日光温室墙体保温蓄热技术的探索与展望

对近年来日光温室墙体保温蓄热技术的探索情况(包括材料、工艺构造等)进行了梳理,发现温室墙体在保温蓄热方面存在建造技术的科技含量偏低、建造成本高、无建造标准规范等问题,进而提出了打造“新型温室智慧墙体”、精准选择保温蓄热材料、加大温室墙体设施更新改造力度、给农户提供全方位政策支持等思路。

相变蓄热墙体对日光温室热环境的改善

该文以北京市郊区某蔬菜种植基地日光温室为研究对象,将所研制的新型相变蓄热墙体材料应用于日光温室北墙内表面,通过提高温室墙体太阳能集热与蓄热能力,达到提高太阳能热利用效率和改善日光温室热环境的目的。采用40mm厚相变蓄热墙体材料板的试验温室与同尺寸的普通砖墙的对照温室比较,2010年12月21日至2011年1月18日的比较试验结果表明:草帘开启时段(白天),前者后墙表面温度平均提高1～2.7℃,耕作层(0～20cm)土壤平均温度提升0.5℃,室内环境平均温度提升0.2～2.1℃;草帘关闭时段(夜间),试验温室后墙表面温度平均提高2.1～4.3℃,耕作层土壤平均温度提升0.5～1.4℃,室内环境平均温度提升1.6～2.1℃。所研制的相变蓄热墙体材料较好地改善了温室作物生长热环境,提高了日光温室的太阳能热利用率。

固化沙蓄热后墙日光温室热工性能试验

结合西北非耕地地区多沙的特点,在因地制宜、就地取材的基础上,该课题组设计了1种以多孔砖和固化沙为后墙结构主要材料的新型复合墙体日光温室。该日光温室有被动蓄热后墙和主动蓄热后墙2种类型,被动蓄热后墙以固化沙为主要蓄热体,主动蓄热后墙在被动蓄热墙体的基础上增设了蓄热循环系统。通过在内蒙古乌海地区进行试验,分析其热工性能,并与当地普通砖墙日光温室性能进行比较分析。试验结果表明,晴天条件下,固化沙被动蓄热后墙温室、固化沙主动蓄热后墙温室、普通砖墙温室的夜间平均气温分别为13.7、17.0、12.8℃。阴天条件下,3座温室的夜间平均气温分别为10.6、13.8、10.0℃。固化沙被动蓄热后墙温室墙体内部恒定温度区域处于500~740 mm之间,蓄热体厚度近500 mm,其中固化沙蓄热体厚度近380 mm。固化沙主动蓄热后墙温室的墙体内部恒定温度区域处于740~1 000 mm之间,蓄热体厚度超过740 mm,其中固化沙蓄热厚度超过620 mm。综上,固化沙主动蓄热后墙日光温室的热工性能明显优于固化沙被动蓄热后墙日光温室及当地普通砖墙日光温室,可满足喜温作物的越冬生产,在西北多沙地区具有一定的实用推广价值。

日光温室瓶胆式相变墙体热性能研究

墙体作为日光温室中保温蓄热的集合体,对温室的热环境至关重要。现通过对瓶胆式相变墙体热工参数的计算,研究了该新型墙体的保温蓄热性能,并将其与复合砖墙、土墙的热性能进行了对比。结果表明:该瓶胆式相变墙体的保温蓄热性能和技术经济水平总体上优于复合砖墙和土墙,适合在日光温室中使用。

复合相变蓄热墙体材料应用于日光温室的效果研究

日光温室墙体作为集蓄热保温隔热于一体的墙体围护结构,对温室热环境的影响至关重要。现将课题组曾研制的复合相变蓄热墙体材料涂抹于日光温室后墙内表面,利用相变材料能够在较小的温度区间下蓄存和释放大量相变潜热的特点,研究日光温室相变蓄热墙体的蓄热能力。结果表明:涂抹相变蓄热材料后,在不用加大砖墙厚度的情况下可获得较大的蓄热能力。

