太阳能低温相变蓄热装置的设计与应用

太阳能采暖具有间歇性,易受天气等影响,是制约其普及的一个重要因素。将太阳能与低温相变蓄热装置相结合,在日光充足时利用太阳能采暖并蓄热,在夜间或光照不足时释放热量供给温室采暖,有助于提高系统的稳定性和太阳能的利用率,并提高太阳能采暖系统的灵活性,为冬季温室采暖节省成本。结合试验温室基本情况,经过初步计算,设计出适合的太阳能集热系统及与其联用的低温相变蓄热装置,以期为冬季温室采暖提供新思路,降低农户运行费用,为温室的管理及植物的生长提供必要的条件,同时减少环境污染,为太阳能集热系统相变蓄热装置的设计优化及应用提供参考。     

传统墙体与主被动式太阳能相变蓄热墙体热性能比较研究

日光温室是一个体形系数很大的设施农业建筑,温室的建筑墙体构造方式及其建筑材料热物性等都直接影响墙体保温与蓄热特性乃至温室热环境。该研究基于课题组研发的GH-20相变材料,以传统墙体、被动式太阳能相变蓄热"三重"墙体、主-被动式太阳能相变蓄热"三重"墙体为比较研究对象,结合实测结果,分析比较了墙体构筑方式、材料热物性等因素对日光温室墙体热性能的影响规律。研究结果表明,较传统墙体,被动式太阳能相变蓄热"三重"墙体、主-被动式太阳能相变蓄热"三重"墙体的表面温度夜间明显高于传统墙体,早晨保温被开启时相差最大,为3.0℃;传统墙体中间层温度变化幅度最小,主-被动式墙体中间层的温度变化幅度明显提高,最大为14.4℃、最小为2.2℃、平均为7.5℃,中间墙体层的显热蓄热"热库"作用显现;夜间,被动式太阳能相变蓄热"三重"墙体、主-被动式太阳能相变蓄热"三重"墙体的放热量分别提高了103%和118%,其中51%的放热量在后半夜(2:00～10:00)释放,有效地改善了夜间温室热环境,相变材料的"热量开关"作用显现。     

相变储能材料在温室大棚保温中的应用

温室大棚生产在冬季的生产效益最显著,但是由于冬季气温较低,对温室大棚内的作物造成不利的影响,因此有效的增温、保温成为保证温室大棚在冬季优质高效生产的重要技术。基于此,探讨了相变储能材料在温室大棚温度控制中应用的可行性,并介绍了一款新型相变储能换热器的设计,以期为相变储能材料在温室大棚保温中的应用提供借鉴。     

太阳能结合温室栽培床智能加温系统的设计

为实现温室内全天供热、变温管理和节能的目的,结合大型玻璃温室和无土栽培技术要求,确定了总体加温结构设计方案和工作原理,对主要装置集热器进行选型和结构设计;利用Solidworks三维建模对太阳能板的安装和排布进行说明和分析,并结合当地的气象资料对单位面积的集热效率进行经济性分析,考虑太阳能的不稳定因素,分别设计了主加热及辅助加热系统。结果表明,对太阳能集热的设计和科学的安置有效地提高了太阳能的利用率;与传统电加温进行经济性计算,在20年内单位面积可节约能源12 942.46 k W·h,为我国现代化温室加温系统的研究提供了参考。     

温室太阳能与空气源热泵联合加温系统的试验

为了探索太阳能、空气源热泵技术在设施农业领域的应用方法和发展潜力,寻求解决温室加温费用高、存在污染等问题的方法,对一种用于温室的太阳能和空气源热泵联合加温系统进行了实验研究,介绍了系统的总体设计和试验方法,并在昆明地区对系统性能和温室加温效果进行了实验。结果表明：在昆明地区最冷月1月,蓄热水箱平均水温可达41.1℃,空气源热泵运行时,制热系数COP平均值均在3以上。无论晴天还是阴天,温室都能够满足作物生长需求。为太阳能空气源热泵联合作为温室有效的加温系统提供了一定的理论依据。     

