太阳能平板集热器串联阵列运行特性的数值模拟

以串联平板集热阵列为研究对象,通过建立串联集热阵列集热模型,计算分析不同集热介质循环流量、不同辐照度、不同室外环境温度下阵列的集热特性。结果表明:集热工质循环流速对集热阵列的集热效率影响显著,阵列数目越多,集热效率差异越大,当循环流速高于1m3/h时可获得较高的集热效率;当太阳辐照度高于100W/m2时,集热阵列的散热损失量小于集热量,集热循环开启,且集热阵列的集热效率随辐照度的增加稳定于0.65~0.72之间,表明高辐照度下集热阵列的温度较高,散热损失的增加使得集热效率基本为定值;室外环境温度增加使集热工质出口温度逐渐增加,对集热效率影响较大。     

日光温室带竖向空气通道的太阳能相变蓄热墙体体系

基于已有日光温室专用多曲面槽式空气集热器,提出一种带竖向空气通道的太阳能相变蓄热墙体构筑体系,通过主动与被动相结合的蓄热方式,提高日光温室后墙体的太阳能热利用率。为了验证构筑体系的科学性和可行性,分别搭建了日光温室专用多曲面槽式空气集热器试验系统和带竖向空气通道的相变蓄热墙体试验系统,分析了太阳辐射强度、集热器内空气流速、日光温室中间显热蓄热墙体层内空气流动参数(空气流速、空气通道间距、空气流动方向)等对空气集热器太阳能热利用率以及墙体主动蓄热能力的影响规律。研究结果表明:当集热器内空气速度为1.4~1.8 m/s时,集热器的综合集热性能最佳,集热量随着太阳辐射强度的增加而升高;当墙体内竖向空气通道间距为400 mm、空气通道内空气速度为0.26 m/s、空气流动方向为上进下出时,相变蓄热墙体换热效率为66.2%,主动蓄热量约为9.43 MJ/m3,其中中间砌块层的蓄热量约占82.3%,墙体日蓄放热效率为98.4%。     

预制式太阳能集热板采暖系统试验研究

设计一种预制式太阳能集热板采暖系统,对该采暖系统进行结构设计和性能试验测试。采暖系统主要由预制式太阳能集热板、风机、输气管道、蓄热器、散流器、控制箱等。通过试验结果表明,系统的集热效率受环境温度、风速、系统进出口温度、太阳辐射量影响。当太阳辐射量变化幅度不大时,系统的集热效率受进出口温度的影响较大。室内温度最高可达到28℃,系统集热效率在18%左右。太阳能采暖系统可以有效地为房屋供热,多余的热量利用蓄热装置储存起来,供给夜间使用,从而实现24小时供热的目标。     

日光温室集散热增温蓄热系统的优化与试验研究

为研究设计适用于南疆和田地区日光温室冬季夜间增温蓄热设备,设计了日光温室集散热增温系统,改进了系统集散热器,测试了系统冬季夜间增温蓄热效果,分析了系统对日光温室空气温度、相对湿度以及0cm深土壤温度和15cm深土壤温度的影响和系统集放热效率。试验结果表明：系统在典型晴天试验温室较对照温室温度可以增温4.3℃,试验温室较对照温室平均相对湿度降低8.65%;阴天试验温室较对照温室平均温度增温2.4℃,平均相对湿度降低6.8%,且系统综合平均集热效率为52.6%,表明该日光温室增温系统在和田地区富余的光热资源条件下具有显著效果。     

基于毛细管网的日光温室主动式集放热系统研究

为了对比日光温室传统保温蓄热后墙与基于毛细管网的主动式集放热系统（AHSCTM）的集放热性能,对AHSCTM的集放热性能进行了测试,构建了AHSCTM水温模型,利用一维差分法对相同环境条件下的外保温复合墙（370mm黏土砖和100mm聚苯乙烯板复合而成）日间储热量和夜间放热量进行了模拟。结果表明,AHSCTM的日间储热量和夜间放热量分别为相同条件下外保温复合墙的84.4%~111.3%和74.8%~100.7%,AHSCTM的COP（Coefficient of performance）为1.1~2.4。在夜间运行期间,AHSCTM放热量是相同时间段内外保温复合墙的98.2%~172.5%。因此,与外保温复合墙相比,AHSCTM有利于提高室内最低气温。改进AHSCTM的日间储热量和夜间放热量得到大幅提升,分别较外保温复合墙高67.6%~112.1%和69.0%~128.3%,COP可达2.8~7.0。改进AHSCTM的储放热性能优于外保温复合墙,说明利用改进AHSCTM配合保温墙体替代传统保温蓄热后墙是可行的。     

