相變蓄熱式空調(diào)冷凝熱回收系統(tǒng)探討

王博雅 韓志濤 劉曙光

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150000)

0 引言

隨著社會(huì)進(jìn)步經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求也越來越高，所以建筑能耗也逐步增加，目前國(guó)內(nèi)建筑能耗占總資源消耗總量的33%，節(jié)能減排也愈加重要成為現(xiàn)階段建筑行業(yè)的重要主旋律之一，空調(diào)能耗占總建筑能耗的30%左右，因此如何解決空調(diào)耗能，或提高空調(diào)能耗的利用效率就具有較好的發(fā)展前景了[1，2]。相變材料通過改變相態(tài)，可以在較小空間內(nèi)吸收或釋放大量熱量。這些特性可被用于解決空調(diào)冷凝熱浪費(fèi)的現(xiàn)象[3，4]，能夠有效的提高電能的利用效率，而且相變材料在多次重復(fù)利用后儲(chǔ)熱效率仍然很高[5]。

1 冷凝熱回收國(guó)內(nèi)外發(fā)展及研究狀況

冷凝熱回收應(yīng)用于熱泵空調(diào)器普及率還不是很高，但是它是一種非常節(jié)能的系統(tǒng)運(yùn)行模式，通過回收利用熱泵空調(diào)器內(nèi)制冷劑攜帶的過冷熱達(dá)到蓄熱的效果，將這些熱量應(yīng)用于熱泵空調(diào)機(jī)除霜、生活熱水預(yù)加熱系統(tǒng)。近些年，能源危機(jī)是促進(jìn)冷凝熱回收技術(shù)不斷進(jìn)步的重要因素[6]。

Olszewski主要的分析角度是在運(yùn)行能夠提供大量生活熱水的新型系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，選取BIN法進(jìn)行能耗模擬，通過利用經(jīng)濟(jì)學(xué)方法進(jìn)行分析。通過對(duì)美國(guó)28個(gè)城市的運(yùn)行效果進(jìn)行分析，主要分析的是環(huán)境條件變化究竟會(huì)不會(huì)導(dǎo)致該系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)巨大差異，以及在什么環(huán)境條件下工作經(jīng)濟(jì)效益最高[7]。

Baek NC研究的是廢熱水水源熱泵，通過計(jì)算推導(dǎo)熱泵性能系數(shù)，經(jīng)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：廢熱水熱泵系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)COP值較高，提高了能源利用效率并且減少了廢熱水對(duì)環(huán)境造成的破壞[8]。

王超通過利用改進(jìn)的傳統(tǒng)熱泵系統(tǒng)，在其中加入冷凝熱回收組件，測(cè)試這套設(shè)備在各個(gè)季度下利用冷凝熱加熱熱水的運(yùn)行情況；同時(shí)通過利用太陽(yáng)能產(chǎn)熱作為熱泵的低位熱能，測(cè)試該系統(tǒng)在各個(gè)季度的運(yùn)行情況。通過長(zhǎng)時(shí)間的跟蹤系統(tǒng)測(cè)試，表明該系統(tǒng)能夠極大的提高系統(tǒng)的節(jié)能效果，也能夠降低環(huán)境壓力[9]。

龔光彩在建筑物內(nèi)裝設(shè)帶有冷凝熱回收系統(tǒng)的熱泵空調(diào)機(jī)組，主要研究冷凝熱回收設(shè)備添加到系統(tǒng)中后對(duì)于制作生活熱水設(shè)備的可行性。并指出了需要解決的各項(xiàng)問題，比如控制設(shè)備操作的準(zhǔn)確性。分析冷凝熱回收技術(shù)與熱泵相結(jié)合的例子，通過實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證其經(jīng)濟(jì)性與可行性建議改造新型建筑熱源形式，由制冷機(jī)組，冷凝熱回收裝置，熱泵水裝置，冷凝熱回收裝置和熱泵熱水裝置取代傳統(tǒng)的冷熱源模式[10]。

