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分离式太阳能热管供暖装置及充液率研究

孙龙  
【摘要】:太阳能在建筑中具有很大的利用潜力,利用太阳能可以满足生活热水与供暖此类低品位能耗的需求。本课题采用太阳能为热源,以分离式热管作为传热元件,将壁挂式太阳能热水器与内墙相结合,提出一种分离式太阳能热管供暖装置,利用内墙辐射对房间进行供暖,同时具备供生活热水功能。本装置采用太阳能运行,不消耗额外动力,同时实现了各构件与建筑的一体化结合。分离式太阳能热管供暖装置将太阳能转换成热水,利用热管汽化潜热高效传递热能的特性将热量传递至内墙,由墙体进行蓄热放热实现供暖。其主要组成构件为集热器、储热水箱、分离式热管、内墙。相比于其他供暖方式,分离式太阳能热管供暖装置具有采用清洁的可再生能源为热源、高效传热、舒适、隐蔽性好、无动力供暖等优点及局限于白天集热,夜间放热等不足。本课题选取了南京地区某住宅楼南向标准层的两个房间,对装置的核心传热元件分离式热管进行设计。首先根据热源条件,选择合适的工作介质,计算比较水和氨在不同工作温度下对热管性能影响较为关键的热物理性质,得出最合适的工作介质为水,热管工作温度为40℃,工作压力为7375 Pa;然后选择管壳材料及尺寸,最佳为304不锈钢,管径16mm,壁厚1mm,并进行压力校核。最后说明了充液率对热管的影响及其两种计算方法,R1为满足热管运行下蒸发段的充液量不烧干时的充液率,R2为热管达到稳定工作状态下,综合考虑蒸汽上升管、液体下降管及冷凝段时的充液率。结果表明:蒸发段和冷凝段管长变化时对R2值几乎没有影响,而液体下降管对R2值影响较大,液体下降管对R1值的影响大于于蒸发段和冷凝段对R1值的影响;可以通过增加分离式热管冷凝段的管排数来减少管内的充液率,当蒸发段的管排数为3,冷凝段的管排数为4~6时,管内的充液率值较为稳定;管内温度在40℃左右变化时对分离式热管的充液率值影响不大。


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