主動(dòng)式太陽能空氣集熱-土壤蓄熱溫室增溫系統(tǒng)的研究.pdf

1、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(guó)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(guó)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(shù)發(fā)展緩慢，遠(yuǎn)未實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化。因此，太陽能溫室增溫技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景。 本論文研制一種以空氣為載熱介質(zhì)的太陽能空氣集熱—土壤蓄熱的增溫系統(tǒng)，應(yīng)用于農(nóng)業(yè)溫室。論文主要包括以下內(nèi)容： 1．設(shè)計(jì)研制一種新型的主動(dòng)式太陽能空氣集熱—土壤蓄熱

2、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(cè)，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(cè)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(fēng)機(jī)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(chǔ)存。夜間熱量緩慢上升至地表，從而使土壤保持恒溫。當(dāng)夜間溫室氣溫過低時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)

3、機(jī)，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(dá)到節(jié)約能源，使作物高產(chǎn)的目的。 2．設(shè)計(jì)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(zhǎng)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(zhǎng)圓柱管支撐，既廉價(jià)又實(shí)用。與對(duì)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

4、，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(jìn)出口處采用有隔層的保溫門，可有效避免冬季人員進(jìn)出溫室引起的棚內(nèi)熱空氣和棚外冷空氣之間的強(qiáng)對(duì)流熱損失。 3．對(duì)所設(shè)計(jì)的主動(dòng)式太陽能空氣集熱—土壤蓄熱溫室增溫系統(tǒng)進(jìn)行了連續(xù)加溫試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)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

5、蓄熱量可達(dá)228.9～319.1MJ，平均蓄熱功率密度為211.9～295.5 W/m2。試驗(yàn)結(jié)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(zhǎng)期蓄熱的潛力，可以滿足農(nóng)作物在連續(xù)陰天時(shí)的地溫需要。 4．分析了主動(dòng)式太陽能溫室地下土壤的傳熱機(jī)理，在此基礎(chǔ)上建立土壤蓄熱系統(tǒng)的二維非穩(wěn)態(tài)模型，并對(duì)其進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。此外，還分析了普通塑料大棚的能量收支情況，在此基礎(chǔ)上對(duì)太陽能加溫

6、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(jìn)行了熱平衡分析，并建立了各自的熱平衡方程。 5．對(duì)溫室地下土壤蓄熱系統(tǒng)和主動(dòng)式太陽能溫室分別建立了三維數(shù)學(xué)模型，采用管道熱空氣進(jìn)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(hù)結(jié)構(gòu)外表面的對(duì)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(biāo)準(zhǔn)k—ε湍流模型，運(yùn)用Fluent6.0的分離隱式求解器進(jìn)行三維非穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬。通過模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，模擬的土壤溫度