主动蓄热日光温室不同气流方向后墙传热CFD模拟

日光温室是一种能源高效利用型的温室结构,在中国北方的设施园艺产业中起到了非常重要的作用,其中主动储热日光温室结构是最近该领域研究的热点问题之一。针对高效主动储热风道的研究问题,该文构建了3种不同气流运动方式的主动蓄热日光温室后墙模型,分别是顶进顶出气流运动方式的主动蓄热日光温室后墙(W1)、侧进侧出气流运动方式的主动蓄热日光温室后墙(W2)、侧进顶出气流运动方式的主动蓄热日光温室后墙(W3)。在W1工况下对比试验数据及数值模拟数据发现,平均相对误差为6.7%,最大相对误差为13.4%,说明该文所建模型的数值模拟与试验数据有很好的一致性;进一步模拟结果表明,进口条件一致的情况下,W1、W2、W3在主动蓄热循环系统运行阶段的有效蓄热范围分别为700～800、500～600、600～700 mm;W1、W2、W3的出口平均温度分别为17.3、18.9、18.2℃,进一步计算得到,3种工况下,内部空气流的努塞尔特数分别为40.95、35.25、35.30;3种不同气流循环运动方式下,温室后墙的对流换热强烈程度表现为W1最大,W3其次,W2最小。该研究为设计主动蓄热日光温室墙体气流循环运动方式提供了理论依据和试验参考。

复合相变蓄热墙体材料对日光温室热环境及番茄生长发育的影响

为改善日光温室作物的生长环境,将北京工业大学建筑工程学院相变畜热技术研究团队研制的复合相变蓄热墙体材料应用于种植番茄的日光温室北墙内表面。对比试验结果表明,在种植条件完全相同的情况下,采用了复合相变蓄热墙体材料温室内的番茄,在整个生长过程中的形态指标始终好于未采用复合相变蓄热墙体材料的温室,而且前者的果实大,产量大幅提升。从温室北墙内表面温度、耕作层土壤温度、有效积温以及复合相变墙体蓄放热能力等方面,定量地评价了复合相变蓄热墙体对改善日光温室作物生长热环境的影响。

圆形斜壁氯化镁溶液太阳池的蓄热性能研究

对小型圆形斜壁太阳池在静态和动态运行下的温度特性进行探讨，对太阳池的蓄热性能及其热损失进行分析和估算，给出理论结果与实测结果，并对影响太阳池热性能的诸多参数进行了讨论。

集成管道生物质蓄热墙设计及热工性能研究

针对传统生物质墙体存在集热蓄热差的热工问题,提出一种以太阳能为热源的集成管道生物质蓄热墙体,通过建立对比实验模型,分别测试墙体系统及室内物理环境参数,研究2种模型存在的热效率差异,并对实验组墙体系统进行供热性能分析。结果表明:所提出的集成管道生物质墙体系统具有良好的集热、蓄热性能;管道流系统循环控制策略应适应当地气象条件以优化系统供热效率;集成管道生物质蓄热墙节能率可达79.3%,经济效益明显,在生物质能与太阳能富集地区具有广泛应用前景。

新疆严寒地区石河子市供暖末期主被动结合式太阳房供暖的试验研究

为研究石河子市供暖末期主被动结合式太阳房各系统运行情况及其对室内热环境的影响,本文对新疆严寒地区石河子市供暖末期主被动结合式太阳房进行试验研究。结果表明:晴朗天气时,该供暖系统平均每天供热量为78.15 MJ,其中,主动式太阳能采暖系统占比为70.5%,集热墙系统占比为29.5%;主被动结合式太阳房无需开启辅助热源就能满足供暖需求,标准煤节约量为3.35 kg/d,CO2减排可达8.35 kg/d,节能效果显著。由此本文得出以下结论:集热墙系统的空气间层作为一个缓冲空间,对于调节室内热环境具有积极作用。

