基于太阳能储热的多孔介质与石蜡复合蓄能炕的实验研究

来源 :河北工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wuhanchi
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近年来,北方地区环境污染日益严重,雾霾现象频发,尤其是进入供暖季后,污染现象更加严重。针对此种情况,本文在太阳能储热技术基础上结合电加热器的辅助作用,设计了多孔介质复合相变蓄能炕,利用多孔金属和多孔非金属丰富的孔隙结构,增大传热的比表面积,增强石蜡的导热性能,加快相变材料蓄热与放热速度,提高炕面的平均睡眠温度,提升蓄能炕整体的舒适性能。研究内容如下:(1)通过对北方地区太阳能资源的调查研究,发现北方地区冬季太阳能资源十分丰富,在理论上可以满足储热需求。选取符合实验需求的集热设备,并结合具有辅助电加热的保温水箱,设计了太阳能储热系统,作为相变蓄能炕装置的热源。(2)考虑人体舒适度的范围,选用熔点和凝固点均在舒适范围内的35#石蜡作为相变蓄能材料,通过对石蜡的DSC测试,确定相变潜热量。进一步对室内工况进行分析计算,确定石蜡的用量并探讨实验的可行性。利用浇筑法制备复合相变材料,并搭建实验台,确定测点位置,构建相变蓄能炕系统,再通过管件连接太阳能储热系统,搭建成完整的实验装置。(3)对20PPI、30PPI、40PPI三种孔密度的蜂窝活性炭与石蜡复合相变蓄能炕的热性能进行研究,可以得出随着孔密度的降低,复合相变材料的导热性增强,20PPI蜂窝活性炭复合相变蓄能炕的炕面平均温度最高,升温速度和降温速度最快,升温阶段可以比纯石蜡蓄能炕缩短一个小时,起到了强化传热的作用。(4)选用多孔金属中导热性良好的多孔铝介质与石蜡复合并进行热性能研究,可以得出:泡沫铝-石蜡复合蓄能炕和蜂窝铝板-石蜡复合蓄能炕的升温速度分别为1.90℃/h和2.28℃/h,比纯石蜡蓄能炕加快了16.50%和40%,极大地缩短了相变材料的融化时间,改善了石蜡导热性差的缺点,提高了热量的利用率。(5)分别对多孔铝介质和蜂窝活性炭复合相变蓄能炕的热性能进行分析,炕面平均温度变化率均处于2%以内,保持在热稳定状态,且经历两个冬天的循环使用,数据结果趋势相同,热性能分析保持一致,可以进一步说明两种材料复合只是物理结合,彼此之间不发生化学反应,可以保持各自的优良性能。
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