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)大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150000)

0 引言

隨著社會進步經(jīng)濟發(fā)展，人們對生活質(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利用后儲熱效率仍然很高[5]。

1 冷凝熱回收國內(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到蓄熱的效果，將這些熱量應(yīng)用于熱泵空調(diào)機除霜、生活熱水預加熱系統(tǒng)。近些年，能源危機是促進冷凝熱回收技術(shù)不斷進步的重要因素[6]。

Olszewski主要的分析角度是在運行能夠提供大量生活熱水的新型系統(tǒng)的經(jīng)濟效益，選取BIN法進行能耗模擬，通過利用經(jīng)濟學方法進行分析。通過對美國28個城市的運行效果進行分析，主要分析的是環(huán)境條件變化究竟會不會導致該系統(tǒng)運行出現(xiàn)巨大差異，以及在什么環(huán)境條件下工作經(jīng)濟效益最高[7]。

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

王超通過利用改進的傳統(tǒng)熱泵系統(tǒng)，在其中加入冷凝熱回收組件，測試這套設(shè)備在各個季度下利用冷凝熱加熱熱水的運行情況；同時通過利用太陽能產(chǎn)熱作為熱泵的低位熱能，測試該系統(tǒng)在各個季度的運行情況。通過長時間的跟蹤系統(tǒng)測試，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)機組，主要研究冷凝熱回收設(shè)備添加到系統(tǒng)中后對于制作生活熱水設(shè)備的可行性。并指出了需要解決的各項問題，比如控制設(shè)備操作的準確性。分析冷凝熱回收技術(shù)與熱泵相結(jié)合的例子，通過實際運行驗證其經(jīng)濟性與可行性建議改造新型建筑熱源形式，由制冷機組，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]。

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

2 相變蓄熱國內(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)對大量常見的、廉價的、無毒無腐蝕性的有機相變材料進行實驗研究，分析熱物性、相變潛熱值、重復蓄熱的蓄熱效率等，代表有機相變材料為十二醇、十酸、十四酸等，記錄變化曲線[12]。

Lacroix對相變材料在不同管殼形式內(nèi)進行蓄熱單元的數(shù)值模擬，監(jiān)控管段的流速、管徑、進出口溫度進行數(shù)據(jù)模擬和實驗測量，最后對比模擬數(shù)據(jù)與實驗數(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石蠟的性能的方法，并測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，纖維點和熱流，結(jié)果表明后者的強化效果要強于前者[14]。

重慶大學張洪濟對相變傳導系統(tǒng)進行研究。華中理工大學的陳文振針對不同管型中的相變?nèi)诨^程進行研究。中國科技大學的陳則韶則對相變材料的潛熱量進行深入研究。王剛等設(shè)計出一種新式太陽能熱泵系統(tǒng)，在這套系統(tǒng)中串聯(lián)相變貯能裝置，并利用當?shù)貧夂驐l件對這種系統(tǒng)進行計算[15]。

張寅平主要研究的是相變材料中的共晶材料，其熔點與熔解熱的預測與測量還不夠完善，同時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)運行的準確穩(wěn)定[16]。

3 結(jié)語

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)逐步進入家用空調(diào)機組中。通過實驗以及軟件模擬分析，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)展趨勢之一，具有巨大的經(jīng)濟競爭力，也是符合國家節(jié)能減排標準的新型系統(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。

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