架空炕与传统落地炕热性能对比试验

为了解架空炕与落地火炕升温特性、热效率等方面的特性,依据国家相关标准,对甘肃省临洮县传统落地火炕与2016年新推广的架空炕进行了热性能的对比试验,研究了炕面温度分布、炕面升温降温速率、排放烟气温度、炕温对室内温度的影响以及架空炕的节能减排等性能,研究结果表明:架空炕和落地火炕炕面平均升温速率分别为2.2和0.9℃/h;烟气热量能被架空炕充分地吸收利用,架空炕烟气排放平均温度较落地火炕烟气排放平均温度低36.1℃;架空炕和落地火炕的热效率分别为66.8%和37.1%,相比传统炕架空炕节柴率达到45%;有架空炕和落地火炕室内日平均温度分别为12.6和10.8℃,架空炕对室内有较好的增温效果;与落地火坑相比,架空炕有明显的节能减排效果,每铺架空炕每年节省945 kg薪柴,减排CO21 069.17 kg,减排SO20.45 kg,减排NOx 1.01 kg,减排PM107.4 kg,减排PM2.5为6.8 kg,架空炕的推广应用对中国农村节能减排具有重要意义。     

基于温度场模拟的大花洞火炕烟道构造形式优化设计

针对内蒙古东部农牧区居住建筑中广泛使用的大花洞火炕普遍存在的炕面温度极不均匀、热效率低的问题,以流体力学和建筑热工知识为指导,遵循前引后导原则对火炕烟道形式进行改进设计。通过对大量新建火炕模型温度场的模拟,精选出改进火炕I和改进火炕II 2种优化方案。利用ANSYS模拟技术对现状大花洞火炕和改进火炕模型的烟气流场、温度分布状况进行模拟分析,结果表明:相比现状火炕,改进火炕I的排烟温度降低了10℃左右且接近炕板处高温烟气覆盖面增加了约55%,改进火炕II的排烟温度降低了20℃左右且接近炕板处高温烟气覆盖面增加了约40%,改进后的大花洞火炕的烟气流场分布和热效率较现状火炕有明显改善和提升。     

附加阳光间与节能火墙耦合供暖改善农村室内热环境

为改善农村住宅冬季室内热环境,对青岛地区农村住宅进行了附加阳光间和节能火墙改造。通过对附加阳光间与节能火墙耦合供暖的房屋及相同结构的对比房室内温度及室外温度的监测,研究了寒冷季节室内温度随室外气象条件变化情况。结果表明：耦合供暖房屋室内平均空气温度比对比房室内平均空气温度高10.1℃,最高温差达13.2℃,最低温差5.4℃。通过对改造房屋节能率分析计算得出耦合供暖房屋节能率为72.8%,证明了该地区改造附加阳光间和节能火墙是可行且经济的。     

相变材料墙体在郑州地区下沉式日光温室中的保温作用

将以CaCl2为主的水合无机盐复合相变材料平铺一层于郑州地区下沉式日光温室后墙夹层内,以普通温室为对照,观测并探讨典型天气条件下相变温室和普通温室室内温度、后墙内表面温度以及室内外温差变化规律。结果表明,晴天相变温室在揭苫后平均升温速率为3.26℃/h,低于普通温室的3.65℃/h,午后最高温低于普通温室但差异不显著,全天后墙内表面平均温度高于普通温室3.9℃,夜间室内温度高于普通温室1.8℃,室内外温差大于普通温室。阴、雨天相变温室与普通温室的室内温度、后墙内表面温度以及室内外温差均表现出一致的变化趋势;雪天温室内温度以及后墙内表面温度全天呈下降趋势,相变温室温度下降速率高于普通温室0.08℃/h,而相变温室室内外温差变化较小,普通温室室内外温差逐渐变大。相变材料能有效吸收储存热量,提高室内温度。试验结果可为水合无机盐复合相变材料的保温降能耗特性提供理论支持,也可为其在日光温室中的推广应用提供依据。     

