.4 太阳能集热器22-26
• 2.4.1 平板集热器22-24
• 2.4.2 全玻璃真空管型集热器24-26
• 2.5 太阳能显热存储理论分析26-28
• 2.6 相变蓄热水箱28
• 2.7 相变材料的选择与相变传热理论28-36
• 2.7.1 相变材料的选择28-30
• 2.7.2 相变传热理论30-36
• 2.8 本章小结36-37
• 第3章 相变传热模拟研究37-50
• 3.1 相变蓄热数值求解方法37-39
• 3.1.1 焓法37
• 3.1.2 显热容法37-39
• 3.2 蓄、放热数值模拟研究39-49
• 3.2.1 物理模型39-40
• 3.2.2 数学模型的建立40-41
• 3.2.3 微分方程的离散41-42
• 3.2.4 代数方程的求解方法42
• 3.2.5 物性参数42
• 3.2.6 恒壁温条件下蓄热的模拟42-46
• 3.2.7 太阳辐射热流条件下的模拟46-48
• 3.2.8 恒壁温条件下放热的模拟48-49
• 3.3 本章小结49-50
• 第4章 太阳能蓄热辅助土壤源热泵实验研究50-62
• 4.1 实验系统50-54
• 4.1.1 原实验系统50-52
• 4.1.2 太阳能蓄热系统实验台52-54
• 4.2 实验方案54-55
• 4.3 实验数据整理55-60
• 4.3.1 蓄放热过程的分析55-56
• 4.3.2 热泵机组性能分析56-59
• 4.3.3 地下土壤温度分布59-60
• 4.4 本章小结60-62
• 第5章 结论与展望62-64
• 5.1 结论62-63
• 5.2 展望63-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-69
• 个人简介69
• 在学期间发表的学术论文和科研成果69

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