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《广东工业大学》 2011年
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二次换热式太阳能热水器的应用研究

林艺锋  
【摘要】:目前,随着世界经济的快速发展,传统能源危机日益严峻。加快新能源特别是太阳能的开发利用力度,已成为我国迫在眉睫的一项任务。现在应用最广泛的全玻璃真空管太阳能集热器和平板型太阳能集热器,虽然工艺技术较为成熟,但都存在集热效率不高、缺乏储能设备,用水清洁度得不到保证等不足之处。因此本文创新性的提出一种融集热、储热、提热于一体的新型太阳能集热器概念。这种集热器采用二次换热形式,同时利用相变储能材料将白天吸收的太阳辐射能储存起来供需要产生热水时使用。这样既解决储能问题,又实现热水即产即用,从而保证用水的清洁卫生。 本文以理论结合实验的方法,研究了二次换热式家用太阳能热水器和储能式太阳能热水系统的热性能。首先,理论分析真空管太阳能集热器工作原理和太阳能热储存原理。其次,通过实验测试二次换热式家用太阳能热水器和储能式太阳能热水系统的相关传热参数。主要包括:真空集热管内传热工质温度变化规律、不锈钢套筒换热器换热性能、二次换热式家用太阳能热水器取热性能、储能材料相变规律和温度场分布、出水水温变化规律,以及水流量对铜管换热性能的影响。 实验结果表明,第一,用水或乙二醇水溶液作为传热工质,镀膜真空集热管作为集热器时,两种方案的二次换热式太阳能热水器的平均日效率可达到54%,平均热损系数仅为0.63W/(m2·K)左右。真空管集热器中传热工质吸收的能量,以热对流和热传导的方式通过不锈钢套筒换热器传递给贮水箱的水,在夜间使用热水的情况下,能保证把集热器吸收的能量传导到贮水箱中去。第二,储能式太阳能热水系统的平均日效率为52.03%,直接系统的平均热损系数为0.58W/(m2·K),间接系统的平均热损系数为0.41W/(m2·K)。储能式太阳能热水系统为强制循环系统,在储能箱储能过程中,系统循环水通过螺旋盘管换热器将热量传递给相变材料以达到储能目的。在取热过程中,铜光管外管壁周围的储能材料首先通过热传导把热量传递给流经盘管的水,储能材料释放能量后,当温度低于相变点时,会出现储能材料凝结在铜管外表面上,而离盘管较远处的储能材料仍处于液体状态,铜光管外表面凝结的储能材料阻碍液态储能材料向铜管内的自来水传递能量,因此会造成相变材料材料储存的能量无法提取这种现象。 二次换热式太阳能热水器具有抗冻性好,能量便于储存,用水清洁卫生等优点,但相对于技术成熟的传统式太阳能集热器,仍存在总效率偏低,成本较高等不足。要增强该系统的实用性,还有待进一步的改进性实验研究。
【学位授予单位】:广东工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TK513

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