主动式太阳能空气集热—土壤蓄热温室增温系统的研究

发布时间：2020-07-07 19:08

【摘要】： 太阳能是新能源中分布最广、使用最方便、最清洁的可再生能源。我国的大部分地区太阳能资源较丰富,具有利用太阳能的良好条件。但是我国的太阳能热利用目前仍然集中在太阳能热水器,利用太阳能的温室增温技术发展缓慢,远未实现市场化。因此,太阳能温室增温技术有着广阔的应用前景。 本论文研制一种以空气为载热介质的太阳能空气集热-土壤蓄热的增温系统,应用于农业温室。论文主要包括以下内容: 1.设计研制一种新型的主动式太阳能空气集热-土壤蓄热温室增温系统。该系统包括空气集热系统和土壤蓄热系统两部分。其中集热系统由平板型空气集热器组成,集热器布置在南北走向的温室大棚的东西两侧,面向正南。土壤蓄热系统由两根布置在温室内土壤80cm深处的东西两侧的纵向主管和若干根横穿温室土壤的PVC散热管组成。白天利用太阳能空气集热器加热空气,由风机把热空气抽入地下,通过地下管道与土壤的热交换,将热量传给土壤储存。夜间热量缓慢上升至地表,从而使土壤保持恒温。当夜间温室气温过低时,系统将自动启动风机,把地下贮存的热量,通过气流带到地上。由于土壤巨大的热容量,不仅可以将热量保持至夜间,甚至可以保持多天,供阴雨天加温,从而达到节约能源,使作物高产的目的。 2.设计制作了带空气夹层的双层薄膜覆盖保温层和保温门。加温温室的保温覆盖材料采用双层0.08mm厚的聚氯乙烯长寿无滴塑料薄膜,在两层塑料薄膜之间有10cm厚的空气层,用很轻的泡沫做成的长圆柱管支撑,既廉价又实用。与对照温室相比,采用带空气夹层的双层保温覆盖具有良好的保温效果,可有效避免温室在夜间的逆温现象。此外,在温室大棚的进出口处采用有隔层的保温门,可有效避免冬季人员进出温室引起的棚内热空气和棚外冷空气之间的强对流热损失。 3.对所设计的主动式太阳能空气集热—土壤蓄热温室增温系统进行了连续加温试验。试验结果表明:利用太阳能空气集热—土壤蓄热的温室增温系统,可使温室内气温平均每天提高3.3℃,地温平均每天提高2.5℃。夜间地温提高2.3℃,气温提高3.8℃。且温室增温系统具有良好的蓄热性能,白天的蓄热量可达228.9～319.1MJ,平均蓄热功率密度为211.9～295.5 W/m~2。试验结果表明,利用太阳能空气集热—土壤蓄热的温室增温系统是可行的,具有明显的白天蓄热、夜间放热的效果,并且还具有长期蓄热的潜力,可以满足农作物在连续阴天时的地温需要。 4.分析了主动式太阳能温室地下土壤的传热机理,在此基础上建立土壤蓄热系统的二维非稳态模型,并对其进行数值计算。此外,还分析了普通塑料大棚的能量收支情况,在此基础上对太阳能加温温室的保温覆盖材料、室内空气、室内水分、室内表层土壤进行了热平衡分析,并建立了各自的热平衡方程。 5.对温室地下土壤蓄热系统和主动式太阳能温室分别建立了三维数学模型,采用管道热空气进口速度和温度、天空辐射温度、室外空气温度、室外太阳辐照度、温室围护结构外表面的对流辐射换热系数、温室内1m深土壤温度等作为边界条件,选用标准k—ε湍流模型,运用Fluent6.0的分离隐式求解器进行三维非稳态数值模拟。通过模拟结果发现,模拟的土壤温度的变化规律与实际的土壤温度测量值的变化规律相同,实验值和模拟值吻合较好,二者的差值不超过2℃。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TK513
【图文】：

.3被动式太阳能温室的研究被动式太阳能温室，又叫日光温室(图1一1所示)，其原理就是利用温室自身作为集热器，无需占用温室外的土地，通过优化温室的结构型式、方位、采光材料、保温覆盖材料等影响因素来最大限度地利用太阳能。由于这种温室本身就是集热系统，因此，温室的采光和保温性能的优劣会直接影响到温室的微气候环境及地温情况，直接影响到温室生产的成败。图1一1连栋玻璃温室:31被动式太阳能温室采光性能的研究太阳辐射对温室有两重作用:一方面，太阳辐射作为热源，影响温室的温度，制约作物的生长发育;另一方面，太阳辐射作为光源，制约温室中作物的光合作用，而光合作用直接影响作物的产量和质量。因此，温室科研人员在温室设计中需重点考虑的问题

目前温室得不到广泛推广的最主要原因是能耗高。研究表明，温室中通过围护结构散失的能量占温室总散热量的60%一70%。所以温室的保温措施首先要针对围护结构11刀(如图1一2所示)o

内对温室进行加热，集热介质为亚甲基蓝溶液。试验结果表明:此方法可使温室中的空气温度比对比温室平均升高5℃.Tadilil60]研究了在种植草毒的温室内部放置具有选择性吸收太阳能的热水器来给温室加温(如图1一4所示)。试验结果表明，该系统能够调节温室内微气候，具有白天降低温室内气温，夜间给温室加温的效果。Hussainilel】等研究了在温室内部放置能够吸收太阳能的太阳池来给温室加温，并对其进行了理论分析。分析结果表明，在温室内部放置太阳池加温系统非常节能，可以节省温室从三月到十月之间温室加温所需的大部分能量。选择性吸收器秧苗图1一4内置太阳能集热器的加温温室哗】国内的刘群生【剑等人研制的实用集热调温被动式温室具有夏季白天可降温、秋冬季夜间可升温的效果。雷海燕【问等研究了将地热应用于温室冬季加温的技术，给出了蓄热式供热系统的模型。王顺生I闪等人研究了将太阳能集热调温装置固定在温室内北墙附近，利用冬季晴天对北墙部位的太阳辐射热量使水增温，利用所蓄的热量再给温室加温。试验结果表明:该装置白昼贮热与夜间加温效果明显，白昼集热可使水温提高20℃以上

【引证文献】

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本文编号：2745498