太阳能集热器集热的研究现状及展望

收集了大量国内外相关文献,回顾与总结了国内外太阳能集热器集热方法及效率的研究现状,为新疆太阳能集热器对日光温室进行加温的研究提供理论基础和科学依据。根据国内外文献总结得出,提高集热器的集热效率是目前提高集热器性能的主要攻关方向,提高集热效率,可以大量节省对化石燃料的使用,减少有害气体对环境的污染。使用太阳能集热器代替热风炉对日光温室进行加温是未来日光温室加热使用清洁能源的发展方向。      

主动采光蓄热型日光温室性能初探

研究了一种新型主动采光蓄热型日光温室,该日光温室应用了倾转屋面技术和主动蓄热风机系统技术,实现了人为调节日光温室采光面角度和提高后墙蓄热效率,并对其温光性能进行了试验研究。试验测定了位于陕西省子长县现代农业示范园内的试验温室,并选取2013年冬季冬至日、典型多云天和典型晴天的试验数据,分析研究了主动采光蓄热型日光温室与普通日光温室室内光照度和温度的差别。在本试验条件下,与普通日光温室相比,冬至日主动采光蓄热型日光温室室内光照度平均提高了15.42%,平均温度提高了2.6℃;典型多云天时主动采光蓄热型日光温室室内光照度平均提高了11.73%,平均温度提高了2.1℃;典型晴天时主动采光蓄热型日光温室室内光照度平均提高了21.28%,平均温度提高了5.6℃。与普通日光温室相比,主动采光蓄热型日光温室冬季室内的平均光照度和平均温度均有明显提高。     

基于Comsol和BBD的折流板太阳能空气集热器结构优化

太阳能空气集热器是太阳能干燥系统的重要部件,集热器结构设计对集热性能具有重要影响。设计一款基础折流板集热器,通过太阳能模拟器测试集热器在一定边界和材料参数条件下的出口温度。基于Solidworks和Comsol构建集热器三维实体模型,采用reliable k ε湍流模型数值研究集热器的集热性能。结果表明,出口温度试验值和模拟值相对误差小于0.70%,数值模拟有效,可靠性高。基于BBD（Box Behnken Design）试验和响应面法,研究折流板不同倾斜角度组合对集热性能的影响,分析试验结果得到最佳参数组合：折流板1倾斜角度为-10°,折流板2倾斜角度为10°,折流板3倾斜角度为-10°,折流板4倾斜角度为10°,并以此优化集热器折流板布置,得到一款倾斜折流板集热器。与基础折流板集热器相比,倾斜折流板集热器出口温度升高1.63 K,集热效率提升4.01%,入口、出口压力损失降低44.80%。基于流体旁通效应,对折流板进行开孔,进一步优化吸热板的积热和流场分布,得到一款开孔型倾斜折流板集热器。与基础折流板集热器相比,开孔型倾斜折流板集热器出口温度升高2.03 K,集热效率提升4.99%,入口、出口压力损失降低43.13%。对开孔型倾斜折流板集热器入口风速条件进行单因素试验,得到较优的入口风速条件,即0.5~1.0 m/s,可以满足农产品太阳能干燥需求。     

线聚焦型太阳能二氧化碳发生器性能研究

研究了一种线聚焦型太阳能二氧化碳发生器。分别在跟踪及非跟踪工况下,在呼和浩特地区测试并分析了系统的集热与产气性能。确定了系统的最佳运行方式,提出了气损率和产气能力2个系统性能评价指标。测试结果表明,跟踪较非跟踪工况,反应器内腔空晒最高温度、闷晒最高水温、最高集热效率分别提升16.30%、12.44%、94.50%;系统最佳运行工况确定为跟踪式。在产气原料分解温度范围内,系统集热效率为31.80%;测试阶段系统气损率为4.50%;当太阳直接辐照度在650~850 W/m~2范围内变化时,系统产气能力随太阳直接辐照度呈正相关变化。基于系统产气能力的变化规律,可计算不同规模线聚焦型太阳能二氧化碳发生器的具体结构参数。     