楊培云對(duì)某地區(qū)典型酒店進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，設(shè)計(jì)出新型冷凝熱回收系統(tǒng)用以提供酒店熱水，對(duì)實(shí)際運(yùn)行不同工況時(shí)的差異性進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升熱水供應(yīng)量降低建筑能耗量[11]。

2 相變蓄熱國(guó)內(nèi)外發(fā)展及研究狀況

Ahmet Sari和Kamil Kaygusuz利用差式掃描量熱法(DSC法)對(duì)大量常見的、廉價(jià)的、無毒無腐蝕性的有機(jī)相變材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，分析熱物性、相變潛熱值、重復(fù)蓄熱的蓄熱效率等，代表有機(jī)相變材料為十二醇、十酸、十四酸等，記錄變化曲線[12]。

Lacroix對(duì)相變材料在不同管殼形式內(nèi)進(jìn)行蓄熱單元的數(shù)值模擬，監(jiān)控管段的流速、管徑、進(jìn)出口溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)量，最后對(duì)比模擬數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析二者之間的差異[13]。

Jun Fukai和Makoto Kanout等研究了添加碳纖維增強(qiáng)石蠟的性能的方法，并測(cè)試了碳纖維在各種性能中的散布情況，石蠟的圓管系數(shù)與碳纖維在同一根管內(nèi)制成的碳刷，纖維點(diǎn)和熱流，結(jié)果表明后者的強(qiáng)化效果要強(qiáng)于前者[14]。

重慶大學(xué)張洪濟(jì)對(duì)相變傳導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行研究。華中理工大學(xué)的陳文振針對(duì)不同管型中的相變?nèi)诨^程進(jìn)行研究。中國(guó)科技大學(xué)的陳則韶則對(duì)相變材料的潛熱量進(jìn)行深入研究。王剛等設(shè)計(jì)出一種新式太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)，在這套系統(tǒng)中串聯(lián)相變貯能裝置，并利用當(dāng)?shù)貧夂驐l件對(duì)這種系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算[15]。

張寅平主要研究的是相變材料中的共晶材料，其熔點(diǎn)與熔解熱的預(yù)測(cè)與測(cè)量還不夠完善，同時(shí)他也致力于研究相變材料如何制備、如何改善相變材料的熱導(dǎo)性能。張寅平等人研究出一種基于相變技術(shù)的相變貯能式電熱水器。它最主要的結(jié)構(gòu)是帶溫控閥的電加熱器，將電加熱器的加熱部分伸入盛有相變材料的隔熱容器中，并讓相變材料完全沒過加熱器，這樣能保證系統(tǒng)運(yùn)行的準(zhǔn)確穩(wěn)定[16]。

3 結(jié)語(yǔ)

由此可見，冷凝熱回收技術(shù)現(xiàn)在發(fā)展迅猛，技術(shù)的不斷完善也促使冷凝熱回收技術(shù)逐步進(jìn)入家用空調(diào)機(jī)組中。通過實(shí)驗(yàn)以及軟件模擬分析，發(fā)現(xiàn)適合作為低溫蓄熱載體的相變材料也逐步增多，同時(shí)相變材料也不僅僅應(yīng)用于相變蓄熱墻體中。不過將相變蓄熱與冷凝熱回收相結(jié)合的系統(tǒng)并不多，考慮到相變材料蓄熱的優(yōu)越性與冷凝熱回收系統(tǒng)的高效性，應(yīng)將二者組合構(gòu)建新型的空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)。這也是未來節(jié)能型空調(diào)的發(fā)展趨勢(shì)之一，具有巨大的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力，也是符合國(guó)家節(jié)能減排標(biāo)準(zhǔn)的新型系統(tǒng)，相信在未來該系統(tǒng)可以為空調(diào)行業(yè)帶來嶄新的一頁(yè)。

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