日光溫室燃池——地中熱交換系統(tǒng)研究.pdf

1、在冬季，為保證在出現(xiàn)極端天氣條件下日光溫室能夠正常生產(chǎn)，一般都采取了人工加溫的方式。目前常用的加溫方式有熱水加溫系統(tǒng)、熱風爐加溫系統(tǒng)、電加熱系統(tǒng)、電熱泵等，采用的主要能源為燃煤、燃油、燃氣以及電能，設(shè)備費用高，運行費用高，使得其應(yīng)用受到很大程度的限制。 日光溫室燃池．地中熱交換系統(tǒng)將日光溫室燃池加熱系統(tǒng)、地中熱交換系統(tǒng)有機結(jié)合起來，通過系統(tǒng)的運行，提高地溫、溫室內(nèi)氣溫，并能有效的降低溫室內(nèi)濕度。在冬季白天，通過風機、地下熱交換管

2、道進行循環(huán)，把燃池釋放出來的熱量傳入地下，貯存起來，以達到提高地溫的目的；夜間通過風機、地中熱交換管道及地上管道，把燃池釋放的熱量、白天貯存到地下的熱量釋放到空氣中，達到提高氣溫及降低空氣濕度的目的。在夏季，當溫室內(nèi)的空氣溫度較高時，通過風機、地中熱交換管道進行循環(huán)，達到降低溫室內(nèi)空氣溫度的目的。 本研究的主要內(nèi)容包括：(1)分析日光溫室燃池-地中熱交換系統(tǒng)的傳熱機理，根據(jù)對流、傳導及輻射的傳熱理論，建立日光溫室燃池-地中熱交換

3、系統(tǒng)熱量傳遞的數(shù)理模型，并進行數(shù)值分析；(2)根據(jù)模型分析日光溫室燃池-地中熱交換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對系統(tǒng)熱工性能的影響，在此基礎(chǔ)上進行結(jié)構(gòu)參數(shù)的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)化，設(shè)計日光溫室燃池．地中熱交換系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；(3)通過試驗分析日光溫室燃池-地中熱交換系統(tǒng)的運行參數(shù)對系統(tǒng)熱工性能的影響，研究系統(tǒng)的基本運行規(guī)律；(4)通過試驗研究日光溫室燃池一地中熱交換系統(tǒng)的溫度環(huán)境特點，并驗證傳熱模型的正確性。通過模型(試驗)研究不同布置方式的溫室溫度分布特點及對溫室

4、溫度環(huán)境的影響；(5)分析日光溫室燃池一地中熱交換系統(tǒng)的經(jīng)濟性，對其做出綜合評價。 將燃池．地中熱交換系統(tǒng)結(jié)合起來引入日光溫室，作為日光溫室的輔助加熱設(shè)施，尚屬首次，它的研究與使用對日光溫室加熱設(shè)施是一個補充，同時彌補了燃池、地中熱交換系統(tǒng)加熱效果及加熱能力等方面的不足。本研究的創(chuàng)新點有以下幾個方面：(1)首次將目光溫室燃池-地中熱交換系統(tǒng)應(yīng)用于日光溫室中。日光溫室燃池-地中熱交換系統(tǒng)加熱屬于地面(地板)加熱方式，這種加熱方式通

5、過對作物的根區(qū)進行加熱，與其它的加熱方式如熱水、熱風等加熱方式相比具有節(jié)能等優(yōu)點，并且對作物的生長發(fā)育和產(chǎn)量、光合作用等都會產(chǎn)生積極的影響；(2)進行了日光溫室燃池.地中熱交換系統(tǒng)在冬季使用時的加熱機理研究，并根據(jù)熱力學與傳熱學基本理論建立了日光溫室燃池-地中熱交換系統(tǒng)加溫的數(shù)學模型；通過對該系統(tǒng)在夏季降溫時，考慮連續(xù)通風與間歇通風的不同工況下的降溫機理研究，建立了利用地中熱交換系統(tǒng)降溫的數(shù)學模型，并進行了系統(tǒng)的理論分析和試驗研究；(3