太阳能—地源热泵沼气池加热系统集热面积优化

针对集中供气型沼气工程加温需求和地源热泵式系统存在地下侧土壤温度回补问题,提出了太阳能-地源热泵复合式沼气池加热系统(ISGSHPS),并从经济和环保两方面将该系统与地源热泵和电热膜加热系统进行分析比较得出系统的最优太阳能集热面积。结果表明:最优集热面积主要与每年总加热时间、电价有关。系统最经济加热时间段为每年10月至次年5月;在电价低于0.5元/(kW.h)时,ISGSHPS不如单独的地源热泵系统经济;在电价0.5~1.0元/(kW.h)和高于1.0元/(kW.h)时,ISGSHPS的最优集热面积分别为24 m2和32 m2。目前,最合理的太阳能投资面积为24 m2,生命周期为20年的ISGSHPS相对地源热泵和电热膜系统总节约费用分别为10 830元和59 244元,CO2减排量约为74 t和266 t,有较大的投资潜力。     

基于太阳能的葡萄干燥装置设计与优化控制

针对我国新疆葡萄自然干燥周期长、干燥过程中灰尘多及伴有沙粒、虫子和褐变现象,使干燥品质降低的问题,设计开发了葡萄干燥装置。该装置采用太阳能集热装置和自动送风机构,能循环完成加热、去湿、烘干等工作。干燥装置主要包括集热系统、送风系统、温湿度控制系统、去湿系统等组成。试验结果表明:在控制太阳能集热器温度、风机风速、葡萄干燥质量等条件下,对新疆葡萄进行烘干作业,葡萄的干基含水量指标可达0. 1,干燥效果符合葡萄干品质要求。该装置设计合理,效果良好,为葡萄干燥作业提供了参考。     

日光温室根区热环境相变调控系统设计与性能试验

为探索一种节能高效的日光温室热环境调控模式,以鞍II型日光温室为原型制作试验温室模型并设计了相配套的日光温室根区热环境相变调控系统,包括相变集热单元、潜热储存与交换单元、根温调节单元、循环泵组和循环管路5部分,并制定出系统热性能测试方案。通过对比试验,研究系统在单路循环模式下运行对日光温室模型室内空气、栽培基质不同深度温度的调节效果,以及对温室模型中紫叶生菜幼苗生长指标的影响。结果表明,冬季运行条件下,系统可以有效蓄积太阳辐射热,实现日光温室的高效能量收集和热环境调控,减少室内空气温度波动,提高基质根区温度。典型晴天天气测试时,试验温室20 cm深度处基质平均温度均高于对照温室。此外,与对照温室相比较,试验温室中生菜幼苗的株高、茎粗、单株叶面积、最大叶宽可分别提高13.4%、11.9%、79.1%、35.3%,表明试验温室内热环境更利于紫叶生菜幼苗的生长。     

基于太阳能驱动的遥控移动草坪割草装置的设计

为了解决传统割草机污染严重、噪音大、劳动强度大等问题,设计了一套太阳能驱动遥控移动草坪割草装置.该装置主要由太阳能能源动力系统、控制系统、四轮驱动部分和切割收集部分组成.其主要特征是利用太阳能作为动力源,实现割草装置的正常运行;通过采用无线遥控代替传统的手推式操作方式,并以STC89C52单片机为控制核心部件,利用C语言编制控制程序,实现对草坪修整的远距离运动控制;通过改进传统割草机的切割收集方式,设计切割—收集—体化装置,利用刀片旋转的离心力作用,将割下的草甩到收集箱,提高了工作效率,减轻了劳动强度.     

寒冷地区日光温室水平地埋管蓄热效果研究

为研究寒冷地区日光温室应用太阳能土壤增温系统的地温变化情况和土壤蓄热效果,利用ICEM建立了二维水平埋管土壤蓄热物理模型,并基于试验工况运用FLUENT对典型日水平埋管与土壤的非稳态传热进行了数值模拟.结合试验数据和数值模拟进行分析,结果表明:白天土壤蓄积的热量可以保持夜间至次日系统运行前的土壤最低温度在10cm深处为...     

