【摘要】： 太陽能是新能源中分布最廣、使用最方便、最清潔的可再生能源。我國的大部分地區(qū)太陽能資源較豐富,具有利用太陽能的良好條件。但是我國的太陽能熱利用目前仍然集中在太陽能熱水器,利用太陽能的溫室增溫技術發(fā)展緩慢,遠未實現(xiàn)市場化。因此,太陽能溫室增溫技術有著廣闊的應用前景。 本論文研制一種以空氣為載熱介質的太陽能空氣集熱-土壤蓄熱的增溫系統(tǒng),應用于農(nóng)業(yè)溫室。論文主要包括以下內(nèi)容: 1.設計研制一種新型的主動式太陽能空氣集熱-土壤蓄熱溫室增溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括空氣集熱系統(tǒng)和土壤蓄熱系統(tǒng)兩部分。其中集熱系統(tǒng)由平板型空氣集熱器組成,集熱器布置在南北走向的溫室大棚的東西兩側,面向正南。土壤蓄熱系統(tǒng)由兩根布置在溫室內(nèi)土壤80cm深處的東西兩側的縱向主管和若干根橫穿溫室土壤的PVC散熱管組成。白天利用太陽能空氣集熱器加熱空氣,由風機把熱空氣抽入地下,通過地下管道與土壤的熱交換,將熱量傳給土壤儲存。夜間熱量緩慢上升至地表,從而使土壤保持恒溫。當夜間溫室氣溫過低時,系統(tǒng)將自動啟動風機,把地下貯存的熱量,通過氣流帶到地上。由于土壤巨大的熱容量,不僅可以將熱量保持至夜間,甚至可以保持多天,供陰雨天加溫,從而達到節(jié)約能源,使作物高產(chǎn)的目的。 2.設計制作了帶空氣夾層的雙層薄膜覆蓋保溫層和保溫門。加溫溫室的保溫覆蓋材料采用雙層0.08mm厚的聚氯乙烯長壽無滴塑料薄膜,在兩層塑料薄膜之間有10cm厚的空氣層,用很輕的泡沫做成的長圓柱管支撐,既廉價又實用。與對照溫室相比,采用帶空氣夾層的雙層保溫覆蓋具有良好的保溫效果,可有效避免溫室在夜間的逆溫現(xiàn)象。此外,在溫室大棚的進出口處采用有隔層的保溫門,可有效避免冬季人員進出溫室引起的棚內(nèi)熱空氣和棚外冷空氣之間的強對流熱損失。 3.對所設計的主動式太陽能空氣集熱—土壤蓄熱溫室增溫系統(tǒng)進行了連續(xù)加溫試驗。試驗結果表明:利用太陽能空氣集熱—土壤蓄熱的溫室增溫系統(tǒng),可使溫室內(nèi)氣溫平均每天提高3.3℃,地溫平均每天提高2.5℃。夜間地溫提高2.3℃,氣溫提高3.8℃。且溫室增溫系統(tǒng)具有良好的蓄熱性能,白天的蓄熱量可達228.9～319.1MJ,平均蓄熱功率密度為211.9～295.5 W/m~2。試驗結果表明,利用太陽能空氣集熱—土壤蓄熱的溫室增溫系統(tǒng)是可行的,具有明顯的白天蓄熱、夜間放熱的效果,并且還具有長期蓄熱的潛力,可以滿足農(nóng)作物在連續(xù)陰天時的地溫需要。 4.分析了主動式太陽能溫室地下土壤的傳熱機理,在此基礎上建立土壤蓄熱系統(tǒng)的二維非穩(wěn)態(tài)模型,并對其進行數(shù)值計算。此外,還分析了普通塑料大棚的能量收支情況,在此基礎上對太陽能加溫溫室的保溫覆蓋材料、室內(nèi)空氣、室內(nèi)水分、室內(nèi)表層土壤進行了熱平衡分析,并建立了各自的熱平衡方程。 5.對溫室地下土壤蓄熱系統(tǒng)和主動式太陽能溫室分別建立了三維數(shù)學模型,采用管道熱空氣進口速度和溫度、天空輻射溫度、室外空氣溫度、室外太陽輻照度、溫室圍護結構外表面的對流輻射換熱系數(shù)、溫室內(nèi)1m深土壤溫度等作為邊界條件,選用標準k—ε湍流模型,運用Fluent6.0的分離隱式求解器進行三維非穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬。通過模擬結果發(fā)現(xiàn),模擬的土壤溫度的變化規(guī)律與實際的土壤溫度測量值的變化規(guī)律相同,實驗值和模擬值吻合較好,二者的差值不超過2℃。
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：TK513
【圖文】：