磷酸氢二钠相变墙板在温室中的应用效果

为改善日光温室热环境,以十二水磷酸氢二钠为相变材料,依据普通温室墙体夜间累计放热量计算出相变材料的用量为16.7kg/m2,在此基础上制备了十二水磷酸氢二钠相变蓄热墙板。建造后墙结构为"80mm相变蓄热板+40mm×60mm×2.5mm方钢+80mm菱镁聚苯保温板"日光温室,与"240mm红砖+100mm聚苯板+240mm红砖"后墙温室比较。结果表明:典型晴天时,相变蓄热板温室的气温波动幅度比对照小4.2℃,最低气温高1.5℃,最高气温低2.7℃,平均气温高1.2℃,相对湿度增加3%,墙体夜间累计放热量略大于对照;典型阴天时,相变蓄热板温室的平均气温比对照高1.6℃,相对湿度提高2.6%,墙体夜间累计放热量增加0.16MJ/m2。与此同时相变蓄热板墙体造价比对照低22元/m2,土地利用率提高4.2%~12.2%。综合保温蓄热性能和建造成本,相变蓄热墙板是一种有推广价值的温室墙体类型。     

复合相变墙体材料在温室大棚后墙中的应用

随着我国农业科技水平的不断提升,温室大棚被广泛应用在农业领域,它能利用太阳能辐射吸收储存热量来维持棚内温度,使农作物稳定生长.由于传统温室大棚保温性较差,夜晚无法有效收集热量,导致温度骤降,农作物受冻,额外的供热方式会增加能耗,污染环境.因此,对温室大棚建造加以优化,利用复合相变墙体材料建筑温室大棚后墙可以使大棚夜间供...     

相变储能材料在设施园艺中的应用前景探讨

引言 近年来，世界范围内的能源危机不断加剧，提高能源使用效率和开发可再生能源成为当前人们面临的重要课题。相变蓄热材料作为一种高效的储能材料，在设施园艺中用于温室大棚的温度调控，其发展前景非常广阔。     

温室地下蓄热系统换热管道流速分布与蓄热性能研究

基于作物幼苗期对气温与土壤温度的要求,设计了一种新型地下蓄热系统,对影响换热管道内热量交换的主要因素--空气流速进行测试.结果表明,空气流量在各换热管道内分布均匀,且管内空气流动呈紊流状态,有利于增强空气与管壁间的对流传热;理论分析可知,该蓄热系统能够贮存大量热能,且蓄热量大于其消耗的电能,节能效果明显.     

地源热泵空调系统在温室中跨季节蓄热运行的性能

温室作为设施农业的主体,其温度调节尤为重要。通过地源热泵空调系统,对温室进行跨季节蓄热,高效节能,清洁环保。以北京某温室及其地源热泵空调系统为研究对象,分析跨季节蓄热系统在温室中的运行性能。采用DeST软件进行建模,分析负荷和室温变化规律,确定系统的运行特性,再结合工程实际数据,探究地源热泵空调系统的运行效果,分析系统运行的稳定性。结果表明,全年热、冷负荷总量比值为1.0:1.1,可实现温室能源跨季节的自供给利用;温室室温维持在20.0～25.0℃,能够满足高档花卉的生长温度需求;热泵源侧进水温度维持在11.4～23.7℃,可以满足相关规范要求;全年地埋管处土壤温度升高1.3℃,变化相对稳定。综上可知,地源热泵系统在温室中运行效果显著,稳定性较强,具有良好的经济和节能减排效益。     

日光温室自然对流蓄热中空墙体蓄放热效果研究

研究新型自然对流循环蓄热中空墙体的蓄放热效果,采用自计式传感器连续测试墙体内的温度分布及室内表面的热流量,对该墙体的蓄放热特性进行研究。结果表明:新型墙体内部的温度分布规律与传统的实心墙体构造不同,从内表面至外表面,并不是持续下降的趋势;在晴天白天,内部中空层两侧墙体表面的温度高于相邻实心构造部分,但比中空层空气温度的19.2℃分别低2.2和3.7℃,表明墙体深处处于蓄热状态;清晨温度较低时刻,中空层两侧表面温度分别比其中空气温度的11.7℃高出1.3和0.8℃,表明墙体内部直至清晨仍处于放热阶段。墙体内各点的温度波动幅度显示,晴天中空层两侧表面和空气温度的波动幅度分别可达4.9、4.0和8.2℃,表明墙体内部表面蓄热放热作用显著;阴雪天气下也表现出一定的蓄热放热效果。研究表明,该新型自然对流循环蓄热中空墙体构造可以有效调动墙体深处材料参与蓄热放热过程,显著增加墙体的总蓄热放热面积。     