太阳能热泵开发的理论与实践

热泵技术是一种很好的节能型空调制冷供热技术,把热泵技术与太阳能热利用技术结合可提高太阳能集热器效率和热泵系统性能,同时解决全天候供热问题.为此,论述了太阳能热泵的技术原理和特点以及在提供热水方面的应用和研究现状.     

固定式太阳能喷灌系统喷洒水滴动能分布的研究

【目的】提高太阳能喷灌系统水力性能的稳定性和能量转换效率。【方法】采用激光雨滴谱仪测量技术,对225.7~1145 W/m²之间不同光照强度下的固定式太阳能喷灌系统水力特性参数进行试验研究,分析了单个水滴动能、单位体积水滴动能及动能强度等参数的分布规律,并提出了系统能量转换效率的测量及计算方法。【结果】光照强度对单个水滴动能影响主要集中在距离较近处的直径1 mm以下的小水滴;单位体积水滴动能随光照强度的增大先增大后减小并趋于稳定,其径向分布与建立的四次多项式模型拟合较好;动能强度随径向距离的增大而增大,在射程末端迅速减为0,光照强度为300.8~1018.8 W/m²时波动幅度较小;太阳能喷灌系统能量转换效率在24.59%~37.21%之间波动,光照强度为225.7~416 W/m²时,系统能量强度转换效率较高,稳定在36%左右。【结论】在光照强度为300.8~416W/m²时,动能强度波动幅度最小,能量分布更均匀,能量转换效率更高。     

太阳能-地源热泵式沼气工程加温系统TRNSYS模拟

利用TRNSYS软件对太阳能-地源热泵式沼气工程加温系统进行仿真模拟,得出该系统某一典型天和全年能量利用效果:在冬季最冷的典型一天,总供热包括热泵耗电量、水泵耗电量、地埋管和集热器总集热量共225.52 MJ/d;总耗热包括沼气池维护结构散热和加温料液负荷共208.57 MJ/d。除去无供热效果的水泵耗电部分,能量输入和沼气池热负荷基本趋于平衡;系统全年共消耗热量46 657.32 MJ,可再生能源(太阳能和地热能)提供74%;其中,太阳能热利用贡献63%,地热能贡献37%,表明该加温系统可高效利用可再生能源。系统全年向地下蓄热总量为7 630.99 MJ,吸热总量为12 954.81 MJ,蓄热量虽不能完全满足供热量的需求,但可以在一定程度上缓解土壤的冷热失衡。     

新型复合相变墙日光温室性能实测分析

日光温室墙体在温室蓄热保温方面起着非常重要的作用,对温室热环境有直接的影响。为此,对复合相变墙温室和普通温室进行了温度测试,通过对照分析发现低温条件下相变墙温室保温性优于普通温室,高温条件下相变墙温室室内温度波动幅度明显小于普通温室,相变墙内外表面温差波动幅度较普通温室墙体大幅减少,可以有效减少外界环境通过墙体对室内温度的扰动。试验结果表明:将复合相变材料应用于日光温室墙体中,可起到降低温室能耗,改善温室热环境,节能环保的积极作用。     

温室番茄不同灌水方式试验研究

采用Φ20标准蒸发皿的水面蒸发量为控制灌溉参数,研究不同灌水方式(覆膜滴灌、覆膜沟灌和覆膜小畦田灌)对温室环境和番茄生长和灌溉水利用系数的影响。试验结果表明:在秋冬茬口的日光温室内,与膜下沟灌和传统覆膜畦田灌溉比较,覆膜滴灌一定程度降低了温室湿度,保持了土壤水分一直处于较高的水势范围,使番茄产量和灌溉水利用效率达到最高。另外,采用覆膜滴灌时,灌水周期为3d,蒸发皿系数取1.0时,产量和灌溉水利用效率最高,推荐作为该茬口的灌溉制度技术指标。     

温室太阳能蓄热水池的节能分析

以严寒地区为例,对严寒地区温室太阳能蓄热水池的吸热和放热进行了理论分析。结果表明:布置在温室内的太阳能蓄热水池可用于收集和储存太阳能,白天收集的热量也可以有效地用于温室夜间供暖。采用严寒地区每月的日平均参数进行分析计算,结果表明:温室蓄热水池在严寒地区的3~1 0月节能效果显著。其中,6~8月节能10 0%,4月节能约6 0%,5月节能9 0%以上,9月节能8 0%以上,3月与10月节能30%左右。