复合相变储能保温砂浆在日光温室中的应用效果

为改善日光温室内作物生长的热环境,该文研制了一种适用于日光温室的石膏基石蜡/膨胀珍珠岩复合相变储能保温砂浆,其相变温度为25.6℃,相变潜热为89.8 k J/kg。并将50 mm的复合相变保温砂浆用于砖墙日光温室的后墙作为试验温室,与无相变材料的原砖墙温室(即对照温室)进行对比试验。在试验周期内,试验温室的室内日最低温度比对照温室平均高出1.5℃,最高可达2.4℃;其中,阴天试验温室的室内温度比对照温室平均高1.6℃;晴天试验温室的室内最高温度比对照温室低1.7℃,室内最大温差比对照温室低3.1℃,夜间(17:00-次日8:00)试验温室室温比对照温室平均高2.7℃;多云期间,试验温室的室内最高温比对照温室低1.4℃,最大温差比对照温室低3.5℃,夜间试验温室室温比对照温室平均高2.3℃;在相同栽培管理条件下,生长旺盛期和坐果期,试验温室的黄瓜植株高度比对照温室分别平均高出17.1和24.6 cm,试验温室内黄瓜的单果质量和单株结果数分别为对照温室的1.4倍和1.3倍,单株产量为对照温室的1.8倍。试验结果表明,复合相变储能保温砂浆具有良好的保温和蓄、放热效果,对日光温室内的热环境具有明显的改善效果,使其更适于黄瓜的生长。     

太阳能干燥相变储热水箱的放热性能

为降低传统干燥能耗,强化太阳能干燥用储热水箱的储放热能力,在普通储热水箱中添加了硬脂酸/膨胀石墨相变储热材料,研究了放热温差、储热单元体积对装置放热性能的影响。研究结果表明:相变储热水箱放热时间、放热量随着放热温差和储热水箱中储热单元体积的增加均有所提升,储热单元的添加对储热水箱的放热效果影响更为显著。放热效率则随着放热温差的增大而降低,随着储热水箱中储热单元体积的增加而显著提升;储热水箱中储热单元体积为35%时,相变储热水箱的放热时间比普通储热水箱最多提升了1.26倍,放热温度最大可提高8.7℃,热效率最多可提高22.56%。     

浅层地热联合太阳能集热墙系统冬季室内供暖试验

该文提出一种浅层地热联合太阳能集热墙系统,并在石河子地区对采用该系统的被动式太阳房进行了供暖测试研究,对比分析了试验房在不同供暖模式(C1对比房无任何采暖措施的模式、C2试验房未开地下室顶板通风口的供暖模式、C3试验房采用浅层地热联合太阳能集热墙系统的供暖模式)、不同天气状况(晴天、阴天)下的室内热环境。试验结果显示:试验房C3模式下室内平均温度比对照房室内平均温度高6.45℃,日较差为3.5℃;晴天时,试验房白天室内温度有5 h超过了12℃;阴天时,试验房室内外温差仍然达到9.52℃;当室外天气状况为晴天且空气质量指数(air quality index,AQI)符合二级标准限值情况下,试验房在采暖期内10月、11月、及次年的3月、4月,可仅依靠浅层地热联合太阳能集热墙系统满足室内温度的要求,节能效果显著。     

动力电池冷热双向循环热管理系统性能分析

基于工质相变换热和无泵循环思路,提出了一种动力电池冷热双向热管理系统。以某款三元锂电池为研究对象,试验测试了冷热双向循环热管理系统的散热和加热工况。结果表明:该系统能实现电池箱低温工况加热与高温工况散热的运行切换管理。散热工况下,换热板采用4根竖管比单根蛇形管的散热能力强;冷凝器侧强制风冷散热与自然对流散热相比,能将系统一换热功率提高10%～44.2%,系统二换热功率提高20%～48.6%;电池箱温度为60℃时,自然对流散热系统换热板的最大温差小于2℃,强制对流散热系统换热板的最大温差小于1℃;在电池初始温度25℃时,1C、2C、3C放电倍率下,放电结束强制对流散热在能将8块电池的平均温度分别降低2.1、3.9、4.7℃。加热工况下,多组试验电池箱的升温效果一致性较好。考虑车辆行驶中换热板倾斜的影响,受制于工质的流量分配,散热工况时温度均匀性优于加热工况。     

甘肃庄浪县农户吊炕的热效率模拟分析

中国西部黄土丘陵地区冬季比较寒冷,取暖用能成为必然需求,炕是农村家庭的主要取暖设施。在甘肃庄浪县2个村的6户农家建造新式节能吊炕,并与传统炕一起进行室内外的温度观测和燃料使用记录,获取连续的时间序列数据,建立数学模型。用matlab7.0程序,模拟分析冬季取暖期农户日常生活情景下2种炕的热效率。结果表明,每农户年平均取暖用能占到家庭生活用能的一半。高崖韩村吊炕户和传统户取暖用能折合标准煤分别为868.43和1338.51kgce,下湾村分别为956.36和1583.50kgce。吊炕的热效率在27%～37%之间,比传统炕高出一倍以上。使用吊炕能够有效提高燃料的利用效率,是现阶段解决农户取暖问题的较好途径。因此建议,国家应像推广沼气一样推广吊炕的应用,改善农户冬季室内的热舒适性。     

