264-不同体型蓄热水箱与不同末端匹配时的放热特性实验研究.pdfVIP

不同体型蓄热水箱与不同末端匹配时的放 热特性实验对比研究 沙心奕，赵新辉，龙恩深 * 四川大学建筑与环境学院，成都 610065 摘 要：本文对不同体型的圆柱形水箱与暖风机、暖气片、毛细管辐射地板三种末端耦 合情况下的放热规律进行了实验研究。结果表明，对于暖风机和暖气片末端，水箱放热都呈 现“阶跃”减弱的共性特征，但是矮水箱在放热过程中仅存在一个阶跃，而高水箱存在多个 阶跃；而对于毛细管末端，高水箱与矮水箱的放热规律相同，在放热开始后，供回水温差迅 速降低一段时间，然后骤降为负，短时间内地板层“反哺”加热水箱，之后供回水温差回升 转正，最终达到系统热平衡。通过分析不同体型水箱对不同末端放热过程中水箱不同位置的 温度及末端供回水温度的变化规律，进一步揭示了水箱放热规律的共性与个性，为工程设计 优化匹配提供参考。 关键词：蓄热水箱，暖风机，暖气片，毛细管辐射地板 0 引言 随着可持续发展要求的不断深入，可再生能源被越来越广泛的研究和应用，而太阳能、 空气能等可再生能源却在时间与空间上具有较大的不稳定性。蓄热水箱是最常见的蓄热装 置，在太阳能和空气源热泵应用中，常用来平衡室外环境的影响以保证供暖需求 [1] 。 大量研究表明，蓄热水箱对供暖系统具有重要影响[2] 。Rejane 等人使用数值模拟和实 验分析的手段，对于水箱内部的温度场和速度场分布进行了研究[3] 。Levers 和 Lin 使用三维 数学模型研究了水箱长径比、进出口质量流量和位置等参数对蓄热性能的影响[4] 。研究结果 表明：大的长径比有助于提高热分层程度；高的进口流速会在水箱内部造成严重的掺混，从 而降低热分层程度。于国清等对蓄热水箱内部温度分层的机理进行了研究，得出了水箱温度 分层将有利于太阳能集热系统效率提高的结论[5] 。刘志国等建立了采用沉浸式冷凝盘管的卧 式水箱内部的水流动及换热的数学模型，从冷凝盘管的长度及水箱径高比对箱内温度场的影 响 2 个方面对冷凝盘管及水箱的自身结构进行了优化研究[6] 。ZF Li ，K Sumathy 等人研究 了当对蓄热水箱进行分区时对于太阳能吸收式空调的影响。结果表明，水箱采用上下分区的 方式会显著提升系统的 COP ，提高整个系统的能效[7] 。Altuntop 研究了隔板类型对竖直圆柱 形水箱内部热分层现象的影响。研究结果表明：隔板可以促进水箱内热分层现象的形成，带 有隔板的水箱其蓄热性能更好。在中心处开孔的隔板，其水箱的热分层效果要好于在水箱壁 附近开孔的隔板[8] 。王爱辉等人针对蓄热水箱的体积对用户末端的启停时间的影响作了分 析。分析表明，水箱体积的增大会引起用户启停时间的增长，但是存在一个保证用户负荷情 况的最小值[9] 。Hegazy 研究了不同进口形式对水箱蓄热性能的影响。进口形式分别为楔型、 多孔型和槽管型。实验结果表明，进口形式对水箱蓄热性能起到关键作用[10] 。 就目前研究来看，对于水箱的研究主要集中在水箱形体的优化与水箱内部换热盘管的优 资助：国家重点研发计划(2016YFC0700400) ，国家自然科学基金） 作者简介：沙心奕 （199503- ），男，在读硕士，电话E-mail ：978060193@ 通讯作者：龙恩深（196403- ），男，教授，博导，E-mail: longes2@163.com 通讯地址：四川省成都市一环路南一段 24 号四川大学 邮编：610065 化。对于水箱形体的优化主要体现在通过分层来提高集热系统效率，而对于水箱内部的优化 主要体现在通过增强水箱内部的换热来提高整个系统的换热量[11] 。但对不同体型的水箱与 不同末端形式下的放热规律，仍缺少实验研究[12] 。 1 实验系统 图 1 为实验系统及测点布置图，其中，T 为环境温度测点，T 为室内中心温度测点， h s 实验通过手动调节阀门，实现切换不同水箱对不同末端的放热。 图 1 实验系统及测点布置图 实验系统主要设备及实验数据采集情况如下： （1）、实验房