主被动相变蓄热墙体对改善日光温室热环境的实验研究

发布时间：2020-10-20 17:47

　　 日光温室作为我国设施农业的重要组成部分,是北方冬季反季节蔬菜作物生产的重要设施,对保证城乡居民蔬菜长期、安全、稳定供应起到了积极作用,为我国冬季蔬菜的持续供应做出了巨大贡献。甘肃兰州地区冬季寒冷,日光温室内外温差大,而温室墙体的蓄放热性能对室内热环境有着很大影响,但是当地传统的日光温室墙体大都采用被动蓄放热方式,蓄放热量有限,不能从根本上满足温室内作物生长的室内热环境。为了改善温室内热环境,提高墙体的蓄放热性能,充分利用太阳能,本文重点从主被动相变蓄热墙体的构筑方式、墙体热性能评价方法、墙体主动蓄放热系统的蓄放热性能等方面进行以下研究:首先,针对我国现有典型土墙、砖墙、相变材料复合墙体构筑的3种日光温室,通过采用室内空气温度、墙体温度场温度和墙体蓄放热量等评价指标分析了其存在的主要问题。结果表明,现有典型墙体采用被动式蓄放热,墙体存在温度稳定区,蓄放热能力有限;虽然通过增加墙体厚度可以提高墙体蓄热量,但土地利用率减少,另外受外界环境的影响,夜间不能满足温室内作物生长热环境。基于此不足,本文提出了一种日光温室主被动相变蓄热墙体,以主动和被动相结合的方式改善温室内热环境。其次,在兰州地区搭建主被动温室和普通温室试验台,以日光温室室内空气温度、墙体内表面温度、室内土壤温度、墙体内部温度等评价方法并结合测试数据,分析了不同天气条件下,主被动温室相对于普通温室的温度改善效果,并对主被动温室墙体内装有相变材料的箱体和蓄热盘管进出口温度进行了测试分析。第三,通过测试分析得出,晴天天气条件下,保温被开启和关闭期间,主被动温室室内空气温度比普通温室室内空气温度平均分别提高了4.5°C、2.4°C,内表面温度平均分别提高了4.6°C、2.5°C,地温平均分别提高了1.9°C、1.6°C,20cm深度土壤温度平均分别提高了1.8°C、1.5°C;整个晴天,日有效积温提高了42.1%,作物适宜生长时间增加了6h,距墙体内表面120mm处温度平均提高了4.0°C,墙体320mm厚度处高度方向温度平均提高了2.4°C。阴天天气条件下,保温被开启和关闭期间,主被动温室室内空气温度比普通温室室内空气温度平均分别提高了2.2°C、1.2°C,墙体内表面温度平均分别提高了2.1°C、1.3°C,地温平均分别提高了1.1°C、0.9°C,20cm土壤温度平均分别提高了1.0°C、0.8°C;整个阴天,日有效积温提高了28.7%,作物适宜生长时间增加了4h,距墙体内表面120mm处温度平均提高了2.6°C。第四,从保温被开启到主动供热开始期间,箱体E内部平均温度比箱体B高0.5°C,蓄热盘管的进口平均温度比出口温度高8.1°C,从主动供热开始到次日保温被开启期间,箱体B内部平均温度比箱体E高0.6°C,蓄热盘管的出口平均温度比进口温度高3.3°C,体现了箱体内部相变材料具有很强的蓄放热能力。本文提出的主被动相变蓄热墙体日光温室能够充分利用太阳能,提高了墙体内部温度,大大改善了温室内热环境,保障了温室内作物适宜的生长温度,同时也为兰州地区日光温室的现代化发展提供了参考。
【学位单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU83;S625
【部分图文】：

体传热能力与墙体材料自身蓄热能力的制约，白天照射到日光温室墙体内表面影响墙体的深度大约为 300mm[13,14]，储存的太阳能有限，仅依靠目前的墙体被热方式，难以满足冬天夜间温室作物生长对热环境的需求，另外作物和东西墙侧产生遮挡进一步削弱了北墙的蓄热能力[15]；二是由于受到墙体材料热惯性作仅依靠墙体被动放热的形式无法及时把白天储存的热量释放到温室内部，导致温室内温度偏低，造成温室作物发生冻害现象，从而降低了作物产量和品质；加温措施提高温室内温度需要消耗大量的不可再生能源，污染了环境并且运行；四是兰州地区的土质墙体厚度多达数米（见图 1-1），造成土地利用率低，另砌松散，加上是内外环境的侵蚀，导致墙体的承重能力较差，无法满足保温被荷要求（见图 1-2），而且墙体不密实，兰州地区夜间温度又较低，无法满足墙温的基本要求。另外，我国对日光温室热环境的基础研究比较薄弱，缺乏系统性性能墙体蓄热材料、新型墙体结构的研发以及适用于日光温室提高太阳能转化技术研究都相当匮乏。因此，提高温室墙体内部的蓄放热能力、改善日光温室提高温室作物的产量和品质已成为日光温室发展的关键。

a） 温室北墙内侧 b） 温室北墙外侧图 1.2 兰州地区日光温室室内外墙体照片因此，从温室作物适宜生长热环境出发，通过新材料、新设备并结合建筑传热学理论、建筑材料学、相变储能理论等相关理论的指导下，基于日光温室墙体传热过程和温室内外环境特征，充分利用太阳能，科学的构建日光温室结构，进而提高墙体的蓄放热能力，改善日光温室热环境。1.2 国内外研究现状日光温室的快速发展为国内外反季节作物的供应做出了巨大贡献。日光温室主要是白天利用太阳能，依靠最大限度的采光，使温室墙体尽可能蓄积多的热量，夜间依靠土壤和墙体内表面与温室室内空气形成的温度差而向室内释放热量，从而维持或提高温室内空气温度，以达到夜间温室作物的适宜生长温度。日光温室各围护结构的蓄热和保温性能的优劣直接影响温室内作物生长热环境的好坏，进而影响作物的产量和品质。墙体是日光温室围护结构的重要蓄放热体，具有承重、集热、蓄热和保温等多重作用，其白天蓄集太阳能的能力越强，夜晚提供给温室内的热量也越多[18]。因此，墙体的蓄放热性

b) 夜间图 2.1 日光温室墙体传热过程示意图上述日光温室墙体传热过程分析，墙体要蓄积太阳能必须要具备较好的集，通过墙体表面的集热作用，热量要较好的储存起来，墙体必须具有较好功能；与此同时，墙体还要承受前坡屋面、后坡屋面、保温被以及室外风载的作用，所以，日光温室墙体承载着承重、集热、蓄热和保温等重要功光温室墙体构筑方式及热工性能评价指标有日光温室墙体构筑方式日光温室始建于 20 世纪初期，在 20 世纪 80 年代以后得到了快速的发展墙体的构筑方式随着温室结构也产生了不同的变化，尤其是随着墙体材料建筑热工性能理论知识的加深，得到了革命性的改变。较早的辽宁瓦房店温室，其温室墙体采用 0.8m～1.0m 的土质墙体，但是墙体蓄热量不足，土墙体进行加厚到数米。到 20 世纪 90 年代以后，又出现了砖与保温材料
【参考文献】

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本文编号：2848968