相變蓄熱技術(shù)應(yīng)用于溫室大棚中的傳熱和節(jié)能特性研究.pdf

1、我國北方地區(qū),冬季日照率高且輻射量大,太陽能資源利用潛力巨大。本課題正是基于上述溫室大棚本身結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑特點和相變材料的被動蓄放熱特性,提出將所研制的復(fù)合相變蓄能墻體材料應(yīng)用于普通溫室大棚墻體內(nèi)表面,構(gòu)成集熱蓄熱墻式被動式太陽能溫室,簡稱相變溫室大棚。此種相變溫室大棚正是利用相變材料恒溫或近似恒溫條件下能夠吸收和釋放大量相變潛熱的被動蓄放熱特性,白天蓄存溫室大棚內(nèi)多余的太陽能,夜間當(dāng)棚內(nèi)空氣溫度低于其相交溫度時,釋放出其白天蓄存的能量,完

2、全或部分替代夜間采暖,降低溫室內(nèi)空氣溫度的晝夜波動性,達到太陽能利用的“時間轉(zhuǎn)移”和“削峰填谷”的目的。 在上述節(jié)能理念的基礎(chǔ)上,首先,搭建了相變溫室與普通溫室的縮尺寸實驗臺,并進行了反復(fù)和長期的實驗。通過對加熱與不加熱方案下實驗結(jié)果的具體分析可知,當(dāng)平均室外空氣溫度較高(10℃左右),白天太陽輻射強度強烈時,即使不加熱相變溫室也能表現(xiàn)出很好的節(jié)能特性；而在加熱方案條件下,當(dāng)保證夜間溫室大棚內(nèi)空氣溫度高于相變材料的相變溫度2～3

3、℃左右(實驗方案I)時,相變溫室大棚較普通溫室大棚即能達到很好的節(jié)能效果,其耗電節(jié)能率η達6.3％。 在初步實驗研究的基礎(chǔ)上,采用傳熱學(xué)的方法,建立了溫室內(nèi)空氣的數(shù)學(xué)傳熱控制方程,提出采用顯熱容法求解相變傳熱問題,并引入等價比熱的概念,把三個方程描述的相變問題轉(zhuǎn)化成了在整個計算區(qū)域中的一個“單相”非線性導(dǎo)熱問題,并以此求解相變溫室大棚的傳熱問題。利用Matlab7.0編程軟件自編了相變溫室程序,并進行了模擬計算,討論了相變材料的

4、熱工參數(shù)(相變溫度、相變焓、比熱、密度、導(dǎo)熱系數(shù)等)對相變溫室大棚傳熱規(guī)律和節(jié)能特性的影響,并與普通溫室大棚的計算結(jié)果進行比較,初步評價了相變墻體的節(jié)能特性。 結(jié)果表明,復(fù)合相變蓄能墻體材料應(yīng)用于北京地區(qū),當(dāng)其最佳密度為1200kg/m3,最佳導(dǎo)熱系數(shù)為0.6W/(mK),最佳相變焓為120kJ/kg,最佳相變材料層的厚度為30mm,最佳相變溫度為20℃時,其供暖節(jié)能率η約為2.4％。最后,針對北京、拉薩等氣象條件不同的五個地區(qū)

5、,進行了相變溫室與普通溫室的模擬計算,討論了復(fù)合相變蓄能墻體對不同地區(qū)溫室大棚耗煤量和北墻內(nèi)表面溫度的影響規(guī)律,初步評價了相變溫室大棚在不同地區(qū)應(yīng)用的可行性及節(jié)能特性。 本論文通過被動式太陽能溫室大棚本身結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑特點及相變材料的被動蓄放熱特性的有利結(jié)合,必將推動太陽能利用的新的發(fā)展空間,為“社會主義新農(nóng)村”建設(shè)和農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展及節(jié)約能源開辟了一條可行的途徑,并為相變蓄能墻體應(yīng)用于溫室大棚中或普通住宅建筑中有效利用太陽能等可再生能