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应用于新风系统的双通道空气式相变储能装置研究

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  • 【题名】:应用于新风系统的双通道空气式相变储能装置研究
  • 【年份】:2019
  • 【作者】:苌群鹏
  • 【关键词】:双通道  空气式相变  数值模拟  实验对比  结构优化
  • 【摘要】:随着北方地区供暖节能工作的推进,建筑气密性得到显著改善,但冬季新风不足的问题也随之而来。在设计新风供应系统时,可考虑使用电加热和储能式太阳能系统相互辅助的手段,从而达到节能和改善室内空气品质的目的。储能装置是这一集成系统的重要节点,且相变储能比显热储能具备更好的理论蓄热能力,所以研究空气式相变储能装置的换热特性及其在建筑新风系统中的应用,对保障室内空气品质及降低建筑能耗具有重要意义。本文设计了一种双通道空气式相变储能装置,可以在新风系统中对较低温度的新风起预热作用;这一装置的蓄热侧和放热侧可以独立运行,具有运行简单和放热时间相对灵活的特点。在分析相变材料特征与装置需求的基础上,选取质量分数为癸酸66%、月桂酸34%的共熔物作为相变材料,并利用DSC测试设备对其物性参数进行了测试。通过合理分析及条件假设,建立了该相变储能装置的简化数学模型,并给出了传热过程的数学表达式;通过微元积分得到简化模型传热方程的离散方程,并利用MATLAB软件对相变储能模块内部温度场进行了求解。结果表明,在该相变储能装置的工作环境条件下,本文设定的厚度为40mm的储热单元内部相变材料在蓄热阶段能够充分熔化;这一方法可以为此类相变储能装置设计时储热单元厚度的设定提供理论依据。利用FLUENT软件对该双通道空气式相变储能装置的换热过程及换热影响因素进行了模拟分析。结果表明,蓄热过程中,热风的温度及流量在一定范围内的变化对相变材料的熔化速率影响明显;放热过程中,新风温度越低相同时间内相变储能装置的放热量越大,放热效率也就越高;同步对流换热过程中,由于相变材料蓄热的同时也要放出热量,使得相变材料的液相率及平均温度提升的速率比较低。搭建了双通道空气式相变储能装置的实验台,对其蓄、放热及同步对流换热过程进行了测试分析。结果表明,蓄热测试过程中所设置的四个监测点温度变化趋势大致相同,但位于挡板顶端附近的相变材料较难熔化;放热测试过程中新风经相变储能装置换热后的出口温度在4.2~12.5℃之间,18000s内的放热量约为884.5kJ:同步对流换热测试过程中新风出口温度相对稳定,出口平均温度为5.6℃,预热新风效果明显。通过实验与模拟的对比发现两者的偏差较小,可以认为模拟过程中参数设置及条件假设合理。结合模拟及实验结果,对该装置结构进行了优化分析。结果表明,将相变储热单元的直角弯变成弧形弯并减少挡板个数的优化方案对该类型相变储能装置的实际优化效果更明显。
  • 【会议名称】:硕士
  • 【类别名称】:黄凯良
  • 【载体】:沈阳建筑大学
  • 【会议地点】:2019
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