随着经济的快速发展和工业化进程的不断推进,工业制造业在国民生产总值中比重不断上升,全球的能源需求也随之急剧上升,其中化石能源更是首当其冲,其过度的开发和使用,也成为了环境生态问题频发的原因。因此,在能源短缺和环境污染等问题的严峻形势下,各国开始广泛倡导开发利用清洁能源,相较于其他清洁能源,太阳能有着取之不尽用之不竭的独特优势,我国《可再生能源法》的颁布还为太阳能产业发展提供了必要的经济激励和法律保障,因此全国各地都开始积极开展太阳能的研究工作。目前,太阳能已经被广泛用于热水、发电、热泵、取暖、空调制冷等方面,但由于太阳能季节性和昼夜周期性等不足,导致太阳能的利用在需求时间和太阳辐射能量规律上存在根本性的矛盾,因此蓄热技术便是解决这一矛盾的一种有效办法。热蓄能方式目前主要有三种,分别是显热蓄能、潜热蓄能和化学反应蓄能。其中相变蓄热因其热效率高、储热密度大、蓄热器结构紧凑、储存能量容易释放等突出优点,应用前景好,发展潜力大,成为了目前应用最多和最重要的蓄热方式[1]。本课题来源于科技部“十三五”重大专项项目“基于空气源热泵的多能互补供暖关键技术研究及示范后测评”（课题编号:2016YFC0700406-02）,本论文仅重点研究了低温相变石蜡潜热蓄热单元的特性。首先设计了一种新型的潜热蓄热单元,该单元的盘管形式与普通螺旋式盘管的相比,有着更长的换热距离以及更合理的换热结构,因此提高了潜热蓄热单元的换热效率。并根据实际工况温度区间,选取了低温相变的石蜡作为相变材料,通过储存冬季日间的太阳能,从而实现夜间空调新风预热的目的。利用热阻测试仪和差示扫描量热仪对石蜡的熔点、导热系数和密度等相关热物理系数进行了测定。设计并搭建了主要包括电加热器蓄热、水箱释热等控制方式以及温度监控、流量监控等功能的实验平台,对该潜热蓄热单元进行测试。随后根据相变材料的热物理参数以及潜热蓄热装置的尺寸参数,基于焓——多孔介质法,建立了三维数值模型。通过数值计算研究了该潜热蓄热装置的中,低温相变石蜡的动态熔化及凝固规律,为了验证数值模型的可靠性,将数值模拟结果与实验测试数据进行对比,发现两者误差在±5%以内,因此根据数值计算结果对后续装置结构设计进行优化是可行的。最后根据数值模型计算,对每段盘管对应不同壳体长度下的三种设计工况进行了对比分析,研究了其对于相变蓄热单元蓄释热特性的影响。结果表明,壳体长度在换热盘管径向上并没有对相变材料的动态熔化和动态凝固规律产生明显影响,但是在壳程轴向上影响到了总体材料的相变程度。在释热工况下,100mm的壳体长度相对于200mm和300mm的壳体长度,平均温度分别低了大约1.5℃和2℃,平均液相率分别低了大约30%和40%;在蓄热工况下,100mm的壳体长度相对于200mm和300mm的壳体长度,平均温度分别高了大约2℃和3℃,平均液相率分别高了大约40%和60%,考虑到单盘换热器受其换热能力的限制,随着换热盘管间距离的增大,会降低相变材料的蓄放热能力,造成相变材料的费效比降低。因此适当缩短每段盘管对应的壳体长度,不仅能更有效的利用换热流体的换热能力,还能降低相变材料的充注量,提高装置蓄能整体的费效比。并根据分析得出,在增加换热盘管数量后,总换热长度的增加可能造成壳程轴向上前后相变不均匀的现象,在蓄热工况下,由于换热器与相变材料的换热导致换热流体在轴向上温度逐渐降低,后部的相变材料由于换热器的热量不足从而可能无法达到相变温度,无法实现蓄热。但是,随着蓄热时间的增加,换热器与装置前部的换热量减少,温降变小,达到后部后还有实现相变材料相变的能力,即装置后部的相变材料仍能实现相变蓄热。本文的研究成果,为进一步研究装置整体的换热规律和新风在装置中的流动变化及换热特性奠定基础,并可作为蓄热设计在工程上应用的参考。