摘要
蓄热系统是解决太阳能供暖/生活热水系统中集热和用热不匹配的关键环节。以满足太阳能供热系统在不同时段高效供暖和生活热水的不同运行模式灵活需求，提出了一种分层-掺混柔性转换一体式的蓄热水箱装置，实现既定工况下分层和掺混双功能切换。针对此结构装置，采用实验和模拟研究方法，分析了不同水温、流量及管径因素下蓄热系统分层效果和掺混响应特征，采用蓄热效率和分层㶲效率衡量蓄热系统热力性能，提出了掺混反应系数表征快速掺混功能的有效性，给出了蓄热水箱分层-掺混切换效果的性能评价方法。
研究发现：带有分层装置蓄热水箱的㶲效率比常规蓄热水箱可提高10%~15%，在分层模式下，进水温度对蓄热水箱的分层效果影响最大，流量影响次之，分层管径变化的影响较小。其中，推荐最佳流量范围为4 L/min~6 L/min，在掺混模式下，蓄热水箱掺混喷嘴使掺混反应系数降低0.27，显著缩短掺混时间，研究结果为满足用户灵活热需求及实现分层-掺混双功能应用提供一定指导。
关键词：蓄热系统；温度分层；热量掺混；功能切换；
太阳能供暖系统中温度分层良好的蓄热水箱，既能降低集热器进口温度，提高集热效率，又能增加供热能力，减少辅助用热，提高太阳能热利用效率。对于太阳能生活热水系统，温度相对均一的蓄热水箱，能提供大量温度均匀的生活热水。太阳能供暖和生活热水系统用户用热需求不同，对蓄热水箱的功能要求有所差别，而常规蓄热水箱大多采用固定供回水管进出蓄热体，供水温度与用户多变的需求难兼顾。将蓄热水箱的分层-掺混功能一体化、灵活调节蓄热水箱的分层和掺混模式，可满足不同用户热需求。
（1）分层-掺混柔性转换太阳能蓄热实验系统
(2) 分层-掺混蓄热水箱模型及热力性能分析
研究提出了一种新型的分层-掺混柔性转换太阳能蓄热系统装置。通过水箱内的动压和热压的综合作用实现蓄热水箱分层，以及通过热水喷口实现水箱快速掺混，采用实验和数值模拟的方法研究了不同的结构参数和操作参数下，蓄热水箱的分层效果和掺混响应特性，为太阳能供暖及热水用户不同热需求下蓄热系统一体化设计提供参考。
作者
Dengjia Wang1,2*, Hui Liu2, Yingying Wang1,2, Kaili Liu2, Yanfeng Liu1,2, Meng Gao2, Jianhua Fan3
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本文由西安建筑科技大学、丹麦科技大学合作完成。学生作者为刘凯丽硕士研究生，现就职于中国市政工程西北设计研究院有限公司。通讯作者为西安建筑科技大学王登甲教授，共同作者包括西安建筑科技大学刘艳峰教授、王莹莹教授、刘慧博士生，丹麦科技大学樊建华教授、高萌博士生。
Wang D, Liu H, Wang Y, et al. (2023). Thermal performance and evaluation of a novel stratified and mixed flexible transformation solar heat storage unit. Building Simulation, 16: 1881-1895.
https://doi.org/10.1007/s12273-022-0930-z
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分层-掺混柔性转换太阳能蓄热系统热力性能及评价
期刊介绍
Building Simulation 2008年创刊，是世界上第一本有关建筑模拟领域最新研究成果的英文学术期刊，跨多种学科领域，涉及建筑技术、土木工程、建筑学、环境工程、能源及动力工程等，致力于为中外同行提供一个高水平的学术交流平台。被SCI、EI Compendex、Scopus、CSCD等数据库收录。2023年SCI影响因子5.5，在JCR两个学科领域均位于Q1区；位于中科院期刊分区，工程技术类1区。
