日光溫室作為我國設(shè)施農(nóng)業(yè)的重要組成部分,是北方冬季反季節(jié)蔬菜作物生產(chǎn)的重要設(shè)施,對(duì)保證城鄉(xiāng)居民蔬菜長期、安全、穩(wěn)定供應(yīng)起到了積極作用,為我國冬季蔬菜的持續(xù)供應(yīng)做出了巨大貢獻(xiàn)。甘肅蘭州地區(qū)冬季寒冷,日光溫室內(nèi)外溫差大,而溫室墻體的蓄放熱性能對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境有著很大影響,但是當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)的日光溫室墻體大都采用被動(dòng)蓄放熱方式,蓄放熱量有限,不能從根本上滿足溫室內(nèi)作物生長的室內(nèi)熱環(huán)境。為了改善溫室內(nèi)熱環(huán)境,提高墻體的蓄放熱性能,充分利用太陽能,本文重點(diǎn)從主被動(dòng)相變蓄熱墻體的構(gòu)筑方式、墻體熱性能評(píng)價(jià)方法、墻體主動(dòng)蓄放熱系統(tǒng)的蓄放熱性能等方面進(jìn)行以下研究:首先,針對(duì)我國現(xiàn)有典型土墻、磚墻、相變材料復(fù)合墻體構(gòu)筑的3種日光溫室,通過采用室內(nèi)空氣溫度、墻體溫度場(chǎng)溫度和墻體蓄放熱量等評(píng)價(jià)指標(biāo)分析了其存在的主要問題。結(jié)果表明,現(xiàn)有典型墻體采用被動(dòng)式蓄放熱,墻體存在溫度穩(wěn)定區(qū),蓄放熱能力有限;雖然通過增加墻體厚度可以提高墻體蓄熱量,但土地利用率減少,另外受外界環(huán)境的影響,夜間不能滿足溫室內(nèi)作物生長熱環(huán)境�；诖瞬蛔�,本文提出了一種日光溫室主被動(dòng)相變蓄熱墻體,以主動(dòng)和被動(dòng)相結(jié)合的方式改善溫室內(nèi)熱環(huán)境。其次,在蘭州地區(qū)搭建主被動(dòng)溫室和普通溫室試驗(yàn)臺(tái),以日光溫室室內(nèi)空氣溫度、墻體內(nèi)表面溫度、室內(nèi)土壤溫度、墻體內(nèi)部溫度等評(píng)價(jià)方法并結(jié)合測(cè)試數(shù)據(jù),分析了不同天氣條件下,主被動(dòng)溫室相對(duì)于普通溫室的溫度改善效果,并對(duì)主被動(dòng)溫室墻體內(nèi)裝有相變材料的箱體和蓄熱盤管進(jìn)出口溫度進(jìn)行了測(cè)試分析。第三,通過測(cè)試分析得出,晴天天氣條件下,保溫被開啟和關(guān)閉期間,主被動(dòng)溫室室內(nèi)空氣溫度比普通溫室室內(nèi)空氣溫度平均分別提高了4.5°C、2.4°C,內(nèi)表面溫度平均分別提高了4.6°C、2.5°C,地溫平均分別提高了1.9°C、1.6°C,20cm深度土壤溫度平均分別提高了1.8°C、1.5°C;整個(gè)晴天,日有效積溫提高了42.1%,作物適宜生長時(shí)間增加了6h,距墻體內(nèi)表面120mm處溫度平均提高了4.0°C,墻體320mm厚度處高度方向溫度平均提高了2.4°C。陰天天氣條件下,保溫被開啟和關(guān)閉期間,主被動(dòng)溫室室內(nèi)空氣溫度比普通溫室室內(nèi)空氣溫度平均分別提高了2.2°C、1.2°C,墻體內(nèi)表面溫度平均分別提高了2.1°C、1.3°C,地溫平均分別提高了1.1°C、0.9°C,20cm土壤溫度平均分別提高了1.0°C、0.8°C;整個(gè)陰天,日有效積溫提高了28.7%,作物適宜生長時(shí)間增加了4h,距墻體內(nèi)表面120mm處溫度平均提高了2.6°C。第四,從保溫被開啟到主動(dòng)供熱開始期間,箱體E內(nèi)部平均溫度比箱體B高0.5°C,蓄熱盤管的進(jìn)口平均溫度比出口溫度高8.1°C,從主動(dòng)供熱開始到次日保溫被開啟期間,箱體B內(nèi)部平均溫度比箱體E高0.6°C,蓄熱盤管的出口平均溫度比進(jìn)口溫度高3.3°C,體現(xiàn)了箱體內(nèi)部相變材料具有很強(qiáng)的蓄放熱能力。本文提出的主被動(dòng)相變蓄熱墻體日光溫室能夠充分利用太陽能,提高了墻體內(nèi)部溫度,大大改善了溫室內(nèi)熱環(huán)境,保障了溫室內(nèi)作物適宜的生長溫度,同時(shí)也為蘭州地區(qū)日光溫室的現(xiàn)代化發(fā)展提供了參考。
【學(xué)位單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU83;S625
【部分圖文】：

