日光溫室主被動(dòng)相變蓄熱墻體熱工特性的數(shù)值研究.pdf

1、日光溫室是利用太陽(yáng)能作為熱源來(lái)進(jìn)行反季節(jié)蔬菜種植的一種設(shè)施農(nóng)業(yè)建筑，為我國(guó)新鮮蔬菜的均衡供應(yīng)做出了巨大的貢獻(xiàn)。但在復(fù)雜氣候條件下，日光溫室的應(yīng)用逐漸出現(xiàn)了一定的局限性。為了提高溫室的熱工性能，探求出能夠高效利用太陽(yáng)輻射能量，并通過(guò)溫室墻體自身的集熱、蓄熱和保溫性能來(lái)蓄存和利用這部分能量，本文在課題組前期研究的基礎(chǔ)上，從提升蓄熱墻體調(diào)控日光溫室熱環(huán)境的角度入手，采用理論分析、數(shù)值分析與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，重點(diǎn)圍繞主被動(dòng)相變蓄熱溫室北墻的構(gòu)筑

2、方式、溫室冬季夜間熱環(huán)境的評(píng)價(jià)和主被動(dòng)相變蓄熱墻體的優(yōu)化等方面開(kāi)展了以下研究工作:
　　首先，基于我國(guó)典型日光溫室，采用墻體溫度、墻體蓄/放熱量、溫室空氣溫度等評(píng)價(jià)參數(shù)進(jìn)行分析，從中總結(jié)出被動(dòng)式蓄熱墻體存在的主要問(wèn)題。結(jié)果表明，被動(dòng)式墻體內(nèi)部均存在過(guò)冷區(qū)，該區(qū)域不能向溫室貢獻(xiàn)有效的熱量;墻體在構(gòu)筑方式上存在“重保溫、輕蓄熱，傳熱和蓄熱模糊”的問(wèn)題;以增加墻體厚度為代價(jià)來(lái)實(shí)現(xiàn)蓄存較多的熱量會(huì)使土地的利用率降低;被動(dòng)式蓄熱溫室受室外環(huán)

3、境影響較大、夜間溫度較低，不能滿(mǎn)足復(fù)雜氣候變化對(duì)溫室熱環(huán)境的要求。
　　其次，通過(guò)總結(jié)典型被動(dòng)式溫室墻體存在的不足，結(jié)合軟件和實(shí)驗(yàn)的對(duì)比驗(yàn)證，在驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，提出一種新型日光溫室主被動(dòng)相變蓄熱墻體。該新型墻體室內(nèi)側(cè)采用鋼柱桶封裝相變材料組成吸熱和蓄熱能力強(qiáng)的蓄熱層，中間設(shè)置蓄熱盤(pán)管層通過(guò)循環(huán)熱空氣來(lái)提高墻體溫度和實(shí)現(xiàn)隔熱的目的，室外側(cè)設(shè)置保溫層對(duì)中間的承重磚墻進(jìn)行保溫。新型日光溫室墻體符合理想墻體的構(gòu)筑理念，力求發(fā)揮出墻體承重、保

4、溫和蓄熱的綜合性能。
　　第三，根據(jù)傳熱學(xué)和流體力學(xué)的基本理論，結(jié)合工程實(shí)例，選用Fluent軟件建立主被動(dòng)相變蓄熱日光溫室模型。為了使模擬更接近實(shí)際情況，獲得更為可靠的模擬結(jié)果，本文建立了主被動(dòng)相變蓄熱日光溫室三維模型，經(jīng)過(guò)模擬得出:主被動(dòng)相變溫室夜間北墻溫度均高于室內(nèi)空氣的溫度，墻體處于向溫室空氣放熱的狀態(tài);墻體供熱系統(tǒng)使溫室空氣進(jìn)行有規(guī)律的循環(huán)并達(dá)到較好的均勻性，提高了熱量的利用率。在第二天早晨揭開(kāi)保溫被前，主被動(dòng)相變蓄熱溫

5、室平均氣溫為10.2℃，比對(duì)照溫室高10.5℃，主被動(dòng)相變蓄熱溫室與對(duì)照溫室相比，其室內(nèi)土壤溫度和空氣溫度都有明顯的提高。
　　第四，對(duì)主被動(dòng)相變蓄熱日光溫室墻體進(jìn)行優(yōu)化分析，探尋了墻體砌塊磚層和保溫層的較優(yōu)厚度。通過(guò)改變承重磚層和保溫層的厚度，對(duì)溫室復(fù)合墻體進(jìn)行理論分析和計(jì)算，從復(fù)合墻體的熱阻、蓄熱系數(shù)、熱惰性等參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比研究，找出適合主被動(dòng)相變蓄熱墻體的承重層厚度和保溫層厚度。結(jié)果表明，溫室北墻的保溫層和磚層越厚，溫室圍

6、護(hù)結(jié)構(gòu)熱損失越小，夜間溫室的平均氣溫就越高。適合北京地區(qū)的主被動(dòng)相變蓄熱溫室北墻較優(yōu)保溫層厚度為50mm，承重磚層的較優(yōu)厚度為600mm。
　　課題組所提出的主被動(dòng)相變蓄熱墻體日光溫室熱環(huán)境模型在一定程度上改善了被動(dòng)蓄熱墻體對(duì)太陽(yáng)輻射的依賴(lài)性，解決了溫室在冬季夜間溫度較低和溫室溫度分布不均勻的問(wèn)題，保障了溫室作物的連續(xù)性生長(zhǎng)需求，增強(qiáng)了溫室對(duì)室外復(fù)雜氣候條件的適應(yīng)性。該主被動(dòng)相變蓄熱溫室尤其適用于北方加溫溫室和冬天育苗溫室，可以保