温控下被动式太阳房辅助热源量的动态分析

减少对辅助热源的依赖是太阳能建筑设计的一个重要目标,利用建筑自身的集热蓄热能力,可以减少辅助热源量。研究了根据一维热网络模型、温控下辅助热源量的计算公式及热平衡方程,计算不同辅助热源的控制常数以及设定温度下室内温度和辅助热源量的变化;分析了不同的热源控制常数取值和设定温度对室内温度和辅助热源量的影响;讨论了设定温度对墙体蓄热利用的影响。

集热蓄热墙式太阳能建筑的能耗模拟研究

本文对冬季集热蓄热墙式太阳能建筑的动态能耗进行了模拟研究。模拟采用了能量模拟软件EnergyPlus,计算了无辅助热源时通过建筑围护结构的各种形式传热量和有辅助热源时的采暖负荷。模拟结果显示,在沈阳地区采暖季采用理想辅助热源维持室内温度为18益时,太阳房在整个采暖季内的日采暖负荷比无辅助热源时小,总负荷减小了24.4%。另外,模拟分析了集热蓄热墙体的采暖负荷平均化的作用、结构和性能参数的影响。负荷的动态模拟结果将为被动式太阳能建筑的辅助能源运行方案、设备选择提供指导。

基于ECOTECT兰州乡村民居被动式太阳房冬季室内热环境模拟研究及优化策略

近几年被动式太阳能技术在乡村民居上的应用成为了我国乡村民居供暖技术研究的主流。被动式太阳房通过建筑物朝向和周围环境的合理布置,内部空间及外部形体的巧妙设计,建筑材料、结构的恰当选择等技术措施,在不消耗或少消耗一次能源的前提下,利用太阳热能解决建筑物采暖问题,因此具有环境污染少、能源消耗低、结构简单、造价较低的应用效果。研究基于ECOTECT数值模拟技术,以兰州地区气象、民居形式、村民生活习惯为条件,针对乡村集热蓄热墙式被动房的传热过程建立了集热蓄热墙传热过程数学模型,模拟了冬季室内热环境,并与传统砖混乡村民居冬季室内热环境进行了对比,得出集热蓄热墙一定程度上可以改善乡村农宅的室内热环境,但是还不足以满足人体热舒适的要求,即使在加设外保温的情况下,围护结构的失热量依然很高。针对分析结果,研究提出了通过改进围护墙体材料、增加集热面积、增加辅助热源的方法进一步改善乡村民居的室内热环境。

日光温室后墙保温系统试验研究

为减少冬季日光温室加温能耗,基于空气流动原理设计了温室后墙保温系统。该系统利用风机将温室白天蓄积的热量储蓄在后墙的夹层中与后墙的保温室内,经过热量传导与交换,保证太阳能的高效利用。试验结果表明,在冬季白昼为晴朗、连阴雾霾天(极端天气)下蓄热温室夜间空气温度分别比对照温室平均高3.12和3.17℃,土壤温度分别比对照温室平均高3.2和2.78℃。日光温室蓄热能力的提高,实现了番茄的安全过冬生产。该研究成果对日光温室结构的改进、温度调控有重要意义。

墙体-屋面组合式蓄热通风墙热工优化及其室内热环境分析

传统玻璃幕墙房间昼夜温差大、供暖能耗高,该文提出一种墙体-屋面组合式蓄热通风墙。建立该结构的传热数学模型,对屋面倾斜角度、通风孔尺寸、风机风速等影响因素进行优化分析,对比墙体-屋面组合式蓄热通风墙与传统玻璃幕墙房间的室内热环境及热负荷。结果表明:综合考虑总供热量和对流换热量,通风孔尺寸为250 mm×250 mm最佳;屋面倾斜角度和风机风速分别为45°和1.0 m/s时,蓄热通风墙的供热能力最佳。相比传统玻璃幕墙,墙体-屋面组合式蓄热通风墙房间自然室温保持在15℃以上的时间延长了约3.5 h,室温波动缩小了约3℃,昼夜温差明显减小;蓄热通风墙房间的热负荷降低了约40.7%。