PV-PCM-TE系统设计及电热性能分析

光伏温差混合发电系统（Photovoltaic-Thermoelectric,PV-TE）温度随辐照度变化而波动,对系统的太阳能利用率产生较大的影响。将相变材料（Phase Change Material,PCM）加入PV-TE系统,设计基于相变材料的光伏温差混合发电系统（Photovoltaic-Phase ChangeMaterials-Thermoelectric,PV-PCM-TE）,通过相变材料的相变潜热特性提高系统在辐照度变化下的稳定性。该文分析了系统内部能量传递与转换过程建立数学模型,搭建试验平台测试PV-PCM-TE系统性能。试验结果表明,在辐照度最高的11:00-14:00期间,光伏电池的最高温度基本维持在相变材料的相变温度,使系统在适宜的工作温度下运行;冷却系统采用水冷,冷却效果优于自然风冷,系统接触面选用高导热率材料减小接触热阻提高系统发电效率;PV-PCM-TE系统相比PV-TE系统,电效率与电功率分别增加了1.05%和16.21%,全年测试期间PV-PCM-TE系统最大电效率为22.28%,最大热效率为32.55%,最大?效率为27.32%。系统所获电能可为现代农业温室环境监控系统、照明系统供电,并为植物生长提供部分热能。     

西北农村单体住宅太阳能主动采暖效果试验

西北农村以煤炭为主的传统采暖方式能源利用率低、室内热舒适度差。为了利用丰富的太阳能满足西北农村单体建筑的热舒适度,以西北农村2座117 m2的单体建筑为研究对象,将一座单体建筑进行保温改造后,将其采暖方式先后改造成了太阳能驱动的强制循环散热器采暖和太阳能驱动的强制循环低温地板采暖,并在2个采暖季与传统煤炭燃烧驱动的自然循环散热器采暖相比较,试验研究了3种不同采暖方式的供能稳定性、室内舒适度和热经济性,研究结果表明:太阳能低温地板采暖效果最好,在环境最低气温?10℃时,室内平均温度能达到14℃,太阳能保证率为60.3%,二氧化碳减排量为6.22 t,静态投资回收期3.34 a,具有良好的经济环保效益。     

日光温室土墙传热特性及轻简化路径的理论分析

为减小日光温室土墙厚度,该研究在分析土墙温度变化的基础上提出了土墙轻简化路径并进行了理论分析。根据测试分析,土墙可划分为用于储蓄热量的蓄热层和防止热量从蓄热层向室外方向流失的保温层。土墙86.9%的部分为保温层。模拟结果表明使用由47 cm厚夯土和7 cm厚聚苯板(热阻等于3.13 m厚夯土保温层)构成的复合墙在夜间的放热量与3.6 m厚土墙相近。使用保温材料替代夯土保温层来减薄土墙在理论上可行。另外,根据模拟,当土壤20 cm深处温度提高至23℃后,土壤供热量可超过测试条件下土壤和土墙放热量总和。为此,土墙在理论上可通过以下2条途径实现轻简化:1)使用保温材料建造墙体保温层;2)使用土壤蓄热替代墙体蓄热。     

黄土丘陵区农村节能吊炕的环境经济效益分析

节能吊炕在改善室内热舒适性的同时,降低农户的经济支出和生态环境的破坏。通过在甘肃庄浪县2个村的6户农家建造新式节能吊炕,与4户使用传统炕的农户一起进行燃料使用与温度观测记录;并结合农户用能现状问卷调查,获取数据,建立经济计量模型,对吊炕产生的环境经济效益进行分析与评价;最后对其推广前景进行展望。结果表明,高崖韩村吊炕户平均每户每年产生的总环境经济效益为836.99元,下湾村吊炕户平均每户每年产生的总环境经济效益为919.41元。若对庄浪县所有农户都推广使用节能吊炕,全县每年将会产生7381.58~8108.46万元/a的环境经济总效益。节能吊炕具有显著的环境经济效益和良好的推广前景,是现阶段提高农户冬季取暖用能水平、降低经济支出的有效途径,对农村用能技术的改进、生态环境的改善、温室气体的减排、具有重要的理论和现实意义。     

