Applied Energy | 太阳能生活热水同时充放电潜热储能系统的设计研究背景

发布时间：2025-06-09 10:08

太阳能热水系统通过保温设计，延长热水使用时间。 #生活常识# #环保节能技巧# #太阳能利用#

研究背景

太阳能是一种用于生产家用和工业应用的具有前途的可再生资源，它对世界总能源消耗做出了重大贡献。然而，太阳辐射和能源需求之间存在时间不匹配，这可以通过使用相变材料（PCM）的潜热热能存储（LHTES）系统来解决。相变材料在等温相变过程中以潜热的形式管理热能，通过熔化储存能量，固化释放能量，其中后者由于相关的传热测定而带来了一系列特殊的挑战。相变材料每单位体积可以储存比水多14倍的能量。因此，根据LHTES系统所考虑的温差，PCM可以通过提供更高的存储容量来减少LHTES的重量和所需的空间。LHTES可以提供高储能能力，以调整太阳能供应和热能需求之间的不匹配，特别是在与太阳能家用热水（SDHW）系统集成的情况下。当太阳能可用时，这些存储系统存储能量（充电），当对生活热水有需求时，这些系统释放能量（放电）。由于对热能（放电）的不规则需求和白天太阳辐射的可变性，LHTES系统可以在单独的时间间隔或同时充电和放电。为此，来自南京工业大学机械与动力工程学院杨谋存教授团队针对换热器，选择管壳结构，在SCD模式下运行的壳管式LHTES系统中，PCM储存在壳体内，而壳体内提供两个管道（见图1），用于冷热传热流体（HTF）。同时他们研究了垂直壳管LHTES系统在SCD模式下与SDHW应用耦合的性能以及壳管LHTES系统的取向对其性能的影响，对SCD模式下不同倾角的壳管LHTES系统进行了能量分析并优化了偏心壳管LHTES系统，计算了最佳径向和切向偏心度。最终选择了水平壳管LHTES配置，并调查了壳体内传热流体管的径向和切向位置对SCD模式下LHTES系统性能的影响。

相关成果以“Design of a latent heat thermal energy storage system under simultaneous charging and discharging for solar domestic hot water applications”为题发表在国际能源领域顶级期刊《Applied Energy》（IF=11.446，JCR一区，中科院一区TOP）上。

研究结论

在这项工作中，研究人员优化了潜热热能存储系统。当这些配置最初被放电时，SCD运行模式不适合配置T1（水平计数定向传热流体管）和T2（无22.5◦的径向位移和切向位移）。因为LHTES被放电，所以这种操作模式对能量需求具有挑战性，并且在所有配置中，R1和R2具有令人满意的性能。与性能最低的配置T1相比，R2的总释放能量提高了105.47%。R1的性能与R2非常接近，对需求的响应几乎相似，总释放能量增加了103.02%。构型R1具有高的释放和获得能量，获得能量提高了22.74%，释放能量提高了约2%。

研究数据