在我国，随着经济的迅猛发展和人民生活水平的迅速提高，能源短缺问题日益突出。不断寻求新的强化传热手段来提高热能利用效率、回收低品位热源中的热能以节约能源、采用蓄能技术实现“移峰填谷”是节约能源并实现可持续发展的必由之路。 本课题将相变蓄热与热泵相结合，采用纳米技术和翅片强化传热技术解决了有机相变蓄热材料导热系数低、相变蓄热热泵能效低的关键问题。采用纳米表面修饰技术和添加分散剂的方法制备了均匀稳定的有机相变纳米流体，大大提高有机相变蓄热材料的导热系数。用Fluent模拟了翅片管强化传热蓄热装置的相变放热过程，并根据模拟结果研制了能利用热泵的高效率在夜间用电低谷时段运行，利用相变蓄热材料的高蓄热密度、小温差蓄热，在用电高峰时段提供生活热水的高效相变蓄热热泵热水器样机。实验表明该样机不但性能系数高达3.3，而且能避开用电高峰，一定程度上能解决电能供需之间的矛盾、缓解能源紧张的局面。 本课题研究的主要内容包括： 1、研究了固-液相变基本传热行为，采用准稳态法计算了三重同心套管内固-液相变传热过程中的相界面分布、传热流体温度分布，并用实验验证了准稳态法求解固-液相变传热问题的有效性。提出了提高相变蓄热热泵热水器蓄热装置传热性能、缩短蓄放热时间的两大技术路线：第一，改进相变蓄热材料传热性能、提高其导热系数以加快相界面推进速度；第二，采用翅片管强化传热技术、将相界面的径向移动转变为狭窄翅片间隙间的轴向移动以缩短相界面推进行程。 2、采用了纳米表面修饰技术和添加分散剂的方法制备了均匀分散、稳定的有机相变纳米流体(9％wt纳米铝流体添加0.5％wt SDBS)，大大提高了有机相变蓄热材料的导热系数。分析得出所制备的纳米流体稳定机理主要是借助阴离子型分散剂SDBS静电稳定作用，研究结果能为开发性能优良的有机相变纳米流体提供指导。对制备的纳米流体进行了DSC测试，发现在石蜡中添加纳米铝对体系的熔点影响不大(≤±0.5℃)，而体系熔化潜热降低程度与加入纳米铝的质量百分比相当(如纳米铝含量为9％时，体系熔化潜热降低8.94％)。对制备的纳米流体用瞬态平面热源技术(TPS)测试了其导热系数，发现纳米铝的添加能较大程度地改善体系的导热系数(如纳米铝含量为9％时，体系液态和固态导热系数分别提高了62.28％和49.14％)，并分析了添加纳米级固体粒子提高有机相变纳米流体导热系数的机理。通过改进Lu and Lin数学方程，得到适用添加纳米级固体粒子的液态和固态有机相变纳米流体导热系数的数学模型，并利用实验数据对该模型进行检验，结果表明该模型能够很好地预测添加了纳米级固体粒子的有机相变纳米流体导热系数。 3、在对相变蓄热热泵热水器蓄放热特点分析的基础上，对翅片管强化传热蓄热装置的相变换热过程提出了合理的假设，得出了简化后的相变传热模型。用Fluent模拟了翅片管强化传热蓄热装置的放热性能，分析了采用不同翅片间距和在不同进水温度下出水温度、相变材料(Phase Change Materifal，PCM)平均温度、相界面位置随时间的变化规律，并得出需要12fin/inch的翅片间距才能满足课题中所提出的热泵蓄热热水器放热性能要求。根据放热性能模拟结果研制了有机相变纳米流体蓄热热泵热水器样机，通过样机放热实验验证了用Fluent能较好地模拟相变蓄热热泵热水器放热过程，其模拟方法与结果对于翅片管强化传热蓄热装置的设计和优化具有指导作用。 4、实验研究了蓄热热泵热水器样机的蓄热性能。在实验条件下，所研制的样机能在一个安全的排气压力(＜28kgf/cm2)和排气温度范围(≤90℃)内运行，在30min内将有机相变纳米流体从45℃加热到60℃、耗功仅为550Wh、性能系数高达3.3。归纳得出了匹配合理的相变蓄热热泵热水器主要性能参数参考值，可为匹配设计提供参考。测试了环境干球、湿球温度对有机相变纳米流体蓄热热泵热水器蓄热性能影响，得出后者的变化对整机性能的影响要显著得多，研究结果能够指导小型热泵热水器的优化运行。 本课题对相变蓄热热泵热水器的关键技术进行了研究，实现了热泵技术与蓄热技术的结合，研制的有机相变纳米流体相变蓄热热泵热水器能在用电低谷时段高效率运行蓄热，该产品的推广使用能一定程度上缓解我国城市电能供需之间的矛盾。