装配加温除湿系统的轻简装配式日光温室设计及性能试验

针对中国传统日光温室土地利用率低、建设成本高、墙体构造各异及温度和湿度环境难以调控等突出问题,该研究设计出一种轻简装配式日光温室,并配套了基于温室主动蓄放热原理的冬季夜晚加温和除湿系统,其温室骨架可与主动蓄放热系统结合为一体。研究结果表明:相比于传统砖墙日光温室,轻简装配式温室冬季夜晚温度提高4.5℃以上;采用基于主动蓄放热系统热能的除湿系统,可将温室夜间相对湿度降低14%,相对湿度控制在80%以下;该温室可实现整体式装配安装,大大减少了施工时间和安装成本,温室后墙厚度为166 mm,与后墙为600 mm厚的砖墙温室相比,墙体占地面积减少72%,显著提高了土地利用率。     

芒硝基相变材料性能及其在简易温室中升温效果试验

该文研究芒硝基相变储能材料相变性能及其在青藏高原地区冬季简易温室的保温效果,采用物理法制备芒硝基复合相变储能材料,通过温度-时间曲线、差示扫描量热法(differential scanning calorimetry,DSC)和热常数分析仪(Hot Disk)等方法表征了材料性质。当添加成核剂硼砂质量分数为4%时,芒硝基复合相变材料的过冷度消失,添加增稠剂羧甲基纤维素钠质量分数1.5%时,芒硝基复合相变材料相分层现象基本消失,添加导热剂石墨粉质量分数为1%时,复合相变材料导热系数为1.0216 W/(m·K),材料相变潜热为127 k J/kg,放热峰值为15.4℃,同时经过300次相变循环,材料仍旧能保持较好的相变性能。芒硝基复合相变材料模拟在温室升温试验中表明:当芒硝基相变材料添加量为25、35和45 kg时清晨日出前最低温度可以提高1、3.6和4.4℃。分析相变材料温室石膏后墙结果表明:正午最高温度分别降低1.1、2.2和3.0℃,清晨日出前最低温度分别提高0.4、2.4和4.0℃。综合试验表明,该芒硝基复合相变材料适用于高寒气候环境下简易温室。     

日光温室三重结构相变蓄热墙体传热特性分析

针对目前国内日光温室墙体在热工性能设计方法方面存在的不足,该文提出了日光温室三重结构相变蓄热墙体构筑方法;结合试验结果,提出了关于该结构墙体传热性能分析方法及其评价指标。分析结果表明：1）三重结构墙体有着较好的蓄放热性能,利用墙体内侧（温室侧）的相变蓄热材料,可以显著提高墙体太阳能利用率,在太阳日累计辐照量为9.32 MJ/m2下,比参照温室北墙体的有效蓄热量提高了26.6%;夜间,相变温室三重结构墙体的累积供热量比参照温室砌块砖墙体的提高了16.2%,并且该墙体相变材料层的单位体积有效蓄热量为80.0 MJ/m3,是三重结构墙体中砌块砖层有效蓄热量的10倍;2）透过前坡屋面照射在温室北墙内表面太阳能影响墙体温度变化的深度有限,约占0.90 m厚三重结构墙体的33.3%,并且在温室墙体内部存在着温度稳定区,其厚度占0.90 m厚三重结构墙体的61.1%。试验结果表明仅通过增加温室墙体厚度以提高墙体的太阳能显热蓄热效率是非常有限的。该研究结果可为日光温室墙体的合理构筑、相变蓄热技术在日光温室的应用以及温室墙体的相变传热问题分析提供参考。     

热阻帘在日光温室墙体热量释放调节中的应用初报

日光温室昼夜温差大,北墙作为主要蓄热体对温室夜间温度调节具有重要影响。冬季凌晨时段日光温室内空气温度较低,对作物生长不利,针对这一现象本文提出在日光温室北墙内侧使用"热阻帘"以延迟墙体热量释放的时间、从而提高凌晨低温时段室内空气温度的方法。通过在北京地区冬季的试验证明,夜间热阻帘覆盖墙体内表面时(晴天16∶00-4∶00,阴天16∶00-3∶00)试验温室墙体内表面热通量比对照温室分别减小38.5%、38.9%,热阻帘卷起后的时段内(晴天4∶00-8∶30,阴天3∶00-8∶30)墙体内表面热通量比对照温室分别增大7.2%、13.5%,在此低温时段内试验温室跨中空气温度比对照温室高0.28~0.32℃。