太阳能除湿系统中混合盐溶液的除湿/再生效率

太阳能混合盐溶液除湿技术,是工农业生产中空气除湿降温的关键技术难题,而系统的除湿/再生效率又是整个系统的核心问题。该文利用已建立的太阳能混合盐溶液（CaCl2和LiCl）除湿/再生试验台,测量并分析了除湿器进、出口空气的含湿量与除湿效率的计算关系;研究了再生热源温度与再生量、扩散系数以及再生效率的关系。结果表明：随着太阳能集热器热源温度的升高,再生量、扩散系数、再生效率三者都会相应的升高。当再生热源的温度为104℃时,再生空气含湿量的增量可以达到10 g/kg,扩散系数最高可到0.277 cm2/s,再生效率为55%;但是当热源温度低于50℃时,系统将无法再生,因此太阳能混合盐溶液除湿系统的有效再生热源温度不低于70℃。根据Chung提出的除湿效率计算模型,得到了太阳能混合盐溶液除湿系统叉流绝热型除湿器的除湿效率公式并得到了验证,经过计算叉流绝热型除湿器的除湿效率为56.8%。该研究为温室等设施除湿技术提供了研究基础。     

太阳能除湿系统中混合盐溶液的性能

溶液除湿和太阳能再生技术,是解决高温高湿地区蒸发降温技术难题的关键。该文利用建立的太阳能再生溶液除湿实验台,实验测量研究了氯化钙（CaCl2）和氯化锂（LiCl）混合盐溶液（物质的量比1∶1）的密度与不同质量分数之间的关系;研究了进口空气的温度、湿度、流量,盐溶液的流量,溶液的质量分数、水汽压差等参数与除湿量之间的关系。结果表明：混合溶液的密度与其中的某一组分的溶液（CaCl2）密度非常近似,两者有很好的线性关系;影响除湿量的关键因素是传热传质过程中混合盐溶液和空气的水汽压差的大小。根据Ertas的实验研究,论文得到了氯化钙（CaCl2）和氯化锂（LiCl）混合溶液质量分数为20%～40%的溶液水汽压的计算公式,以及水汽压差和除湿量之间的关系式。该研究为禽畜舍、温室等设施除湿技术提供了新的研究思路。     

太阳能空气预处理分级溶液集热再生系统特性

为了提高太阳能溶液集热再生器的效率,该文提出太阳能空气预处理分级溶液集热再生方法。通过定义蒸发率的品质系数和有效溶液比将一、二级太阳能集热再生模型和预除湿模型进行联接,建立系统数学模型。模拟结果表明,溶液预除湿的热交换效率为0.69时,有效蓄能密度SCe达到最大;室外空气相对湿度和太阳辐射强度存在一个临界值,用于判断该溶液再生方法和直接溶液集热再生的优劣。研究结果显示室外相对湿度越大,太阳辐射强度越弱,分级集热再生的方法越能体现其优势。     

溶液热回收型太阳能集热/再生器的再生性能分析

该文使用溶液热回收的方法提高太阳能集热/再生器(collector/regenerator)的再生效率。通过数值模拟的方法分析玻璃盖板高度、溶液参数、空气参数、太阳辐射强度等因素对溶液侧有热回收的太阳能集热/再生器再生效率的影响。结果显示,在模拟条件下,使用热回收器使装置的溶液再生段由1 m升高为1.5 m,再生效率增加约93.6%,相当于C/R板长近似增加0.8 m,且热回收器效率越高装置再生性能越好;流量参数存在最佳值使得再生效率最高,且空气流量(溶液流量)的最佳值随着溶液流量(空气流量)的提高而增加。空气流量的较佳范围为100~150 kg/h,溶液流量的较佳范围为8~15 kg/h;在流量参数的较佳范围内,分析玻璃盖板高度对系统性能的影响,发现玻璃盖板高度的较佳范围为0.08~0.1 m;加热溶液比加热空气更能有效的提高再生效率;减小溶液的浓度或减小再生用空气的相对湿度,均会提高再生效率;在全年太阳能辐射强度较强地区宜采用带热回收器的C/R装置。这些结果为太阳能集热/再生器的设计和性能分析提供了一定的理论依据。     

