相变式U形管太阳能集热器的性能

doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0732

化工进展 ›› 2021, Vol. 40 ›› Issue (2): 771-777.DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0732

相变式U形管太阳能集热器的性能

胡旺盛¹(), 张少杰²(), 张昌建¹, 熊楚超¹, 孙鹏飞¹

^1.河北工程大学能源与环境工程学院，河北邯郸 056000
^2.香港理工大学，香港 999077

收稿日期:2020-05-06 修回日期:2020-08-31 出版日期:2021-02-05 发布日期:2021-02-09
通讯作者: 张少杰
作者简介:胡旺盛（1996—），男，硕士研究生，主要研究方向为强化传热。E-mail：huwangsheng7899@163.com。
基金资助:
河北省暖通空调工程技术研究中心绩效评估项目(169676324H)

Performance of U-tube solar collector with phase change materials

Wangsheng HU¹(), Shaojie ZHANG²(), Changjian ZHANG¹, Chuchao XIONG¹, Pengfei SUN¹

^1.School of Energy and Environmental Engineering, Hebei University of Engineering, Handan 056000, Hebei, China
^2.The Hong Kong Polytechnic University, Hongkong 999077, China

Received:2020-05-06 Revised:2020-08-31 Online:2021-02-05 Published:2021-02-09
Contact: Shaojie ZHANG

摘要/Abstract

摘要：

通过结合太阳能集热器与相变材料（石蜡）搭建相变式U形管太阳能集热器性能测试平台，探究和对比与普通的U形管太阳能集热器在产水量和集热性能的表现。实验结果表明：石蜡的应用可以使U形管集热器的产水量增加462g，持续时间延长0.5h。在测定的工况条件下，相变式U形管太阳能集热器集热效率在夏季和过渡季节分别可以达到54.6%和28.51%。此外，随着工作介质流量的提高，夏季的有用热的提高率从38.26%降至14.66%，过渡季节有用热的提高率从38.67%降至13.85%。在实际应用中应考虑工作流量对相变式U形管集热器的影响。

关键词: 相变, 太阳能, 集热器, 集热性能, 测试

Abstract:

This study combined U-tube solar collector and phase change materials (paraffin wax) to fabricate an experimental platform for comparative investigation on water production and heat storage performance. The experimental results represent that the application of paraffin wax could effectively increase water production by 462g and working duration by 0.5h. At given test conditions, the thermal efficiency of U-tube solar collectors integrated with paraffin wax could reach approximately 54.6% and 28.51% in summer and transition season, respectively. In addition, the enhancement ratio of useful heat decreases from 38.26% to 14.66% in summer and 38.67% to 13.85% in transition season with an increase in the flow rate of the working medium. The findings suggest that the flow rate should be considered to optimize the application of U-tube solar collector integrated with paraffin wax in a practical project.

Key words: phase change, solar energy, collector, thermal performance, test

中图分类号:

TK512.4

胡旺盛, 张少杰, 张昌建, 熊楚超, 孙鹏飞. 相变式U形管太阳能集热器的性能[J]. 化工进展, 2021, 40(2): 771-777.

Wangsheng HU, Shaojie ZHANG, Changjian ZHANG, Chuchao XIONG, Pengfei SUN. Performance of U-tube solar collector with phase change materials[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2021, 40(2): 771-777.

图/表 8

图1 实验系统图

图2 U形太阳能真空管构造及温度测点布置图

图3 产水量与太阳辐射强度的关系及不同集热管产水量的对比

表1 石蜡热物性参数

相变温度/℃	密度/kg·m^-3	比热容/kJ·kg^-1·K^-1	相变潜热/kJ·kg^-1
38	850	2.1	170

图4 过渡季节流量为0.5L/min时温度测点变化

图5 夏季流量为0.5L/min时温度测点变化

表2 选定实验日期的气象情况

日期	实验流量 /L·min^-1	太阳辐射量 /MJ	室外平均温度 /℃
2019年10月29日	0.5	13.57	16.5
2019年11月1日	0.75	7.36	17.1
2019年11月2日	1	9.49	16.7
2020年7月28日	0.5	27.55	28.7
2020年7月29日	0.75	27.81	30.4
2020年7月30日	1	29.09	30.8

图6 过渡季和夏季不同流量对相变储能式真空管的集热性能的影响

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