温室太阳能污泥干化系统的设计及试验研究

为提高污水处理厂污泥处理处置水平,探求温室太阳能和热泵技术在污泥干化领域的应用方法,设计一种新型温室太阳能污泥干化系统。该系统主要由温室、翻泥机、辅助热源、通风系统、保温系统组成。在河南地区对系统的核心部件,扰流风机、翻泥机和热泵系统进行了热性能试验研究。结果表明:扰流风机扰乱了温室内部的温度分布,使上部的热能向下部流动,温室底部温度提升了3~5 ℃;在本研究涉及的风速范围内,风速为2~6 m/s时对污泥干化起促进作用,6~8 m/s时,干化含水率减小缓慢,此时对污泥干化系统扰动较大。翻泥机翻泥的时间间隔与温室内热能相关,间隔为30~70 min范围内与干化含水率存在线性关系;在太阳能不足的冬季使用水源热泵系统较使用空气源热泵系统污泥干化含水率提高了11%,双系统较水源热泵系统提高了8%。试验验证结果表明:1 000 m²的温室污泥干化系统,日均处理污泥约10 t。     

日光温室后墙夜间非稳态导热特性研究

【目的】对日光温室后墙夜间的非稳态导热特性进行研究,为发挥后墙保温作用提供理论依据。【方法】在位于山东泰安的试验温室内,分别于温室后墙距地面0.1,1.1,2.1,3.1和4.1m处及地面距离后墙0.1m处设置测点,选取2015年越冬季某一晴天和阴天,在18:00至翌日06:00,每隔1h测定后墙各测点的温度和热流密度,计算各测点温度变化率、热流密度积分值、后墙内部热量流动量,以及后墙与地面之间的热量流动量,研究夜间温室后墙不同高度蓄热量变化与放热量之间的关系、地面温度与后墙温度之间的关系,以及后墙内部和后墙与地面之间的热量流动。【结果】晴天夜间后墙中上部蓄热量变化基本相同且大于后墙下部蓄热量变化,后墙中上部放热量逐渐降低然后趋于平稳,后墙下部放热量逐渐增多,后墙中部放热总量最多;后墙温度24:00之前高于地面温度,24:00之后低于地面温度,后墙与地面之间存在热量流动;后墙内部热量流动数量占后墙放热总量的比值为14.2%。阴天夜间后墙中上部蓄热量变化基本相同且大于后墙下部蓄热量变化,后墙放热量从上到下逐渐增多;后墙温度低于地面温度,地面流入后墙热量占后墙放热总量的比值为3%;后墙内部热量流动数量占后墙放热总量的比值为25.5%。【结论】后墙高度、后墙不同高度蓄热量影响后墙不同高度放热量;后墙高度对放热量的影响贯穿后墙放热过程的始终,后墙蓄热量对放热量的影响主要集中在后墙放热前期;后墙热量存在自上而下的整体迁移流动。     

下挖式日光温室夜间土壤非稳态导热过程

针对日光温室土壤温度不均衡的问题,运用传热学非稳态导热理论,测定分析跨度方向上不同测点地面温度变化率和土壤放热量之间的关系,对下挖式日光温室土壤夜间的非稳态导热过程进行研究。结果表明:1)日光温室地面放热量受地面温度和跨度位置综合作用,地面温度越高、跨度位置越大,土壤放热量越多;2)不同测点地面温度变化率和土壤放热量不成比例,土壤存在水平方向上的热量流动;3)土壤边际效是受到后墙下土壤、温室外土壤缓冲作用引起的;4)本试验中,受后墙下土壤缓冲,土壤放热增加量占土壤放热量比例为6.06%～7.34%;受温室外土壤缓冲,土壤放热减少量占土壤放热量比例为31.8%～50.28%;边际效应对土壤温度环境具有不利影响。     