气-气换热器对太阳能再生装置性能的影响

再生装置是太阳能蒸发除湿降温系统的重要组成部分,但普遍存在再生性能较低的问题。为了提高再生性能,将气-气换热器加装于再生装置中用于回收部分空气余热。讨论了两种再生装置的特点,测试了加装前后再生装置的性能。试验结果表明：再生装置的除湿增量、再生效率都随着太阳能热水温度的升高而提高;气-气换热器的加装能有效提高再生装置的再生性能,除湿量可以达到40～55 g/kg,较未加装时提高了35～45 g/kg;再生效率在热水温度90℃时可以达到60%,同等温度下高出未加装换热器50%。因此,余热的回收利用对于再生装置性能的提高至关重要。     

基于分层模型的溶液除湿谷物就仓干燥系统性能及能耗

为实现安全、高效且节能的粮食干燥过程,发展就仓干燥新型技术,该研究提出一种基于分层模型的热泵驱动溶液除湿谷物就仓干燥系统,建立并验证系统中各部件数学模型,模拟了粮堆高度3m、初始水分0.2的稻谷采用通风量为120 m3/(h·t)在空气温度20～32℃,相对湿度55％～80％的不同室外天气参数下干燥致顶层稻谷达到安全水...     

基于太阳能烟囱发电系统集热性能试验的集热棚倾角优选

选取太阳能烟囱发电系统集热特性为研究对象,针对太阳能烟囱发电系统在不同集热棚倾角的集热特性进行试验测试。对不同集热棚倾角下蓄热层温度场及集热棚内竖直平面温度场的分布特性参数进行计算分析。通过对呼和浩特地区太阳能烟囱集热棚倾角为0°~40°分别进行比较分析结果表明:在呼和浩特地区10°集热棚倾角在春夏秋季不同太阳辐照强度GHI(global horizontal irradiance)下,蓄热层温度场温度存在最大值且均匀性最佳;竖直平面温度场温度分布最佳;竖直平面内Gr数最大。得出在10°集热棚倾角下太阳能烟囱集热棚内各项集热性能具有最优值。此试验研究为在呼和浩特地区实现太阳能烟囱搭建提供技术支撑。     

阳台壁挂式太阳能集热器件遮挡因子的研究

针对太阳能集热器件与中高层建筑阳台大角度(≥60°)集成后,夏半年上层集热器件对下层集热器件的遮挡问题,该文建立了日均遮挡因子的计算模型。利用此模型对夏半年各月代表日日均遮挡因子进行了计算,并对日均遮挡因子与纬度、倾角、方位角的关系进行了深入的讨论。结果显示,夏半年各月日均遮挡因子以正南方向为最大,向东西方向呈对称分布。方位角在±20°内,日均和夏半年平均遮挡因子变化较小。随着纬度和倾角的增大,各月日均遮挡因子逐渐减小。集热器件60°与阳台集成时,北纬20°日均遮挡因子最大约为0.34;北纬35°时,日均遮挡因子≤0.087。夏半年的平均遮挡因子均小于0.173。方位角太大不利于太阳能的接收,集热器件的方位角应控制在±20°以内。为便于应用,该文给出了夏半年平均遮挡因子与方位角高相关性(R2≥0.99)的关系式。     

