日光溫室主被動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能作為熱源來進行反季節(jié)蔬菜種植的一種設施農業(yè)建筑，為我國新鮮蔬菜的均衡供應做出了巨大的貢獻。但在復雜氣候條件下，日光溫室的應用逐漸出現(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輻射能量，并通過溫室墻體自身的集熱、蓄熱和保溫性能來蓄存和利用這部分能量，本文在課題組前期研究的基礎上，從提升蓄熱墻體調控日光溫室熱環(huán)境的角度入手，采用理論分析、數(shù)值分析與實驗相結合的方法，重點圍繞主被動相變蓄熱溫室北墻的構筑

2、方式、溫室冬季夜間熱環(huán)境的評價和主被動相變蓄熱墻體的優(yōu)化等方面開展了以下研究工作:
　　首先，基于我國典型日光溫室，采用墻體溫度、墻體蓄/放熱量、溫室空氣溫度等評價參數(shù)進行分析，從中總結出被動式蓄熱墻體存在的主要問題。結果表明，被動式墻體內部均存在過冷區(qū)，該區(qū)域不能向溫室貢獻有效的熱量;墻體在構筑方式上存在“重保溫、輕蓄熱，傳熱和蓄熱模糊”的問題;以增加墻體厚度為代價來實現(xiàn)蓄存較多的熱量會使土地的利用率降低;被動式蓄熱溫室受室外環(huán)

3、境影響較大、夜間溫度較低，不能滿足復雜氣候變化對溫室熱環(huán)境的要求。
　　其次，通過總結典型被動式溫室墻體存在的不足，結合軟件和實驗的對比驗證，在驗證的基礎上，提出一種新型日光溫室主被動相變蓄熱墻體。該新型墻體室內側采用鋼柱桶封裝相變材料組成吸熱和蓄熱能力強的蓄熱層，中間設置蓄熱盤管層通過循環(huán)熱空氣來提高墻體溫度和實現(xiàn)隔熱的目的，室外側設置保溫層對中間的承重磚墻進行保溫。新型日光溫室墻體符合理想墻體的構筑理念，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)傳熱學和流體力學的基本理論，結合工程實例，選用Fluent軟件建立主被動相變蓄熱日光溫室模型。為了使模擬更接近實際情況，獲得更為可靠的模擬結果，本文建立了主被動相變蓄熱日光溫室三維模型，經過模擬得出:主被動相變溫室夜間北墻溫度均高于室內空氣的溫度，墻體處于向溫室空氣放熱的狀態(tài);墻體供熱系統(tǒng)使溫室空氣進行有規(guī)律的循環(huán)并達到較好的均勻性，提高了熱量的利用率。在第二天早晨揭開保溫被前，主被動相變蓄熱溫

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

6、護結構熱損失越小，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蓄熱墻體對太陽輻射的依賴性，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題，保障了溫室作物的連續(xù)性生長需求，增強了溫室對室外復雜氣候條件的適應性。該主被動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