温室双集热管多曲面槽式空气集热器模型构建与应用

为定量分析并预测复杂多变的室外工况对双集热管多曲面槽式空气集热器热工性能的影响,该研究针对双集热管多曲面槽式空气集热器结构及光学性能,结合能量守恒理论分析其传热过程,采用有限元及集总参数法建立其数学模型,并通过搭建双管集热器热性能测试平台和北京地区实际温室系统验证其有效性。结果表明:无论双管集热器反射槽体外是否贴附保温层,其数学模型的平均绝对误差为±0.9℃,平均相对误差为3.7%,误差分析指数IA(Indexof Agreement)可达0.994;对于北京地区实际工程中的16 m双集热管多曲面槽式空气集热器串联集热系统,其数学模型能够较为准确的给出不同室外工况及不同串联长度的集热系统出口空气温度,其平均绝对误差为±(1.3～2.7)℃,平均相对误差为5.4%～7.0%,误差分析指数IA为0.988～0.994。该模型为指导太阳能空气集热器在日光温室中的最优配置及其运行策略提供方法手段及技术参考。     

日光温室顶部菲涅尔透镜的光热分离特性研究

为了进一步提高日光温室内主动蓄放热的热能利用效率,该研究在日光温室内的顶部空间,构建了基于曲面菲涅尔透镜的直散分离系统,该系统对顶部区域的空间利用率为25.8%。利用光学仿真软件对不同入射角的太阳光进行追踪,并对该曲面菲涅尔透镜在典型日条件下的接收效率和焦斑分布进行分析,得到一日内的变化规律。在直射光集热测试方面,正午时段内,该系统的集热效率可以达到45%。对比散射光环境对温室的影响,发现试验区全天光照度减小约为10%~40%。该文以主动集热土垄加温系统提升栽培土垄温度作为试验组,并与不加温对照组进行了比较。试验结果表明,系统可提高土垄温度4.5~5.0℃。连续晴天情况下,土垄加温系统的COP(coefficient of performance)为1.5~1.9。研究表明此新型温室集热方式可提高空间利用率,改善温室内光热环境,同时利用午间强直射光集热,实现太阳能综合利用。     

日光温室用双集热管多曲面槽式空气集热器性能试验

为了提高日光温室太阳能利用率,该研究提出了一种新型双集热管多曲面槽式空气集热器,并与该研究团队提出的日光温室太阳能主-被动"三重"结构相变蓄热通风墙体相结合构成太阳能主动集热蓄热系统,应用于乌鲁木齐日光温室。基于光学与传热学理论,重点考察了集热器结构(双集热管相对位置、长度)、集热器内空气流速、集热器进口温度、太阳辐射强度等参数,对该集热器光学性能和集热性能的影响规律。大量实验室试验及现场应用研究结果表明:1)新型双管集热器与同类型的单管集热器相比,空气流量增加了一倍、单位面积集热量增加了16%、集热效率提高了9%,冬季无跟踪条件下的集热效率为44%~52%;2)2015年11月-2016年2月乌鲁木齐日光温室应用实测结果表明,在集热器长度为16 m、管内空气流速为2.0 m/s的条件下,晴天集热系统可为日光温室提供约50~65 MJ的太阳热能,冬季累计可提供约5 325 MJ的太阳热能。研究结果为日光温室高效利用太阳能主动供热提供了新的技术方法参考。