大跨度非对称酿热温室热环境及节地增产效果分析

【目的】设计一种大跨度非对称酿热温室(GH-F),探究其保温蓄热性能,为未来温室设计提供新思路和理论依据。【方法】GH-F依据传统日光温室采光保温原理设计,东西走向,南北非对称,跨度17.0 m,其南部10.0 m,北部7.0 m,北部底端内侧根据温室长度配置30.0 m×1.0 m×1.0 m的农业废弃物发酵酿热槽。以传统日光温室(GH-P)和大跨度双层内保温大棚(GH-D)为对照,采用理论分析的方法比较3种温室在最大采暖负荷(室内外温差20℃)下的散热量,通过试验测定3种温室冬季晴天光照强度日变化及冬季典型晴天、典型阴天、典型雪天条件下的保温蓄热性能,并对3种温室建造的投资成本与节地增产效益进行计算。【结果】根据温室热负荷静态模拟理论,在夜间室内外温差20℃条件下,GH-F、GH-D和GH-P室内散热量分别为51.21,45.99,41.86 W/m~2。GH-F的保温性能低于GH-D和GH-P,故建造酿热槽来弥补其保温蓄热性能的不足。实测结果表明,在2016-01-01-2016-01-31,酿热槽1月份平均温度高出室内气温24.7℃,可有效向外界释放热量。在冬季典型晴天条件下,GH-F、GH-D及GH-P夜间平均气温和地温分别为7.9,5.0,8.0℃和12.0,10.4,10.7℃;典型阴天条件下,室内夜间平均气温和地温分别为8.7,5.8,7.3℃和11.3,9.1,10.9℃;典型雪天条件下,室内夜间平均气温和地温分别为8.9,6.5,7.1℃和11.6,9.8,9.3℃。GH-F的日平均气温分别比GH-D和GH-P高2.1～3.0和0.7～2.1℃;GH-F的日平均地温分别比GH-D和GH-P高1.4～2.0和0.5～2.2℃;在室外最低气温为-14.3℃的极端天气下,GH-F夜间最低气温为5.3℃,比GH-D和GH-P分别高出3.8和0.8℃。统计结果表明,GH-F实际建造成本为180.06元/m~2,比GH-D及GH-P分别低59.97和170.02元/m~2;与GH-P相比,GH-F土地利用率提高29.93%,番茄产量提高1.80 kg/m~2。【结论】大跨度非对称酿热温室冬季温度、土地利用率和实际种植效益均优于传统日光温室,适合在黄河中下游及淮河流域类似气候条件的地区推广应用。     

不同墙体结构日光温室性能测试及分析

为提高日光温室冬季保温蓄热的能力,同时推动日光温室的快速建造,设计3种新型墙体结构的日光温室:相变固化土主动蓄热温室(G2)、模块化素土主动蓄热温室(G3)、现浇混凝土被动蓄热日光温室(G4)。测定3种温室室内环境,以传统主动蓄热温室(G1)为对照温室进行对比分析。结果表明:4种温室在典型晴天条件下夜间的平均温度分别为15.7、16.4、17.8、16.6℃;在典型阴天情况下夜间的平均温度分别为12.4、13.8、13.8、13.1℃;在连续雪天情况下最低平均温度分别为7.3、8.3、8.8、7.8℃。G3即模块化素土主动蓄热温室在夜间和连续低温条件下都表现出了较好的保温性能,能够在室外温度较低时给室内作物提供更好的生长环境,且建造方便,在适宜日光温室发展的地区具有一定的推广价值。     

日光温室墙体不同保温材料对其保温性影响

新型保温材料应用是提高日光温室保温性能重要措施之一,文章选取常见保温材料聚苯乙烯泡沫板(EPS),聚苯乙烯挤塑板(XPS),酚醛酯板(酚醛树脂),聚氨酯(聚氨基甲酸酯)作试验材料,在温室其他参数一致前提下,以日光温室典型夹芯墙体为对照,对比墙体相同热阻值下日光温室墙体不同保温材料应用效果。结果表明,聚氨酯外保温复合墙体表现最优,XPS外保温处理效果次之,酚醛酯最差。聚氨酯外挂有效热积累量分别较对照提高1.021 MJ·m~(-2),较其他处理最大提高0.835 MJ·m~(-2),温室晴天、阴天气温比对照分别提高2.3、2.0℃,日平均地温提高1.6℃,晴天、阴天气温较其他处理最高分别提高1.2和1.1℃,日平均地温提高0.8℃。综上,聚氨酯可作为日光温室墙体外保温推荐材料。     

日光温室墙体一维导热的MATLAB模拟与热流分析

为探明日光温室墙体层间温度变化及热量传递动态规律,采用有限差分法建立墙体一维非稳态导热模型,利用MATLAB编制相应的模拟程序,计算出日光温室墙体各点的温度和热流。结果表明:该模型能够比较准确模拟日光温室土墙的温度。墙体内侧存在有效蓄热层,它对日光温室室内热环境有积极的作用。墙体有效蓄热层的热流白天指向墙体外侧,夜间指向墙体内侧,因此它的厚度直接根据热流的方向确定。有效蓄热层与天气、墙体总厚度以及墙体热特性参数有关。2012-12—2013-01期间有效蓄热层厚度为0.26~0.45m不等,最大值出现在连续雪天。同时从理论上验证了3.0m厚的温室土墙内部存在热流相对稳定的"热稳定层"。