體傳熱能力與墻體材料自身蓄熱能力的制約，白天照射到日光溫室墻體內(nèi)表面影響墻體的深度大約為 300mm[13,14]，儲(chǔ)存的太陽能有限，僅依靠目前的墻體被熱方式，難以滿足冬天夜間溫室作物生長對(duì)熱環(huán)境的需求，另外作物和東西墻側(cè)產(chǎn)生遮擋進(jìn)一步削弱了北墻的蓄熱能力[15]；二是由于受到墻體材料熱慣性作僅依靠墻體被動(dòng)放熱的形式無法及時(shí)把白天儲(chǔ)存的熱量釋放到溫室內(nèi)部，導(dǎo)致溫室內(nèi)溫度偏低，造成溫室作物發(fā)生凍害現(xiàn)象，從而降低了作物產(chǎn)量和品質(zhì)；加溫措施提高溫室內(nèi)溫度需要消耗大量的不可再生能源，污染了環(huán)境并且運(yùn)行；四是蘭州地區(qū)的土質(zhì)墻體厚度多達(dá)數(shù)米（見圖 1-1），造成土地利用率低，另砌松散，加上是內(nèi)外環(huán)境的侵蝕，導(dǎo)致墻體的承重能力較差，無法滿足保溫被荷要求（見圖 1-2），而且墻體不密實(shí)，蘭州地區(qū)夜間溫度又較低，無法滿足墻溫的基本要求。另外，我國對(duì)日光溫室熱環(huán)境的基礎(chǔ)研究比較薄弱，缺乏系統(tǒng)性性能墻體蓄熱材料、新型墻體結(jié)構(gòu)的研發(fā)以及適用于日光溫室提高太陽能轉(zhuǎn)化技術(shù)研究都相當(dāng)匱乏。因此，提高溫室墻體內(nèi)部的蓄放熱能力、改善日光溫室提高溫室作物的產(chǎn)量和品質(zhì)已成為日光溫室發(fā)展的關(guān)鍵。

a） 溫室北墻內(nèi)側(cè) b） 溫室北墻外側(cè)圖 1.2 蘭州地區(qū)日光溫室室內(nèi)外墻體照片因此，從溫室作物適宜生長熱環(huán)境出發(fā)，通過新材料、新設(shè)備并結(jié)合建筑傳熱學(xué)理論、建筑材料學(xué)、相變儲(chǔ)能理論等相關(guān)理論的指導(dǎo)下，基于日光溫室墻體傳熱過程和溫室內(nèi)外環(huán)境特征，充分利用太陽能，科學(xué)的構(gòu)建日光溫室結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高墻體的蓄放熱能力，改善日光溫室熱環(huán)境。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀日光溫室的快速發(fā)展為國內(nèi)外反季節(jié)作物的供應(yīng)做出了巨大貢獻(xiàn)。日光溫室主要是白天利用太陽能，依靠最大限度的采光，使溫室墻體盡可能蓄積多的熱量，夜間依靠土壤和墻體內(nèi)表面與溫室室內(nèi)空氣形成的溫度差而向室內(nèi)釋放熱量，從而維持或提高溫室內(nèi)空氣溫度，以達(dá)到夜間溫室作物的適宜生長溫度。日光溫室各圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱和保溫性能的優(yōu)劣直接影響溫室內(nèi)作物生長熱環(huán)境的好壞，進(jìn)而影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。墻體是日光溫室圍護(hù)結(jié)構(gòu)的重要蓄放熱體，具有承重、集熱、蓄熱和保溫等多重作用，其白天蓄集太陽能的能力越強(qiáng)，夜晚提供給溫室內(nèi)的熱量也越多[18]。因此，墻體的蓄放熱性

b) 夜間圖 2.1 日光溫室墻體傳熱過程示意圖上述日光溫室墻體傳熱過程分析，墻體要蓄積太陽能必須要具備較好的集，通過墻體表面的集熱作用，熱量要較好的儲(chǔ)存起來，墻體必須具有較好功能；與此同時(shí)，墻體還要承受前坡屋面、后坡屋面、保溫被以及室外風(fēng)載的作用，所以，日光溫室墻體承載著承重、集熱、蓄熱和保溫等重要功光溫室墻體構(gòu)筑方式及熱工性能評(píng)價(jià)指標(biāo)有日光溫室墻體構(gòu)筑方式日光溫室始建于 20 世紀(jì)初期，在 20 世紀(jì) 80 年代以后得到了快速的發(fā)展墻體的構(gòu)筑方式隨著溫室結(jié)構(gòu)也產(chǎn)生了不同的變化，尤其是隨著墻體材料建筑熱工性能理論知識(shí)的加深，得到了革命性的改變。較早的遼寧瓦房店溫室，其溫室墻體采用 0.8m～1.0m 的土質(zhì)墻體，但是墻體蓄熱量不足，土墻體進(jìn)行加厚到數(shù)米。到 20 世紀(jì) 90 年代以后，又出現(xiàn)了磚與保溫材料
【參考文獻(xiàn)】

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