基于气液两相流的循环集热晒管传热特性分析

为提高太阳能集热管供热水平,研究不同流速对太阳能集热管效率的影响,解决传统集热管受光面小、热损率高等突出问题,该文设计了一种具有高效吸收光热和保温性能的循环集热晒管。循环集热晒管由真空石英直管、石英弯管和连接段组成,真空石英直管之间采用串联循环方式连接,以扩大受光面积,增加接收的太阳热能。通过微元分析法推导循环集热晒管内双流体的液相与气相的能量平衡方程,建立了循环集热晒管内两相流数学模型;对两相流模型求解区域进行离散化和迭代求解,获得不同入口质量流量下晒管内水蒸气产生的位置和质量分数;设计并开展试验以验证两相流模型,分析单相流、两相流条件下循环集热晒管的热性能。研究表明:在入口质量流量4.42 kg/h条件下,循环集热晒管内流体达到饱和温度,开始汽化;晒管内流体温度与入口质量流量呈反相关,最高温度可达120℃,而晒管集热效率与入口质量流量呈正相关,最高集热效率可达0.87。综合考虑流体温度和集热效率,最优入口质量流量为4.15kg/h;两相流模型(压力为0.1 MB)得到的晒管集热效率理论曲线与试验测定曲线基本相符,误差在±2%以内。该文成果是真空管内两相流动分析的有益补充,为南疆盐碱水淡化的工程应用提供参考。     

蓄能材料对内插热管式太阳能热泵系统冬季性能的影响

为充分利用太阳能,提高太阳能热泵系统能效比,该研究提出了一种蓄能型内插热管式太阳能热泵系统,可实现太阳能分季节最大化利用。搭建了系统性能试验台,在南京地区开展了2 a的试验研究,对比分析了相近环境条件下充灌或未充灌相变材料的系统瞬时集热效率、平均集热效率、系统性能系数和供水水温等随太阳辐射波动性的变化规律。结果表明在与冬季白天相近的太阳辐射强度、太阳辐射波动性和环境温度下,充灌相变材料系统的瞬时集热效率波动性比未充灌的系统降低近60%,平均集热效率较未充灌的系统提高25%以上。夜间工况下,充灌相变材料系统的COP(coefficient of performance)可达3.0以上,且能更快达到供热水温50℃,时间缩短20%以上。研究结果可为太阳能热泵系统的推广应用提供参考。     

日光温室热环境模拟模型的构建

该文建立了日光温室热环境模拟模型,定量描述了日光温室内的太阳辐射、对流换热、辐射换热、热传导、自然通风和水分相变带来的潜热对日光温室热环境的影响,根据质能平衡和传热学理论,得到一组关于覆盖物、室内空气、温室分层后墙、分层地面土壤、分层后坡和作物热平衡的微分方程组。利用MATLAB的强大计算能力与VB的良好用户界面建立模拟计算软件,可求得温室各组成部分的温度。通过试验验证,该模型能够比较准确预测日光温室环境温度。     

基于温湿度异布的日光温室冬季主动通风策略设计与验证

针对日光温室冬季自然通风热量损失大、降湿效率低的问题,该研究在揭示室内温湿度空间异布特征基础上,提出主动通风策略,提高保温降湿效能。通过搭建包含28个温湿度传感器的日光温室物联网监测平台,深入分析了室内温湿度空间分布规律。结果显示,温室上下区域积温差值可达300 ℃,白天日照时段的相对湿度差值达20个百分点,且呈现温度上高下低、湿度上低下高的空间异布特征,自然通风模式下室内上部高温低湿空气优先与室外干冷空气置换导致其保温降湿效能低下。基于此,该研究提出了主动通风排湿策略,利用安装于温室底部的轴流风机改变气流方向,强迫下部区域低温高湿空气从风机口优先向外排出,使上部区域高温低湿空气逆向沉积保留在室内,有效排湿的同时降低热量损耗。主动通风实地试验结果显示,相比于受室内外气候影响可控性差的自然通风,主动通风率可在0～30 m³/(m²·h)之间无级调节,有利于通风的精准控制;晴朗、多云、阴雨3种典型天气下主动通风的日平均温湿比均高于自然通风,体现出较好的气象适应能力和稳定性;其中,晴朗天气下日均温度可提高2.0～2.7 ℃,日均相对湿度可降低15～17个百分点,日均温湿比可提高31.1%～32.9%,保温排湿效能改善明显。同时,主动通风策略的投入产出比为2.62,能够以较低的投入获得理想的经济收益,经济可行性较好。该研究所提出的主动通风排湿策略可以有效提高保温排湿效能,技术合理性和经济可行性良好,可为日光温室冬季微气候调控提供理论参考和解决方案。     