相变蓄热材料导热系数对太阳能通风墙性能的影响

通过对相变蓄热型太阳能烟囱模型通风蓄放热变化过程的计算,分析比较不同相变蓄热墙导热系数对太阳能烟囱性能的影响.计算结果表明:吸热板最大表面温度随着相变蓄热墙导热系数的增大越接近相变蓄热墙的相变温度;蓄热阶段,入口平均风速随着相变蓄热墙导热系数的增大而减小;放热阶段,入口平均风速随着相变蓄热墙导热系数的增大反而越大;相变蓄热墙导热系数越大,蓄热型太阳能烟囱系统16h的累计通风量越高,但在导热系数增大到0.66 W·(m·K)-1后,再增大材料导热系数,累计通风量几乎不再增加.

MWCNTs-水合盐复合相变材料的蓄热性能研究

研究CH_(3)COONa·3H_(2)O(SAT)/Na_(2)HPO_(4)·12H_(2)O(DSP)共晶盐的相变过程,分析亲水碳纳米管(HCNTs)对共晶盐热性能的优化效果。结果表明:SAT/DSP质量比为9∶1时共晶盐循环稳定性最好,且过冷度仅为2.5℃;随着HCNTs掺量提高,复合材料的热导率呈线性增长趋势,最高达到1.29 W/(m·K),较未加HCNTs时提升了182.89%,蓄热密度呈线性下降趋势,最多降低了5.59%。最后对各组HCNTs/SAT/DSP复合相变材料(CPCM)进行200次固-液循环,结果表明各组材料的循环稳定性良好,具备实际应用价值。

兰州地区太阳能相变集热蓄热墙系统热特性分析

根据兰州地区太阳辐射的特点,利用Fluent软件对太阳能相变集热蓄热墙系统进行数值模拟,通过与传统型太阳能集热蓄热墙系统进行对比,探讨应用太阳能相变集热蓄热墙系统的优势。通过建立非稳态太阳能相变集热蓄热墙系统三维模型,采用CFD方法对控制方程进行求解,结果表明,太阳能相变集热蓄热墙系统在兰州地区具有应用的可行性和舒适性。

太阳能主-被动式相变蓄热墙体对温室番茄生长及产量性状的影响

为解决新疆冬季戈壁日光温室温度低、湿度高、作物生产效益低的问题,通过建立太阳能主-被动式相变蓄热墙体(以下称新型墙体)并进行试验实测,探讨该墙体对室内热环境和作物生长情况的改善效果。结果表明,新型墙体不仅可以有效提高开棚期间室内空气温度,而且可以有效改善关棚期间室内空气温度,并且随着时间的增长,改善效果越来越明显。普通墙体日光温室的土壤温度上升持续时间较新型墙体日光温室缩短3 h,室内空气温度峰值降低1.06℃。番茄叶片平均净光合速率提高28.14%,平均株高提高26.07%,最大茎粗提高44.21%,总产量提高28.0%。

太阳能空气集热结合空心内墙蓄热采暖的室内温度与采暖负荷分析

提出了一种将太阳能空气集热器与空心通风内墙相结合的新型供暖方式,利用建筑内墙蓄存集热器白天收集的热量,并于夜间释放至室内,从而提高夜间室内温度,减少采暖负荷。运用EnergyPlus软件建立该系统的计算模型,模拟室内温度及采暖负荷,得出太阳能空气集热结合空心通风内墙蓄热供暖系统相比无该系统的普通房间及将热空气直接通入普通房间的集热器传统应用方法,分别能够提高夜间室内最低温度6.5℃与3.2℃,减少夜间采暖负荷56.8%与51.6%。该系统在太阳能资源丰富的青藏高原寒冷地区普通居住建筑中具有良好的推广价值。