论文题目：太阳能相变蓄热驱动吸收式热泵系统的模拟研究
摘要：随着国家经济的迅速发展,我国成为世界上最大的能源消耗国之一,能源环境问题也日益凸显,建筑能耗中的暖通空调能耗占比日益增加。使用清洁可再生能源代替传统的化石能源,可减少化石能源开采和燃烧过程中对环境的污染。太阳能是永不枯竭的清洁能源,将其应用到暖通空调领域将是具有十分重要意义的工作。本文在传统太阳能吸收式系统的显热蓄热方式基础上,应用相变材料的潜热蓄热物理特性,将相变材料（PCMs）填充到蓄热水箱,提出了改进的相变蓄热式太阳能吸收式系统,它能一定程度地补偿太阳能的间歇性和不稳定性等问题。构建太阳能驱动吸收式空调系统和太阳能供暖系统,对该系统在办公楼建筑中的应用进行模拟分析,阐述有、无相变蓄热的太阳能吸收式制冷和供暖系统的结构和运行原理;根据脂肪酸的热物理性质,选取肉豆蔻酸（MA）和膨胀石墨（EG）作为复合相变材料;借助Meteonorm7.3导出泰安地区的气象文件TMY2,利用TRNSYS软件,以泰安某办公楼为实例搭建冬夏季相变蓄热的系统模型,在冬夏典型日和整个制冷供暖期进行了模拟仿真。对比了有、无相变蓄热系统的平板集热器吸收的有用能、集热器的效率、电加热耗电量、吸收式制冷机组的性能、系统的能耗等;对直燃型、传统无相变型和相变型吸收式系统进行经济和环境效益分析。本文主要研究成果:（1）根据各类相变材料的特性,选取脂肪酸类相变材料。制备了多种比例的MA/EG二元复合相变材料,通过DSC测试和渗漏试验,确定最佳比例为16:1。该比例的相变温度为56℃,相变潜热为184.85 J/g,渗漏百分比为2%。性能稳定,满足冬季直接供暖的需求。（2）添加相变材料后,平板集热器的性能均有所提高,平板集热器吸收的有用能和平板集热器的效率也会增加。与传统太阳能吸收式系统相比,改进后的系统在典型年中集热器吸收的有用能增加了55962.14 MJ,集热效率提高了8.98%。相变蓄热装置的存在使电加热器的耗电量大大降低,整个制冷期减少了4616.75 k Wh,整个供热期可减少271.46 k Wh,共减少4888.21 k Wh,即17597.56 MJ。在冬夏季典型日,改进后的相变系统水箱温度在傍晚（辐射强度低）时下降缓慢。整个供冷期,传统系统的吸收式制冷机的平均COP为0.73,有相变蓄热吸收式制冷机组的平均COP为0.68。传统系统的机组制冷量高于办公建筑需求,多余的制冷量将产生,供大于需导致浪费。在相变系统中,相变材料将吸收这部分热量的多余制冷量,从而达到节能的效果。（3）从经济效益分析看,太阳能相变蓄热吸收式系统的初投资最高,传统太阳能吸收式系统次之,直燃型的最低;相变蓄热型系统的运行维护费用最低,传统系统次之,直燃型的最高;从环境效益分析来看,相变蓄热系统比传统系统节煤2 t,比直燃式系统节煤12 t,节能效果最好。从碳排放量的情况来看,相变蓄热系统比传统系统减少5080kg的碳排放量,比直燃型系统减少6660 kg的碳排放量,环保效益最好。本课题以某办公楼制冷和采暖为研究对象,构建了太阳能驱动吸收式空调系统,根据供暖需求合理选择相变材料,将其应用到太阳能相变蓄热吸收式制冷系统和太阳能相变蓄热供暖系统中,为太阳能相变蓄热吸收式系统研制提供了理论科学依据,对其推广具有十分重要的指导意义。
关键词：太阳能;溴化锂吸收式系统;相变材料;TRNSYS
学科专业：土木水利（专业学位）
中文摘要
abstract
1 前言
1.1 研究背景及意义
1.1.1 世界能源的概况
1.1.2 中国能源的概况
1.1.3 研究意义
1.2 太阳能相变蓄热吸收式空调系统简介
1.2.1 吸收式制冷基础理论
1.2.2 吸收式热泵基础理论
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.4 目前研究存在的问题
1.5 研究内容
1.6 创新点
1.7 技术路线
2 太阳能相变蓄热吸收式制冷及供暖系统的模拟
2.1 TRNSYS瞬时模拟软件简介
2.2 太阳能相变蓄热吸收式系统
2.2.1 系统的构成和基本原理
2.2.2 系统的运行模式
2.3 系统热力学模型的建立
2.3.1 平板太阳能集热器模型
2.3.2 溴化锂吸收式机组模型
2.3.3 相变蓄热系统模型
2.3.4 相变传热模型
2.4 相变蓄热材料
2.4.1 相变材料的选择
2.4.2 复合相变材料的制备过程
2.4.3 MA/EA复合相变材料DSC测试
2.5 系统TRNSYS模拟
2.5.1 冷热负荷计算
2.5.2 太阳能相变蓄热吸收式系统的模块选取
2.5.3 气象参数的模拟
2.5.4 仿真模型的建立
2.5.5 系统的控制策略
3 太阳能相变蓄热吸收式制冷及供暖系统的模拟结果分析
3.1 差热测试与分析
3.2 集热器模拟结果分析
3.2.1 集热器的集热效率
3.2.2 集热器进出口温度
3.3 蓄热水箱模拟结果分析
3.3.1 工作时间水箱供热侧出口温度
3.3.2 最冷月和最热月的相变水箱蓄放热
3.3.3 典型日负荷侧供回水温度
3.4 吸收式制冷机组模拟
4 太阳能相变蓄热驱动吸收式制冷和供暖系统的效益分析
4.1 经济分析
4.1.1 各系统设备的总价
4.1.2 动态经济分析法
4.2 排放物分析
5 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