主动式太阳能集热/土壤蓄热塑料大棚增温系统及效果

试验研究了一套主动式太阳能塑料大棚增温系统。它以空气为载热介质,土壤为蓄热介质,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。经过连续4 d的加温试验得出：与利用自然辐照的对比温室相比,主动式太阳能塑料大棚的夜间气温平均升高3.8℃,地温平均升高2.3℃,系统蓄热量可达228.9～319.1 MJ。试验结果证明,这种结合太阳能空气集热器和土壤蓄热的塑料大棚增温系统,能有效地提高棚内的气温和地温,具有良好的发展前景。     

日光温室正压湿帘冷风降温性能及冷负荷计算模型

负压湿帘风机降温被广泛应用于温室生产中,但存在降温均匀性差、限制温室长度及对温室密闭性要求高等不足。为克服负压湿帘风机降温的局限性,提高日光温室降温能力,该研究设计了日光温室正压湿帘冷风降温系统,其气流组织方式为湿冷空气从南屋面底部进入日光温室,热空气由顶开窗排出室外。在北京地区无作物的日光温室对系统夏季降温增湿效果及性能进行试验,试验结果表明:在典型夏季高温白天,正压湿帘冷风降温系统配合遮阳网可将日光温室试验区内平均气温控制在30.7～33.4℃,比采用自然通风配合遮阳网的对照区低5.4～11.1℃,比室外低2.4～5.4℃,降温效果良好;夜间系统对温室降温幅度减小。该系统可有效缓解低湿胁迫,日光温室试验区空气平均相对湿度为49.8%～62.3%,比对照区及室外分别高13.6%～21.2%和13.6%～24.6%。室内风速0.35～1 m/s,气流分布差异性较小。试验条件下,正压湿帘冷风降温系统的平均降温效率为91%,比传统的负压湿帘风机高10个百分点以上;实际平均耗水量为0.035～0.079 g/(m~2·s),且耗水量与室外空气水蒸气饱和压差(VPD,vapor pressure deficit)呈正相关(P0.01,r=0.64)。同时,研究构建了日光温室冷负荷计算模型及湿帘冷风降温设备合理选型方法,其中冷负荷模型是降温设备选型的基础,普遍适用于各种日光温室降温方法的研究。计算得到日光温室夏季降温冷负荷为299.1W/m~2,应安装的正压湿帘冷风降温系统最大比通风量为0.067 m/s。该研究为日光温室正压湿帘冷风降温方法的工程应用提供了技术参考,为日光温室安全越夏生产环境控制提供了理论基础。     

太阳能与生物质能联合驱动吸附制冷系统的适配性分析

针对生物质能作为辅助能源用于太阳能吸附制冷系统供冷的适配性,以已搭建的太阳能与生物质能联合驱动吸附式制冷试验台为研究对象,试验研究了双热源联合运行供能耦合的可能性。采用MATLAB软件动态模拟了双热源串、并联运行工况,并借助非线性最小二乘法对数据进行处理、分析。结果表明:串联运行时,按照模式2工况循环流动,可较好地实现系统热量的传递;并联运行时,通过对太阳能与生物质能联合供能的适配性研究,结合系统末端供冷需求和经济运行模式分析,得出太阳能与生物质能联合供能的最佳回水流量分配比值范围为0.5~0.6,提出适宜于双热源联合供能3种经济运行模式。研究结果可为改善制冷系统性能的稳定性、实现太阳能与生物质能的有效结合提供参考。     

北方日光温室长季节番茄茎节生长模拟模型

以番茄器官生长发育的生理生态过程为基础,建立了北方日光温室长季节番茄茎节生长模拟模型,它是建立番茄叶片和果实生长模拟模型的基础。供试番茄品种为“卡鲁索”和“卡特琳娜”。确定了模型中的参数如节点最大出现速率等,并对模型进行了验证试验。结果表明：番茄茎节数模拟值与实测值的变化趋势一致,平均相对误差为0.7%～9%。用散点图法验证模拟值与实测值的相关系数达0.9964,截距为-8.8,每平方米模拟值比实测值平均偏低8.8个茎节。表明模型模拟结果较好。