6、)對建立的日光溫室燃池.地中熱交換系統(tǒng)數(shù)學模型進行數(shù)值分析及數(shù)學模擬；對建立的動態(tài)數(shù)學模型用二維不穩(wěn)定導熱微分方程及邊界條件來描述，模型中把地中熱交換通風管道模擬為無限長圓柱體，能夠真實地反映空氣沿管道長度，并隨通風時間的不斷變化的動態(tài)過程；給出了數(shù)學模型的求解方法，為模型的求解建立基礎(chǔ)；最后利用ANSYS熱分析軟件進行了數(shù)學模擬分析；(4)進行了日光溫室燃池.地中熱交換系統(tǒng)的綜合經(jīng)濟效益分析。利用費用現(xiàn)值和費用年值方法對其經(jīng)濟性進行評

7、價，結(jié)合日光溫室燃池一地中熱交換系統(tǒng)的運行情況，對日光溫室燃池-地中熱交換系統(tǒng)初投資回收期進行了預(yù)測。本文對燃池.地中熱交換加熱系統(tǒng)進行了系統(tǒng)的理論分析和試驗研究，得到以下主要結(jié)論：(1)分析了日光溫室燃池.地中熱交換系統(tǒng)加熱機理及傳熱機理，建立了日光溫室燃池.地中熱交換系統(tǒng)加溫數(shù)學模型；建立了利用地中熱交換系統(tǒng)降溫的數(shù)學模型。模型中把地中熱交換通風管道模擬為無限長圓柱體，能夠真實地反映空氣沿管到長度，并隨通風時間的不斷變化的動態(tài)過程；

8、給出了該數(shù)學模型的有限差分法求解方法，為模型的求解建立基礎(chǔ)；利用ANSYS熱分析軟件進行了數(shù)學模擬分析，并通過試驗驗證了模型的正確性：(2)日光溫室燃池.地中熱交換系統(tǒng)可以有效的提高溫室內(nèi)的土壤溫度和氣溫。測試結(jié)果表明，采用燃池.地中熱交換系統(tǒng)一側(cè)的土壤平均溫度比對比側(cè)的土壤平均溫度高約2.0℃；晝夜平均氣溫高2.6℃，夜間平均氣溫高4.2℃；采用燃池-地中熱交換系統(tǒng)土壤溫度分布較均勻，沿地中熱交換管道縱向方向各點最高和最低溫度的溫差僅

9、為0.3℃～0.9℃；沿地中熱交換管道橫向方向各點最高和最低溫度的溫差為0.4℃～0.9℃；另外，對兩側(cè)室內(nèi)濕度數(shù)據(jù)分析表明，應(yīng)用日光溫室燃池-地中熱交換系統(tǒng)可以明顯減少溫室內(nèi)相對濕度飽和時間，減少相對濕度飽和時間約2～3 h；(3)燃池-地中熱交換系統(tǒng)在夏季運行可以有效的降低溫室內(nèi)的氣溫。測試結(jié)果表明，熱交換一側(cè)與對比側(cè)室內(nèi)平均氣溫分別為24.7℃、25.4℃，變化不大。但在風機運行期間(測試期間風機在10：00～16：30運行)，熱

10、交換側(cè)與對比側(cè)室內(nèi)平均氣溫分別為30.3℃、35.4℃，平均降溫5.1℃；熱交換側(cè)最高氣溫為32.0℃，對比側(cè)最高氣溫達38.0℃；夜間的氣溫較對比側(cè)略高。試驗也表明，地中熱交換管道進、出口空氣平均溫度分別為24.7℃、19.8℃，平均降低氣溫4.9℃；(4)利用費用現(xiàn)值和費用年值方法對其經(jīng)濟性進行評價。分析表明，日光溫室燃池-地中熱交換系統(tǒng)的費用現(xiàn)值和費用年值比熱風加熱系統(tǒng)分別低30.8％和57.4％；比熱水加熱系統(tǒng)分別低27.4％和

11、55.2％。結(jié)合日光溫室燃池一地中熱交換系統(tǒng)的運行情況，預(yù)測出該系統(tǒng)的初投資回收期為2.1年；(5)日光溫室燃池-地中熱交換系統(tǒng)可以充分利用太陽能及生物質(zhì)能資源，節(jié)能率為31.6％，具有較好的經(jīng)濟效益，同時也具有較好的社會和生態(tài)效益。把燃池-地中熱交換系統(tǒng)作為日光溫室的備用加熱設(shè)施，在實踐中進行了應(yīng)用。本文通過理論分析和試驗，進行了初步的研究。研究表明，日光溫室燃池-地中熱交換系統(tǒng)較燃池、地中熱交換系統(tǒng)從加熱效果、供熱能力上均有很大的改