.3被動式太陽能溫室的研究被動式太陽能溫室，又叫日光溫室(圖1一1所示)，其原理就是利用溫室自身作為集熱器，無需占用溫室外的土地，通過優(yōu)化溫室的結構型式、方位、采光材料、保溫覆蓋材料等影響因素來最大限度地利用太陽能。由于這種溫室本身就是集熱系統(tǒng)，因此，溫室的采光和保溫性能的優(yōu)劣會直接影響到溫室的微氣候環(huán)境及地溫情況，直接影響到溫室生產(chǎn)的成敗。圖1一1連棟玻璃溫室:31被動式太陽能溫室采光性能的研究太陽輻射對溫室有兩重作用:一方面，太陽輻射作為熱源，影響溫室的溫度，制約作物的生長發(fā)育;另一方面，太陽輻射作為光源，制約溫室中作物的光合作用，而光合作用直接影響作物的產(chǎn)量和質量。因此，溫室科研人員在溫室設計中需重點考慮的問題

目前溫室得不到廣泛推廣的最主要原因是能耗高。研究表明，溫室中通過圍護結構散失的能量占溫室總散熱量的60%一70%。所以溫室的保溫措施首先要針對圍護結構11刀(如圖1一2所示)o

內(nèi)對溫室進行加熱，集熱介質為亞甲基藍溶液。試驗結果表明:此方法可使溫室中的空氣溫度比對比溫室平均升高5℃.Tadilil60]研究了在種植草毒的溫室內(nèi)部放置具有選擇性吸收太陽能的熱水器來給溫室加溫(如圖1一4所示)。試驗結果表明，該系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)溫室內(nèi)微氣候，具有白天降低溫室內(nèi)氣溫，夜間給溫室加溫的效果。Hussainilel】等研究了在溫室內(nèi)部放置能夠吸收太陽能的太陽池來給溫室加溫，并對其進行了理論分析。分析結果表明，在溫室內(nèi)部放置太陽池加溫系統(tǒng)非常節(jié)能，可以節(jié)省溫室從三月到十月之間溫室加溫所需的大部分能量。選擇性吸收器秧苗圖1一4內(nèi)置太陽能集熱器的加溫溫室嘩】國內(nèi)的劉群生【劍等人研制的實用集熱調(diào)溫被動式溫室具有夏季白天可降溫、秋冬季夜間可升溫的效果。雷海燕【問等研究了將地熱應用于溫室冬季加溫的技術，給出了蓄熱式供熱系統(tǒng)的模型。王順生I閃等人研究了將太陽能集熱調(diào)溫裝置固定在溫室內(nèi)北墻附近，利用冬季晴天對北墻部位的太陽輻射熱量使水增溫，利用所蓄的熱量再給溫室加溫。試驗結果表明:該裝置白晝貯熱與夜間加溫效果明顯，白晝集熱可使水溫提高20℃以上

【引證文獻】

相關期刊論文 前1條

1 文麒麟;石能文;鄭宏飛;文鵬;;太陽能溫室裝備化的構想與新設計[J];大眾科技;2012年08期

相關博士學位論文 前2條

1 王治剛;東北地區(qū)溫室生物質能量供給系統(tǒng)及控制方式研究[D];吉林大學;2011年

2 李憲莉;太陽能熱風采暖系統(tǒng)與村鎮(zhèn)建筑一體化研究[D];天津大學;2010年

相關碩士學位論文 前1條

1 余學江;嚴寒地區(qū)日光溫室主動太陽能供暖系統(tǒng)研究[D];東北石油大學;2011年

本文編號：2745498