溫室平板太陽(yáng)能相變蓄熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究

【摘要】：溫室作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要設(shè)施,為我國(guó)北方園藝作物冬季栽培提供了適宜的生長(zhǎng)環(huán)境。但冬季溫室加溫存在能耗大、污染環(huán)境、費(fèi)用高等問(wèn)題,開(kāi)發(fā)利用清潔新能源一直是設(shè)施園藝領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。近年來(lái),相變儲(chǔ)能技術(shù)在能源、建筑、航空等領(lǐng)域的應(yīng)用研究取得了較快的發(fā)展,其對(duì)解決能源危機(jī),開(kāi)發(fā)利用新能源,減少能源利用導(dǎo)致的環(huán)境污染等方面都有重要意義。我國(guó)超過(guò)2/3的地區(qū)都有豐富的光熱資源,利用相變儲(chǔ)能技術(shù)利用太陽(yáng)能為溫室加溫前景廣闊。本研究將相變儲(chǔ)能技術(shù)與太陽(yáng)能集熱技術(shù)結(jié)合,設(shè)計(jì)制作了太陽(yáng)能相變蓄熱器。該相變蓄熱器與輔助設(shè)備結(jié)合,組成太陽(yáng)能相變蓄熱系統(tǒng),并將其應(yīng)用于日光溫室中。相變蓄熱器白天利用太陽(yáng)能集熱板吸收太陽(yáng)輻射并將其轉(zhuǎn)化成熱能儲(chǔ)存到相變材料內(nèi);夜間以空氣為熱媒將相變材料內(nèi)的熱能輸送到溫室內(nèi),實(shí)現(xiàn)為溫室加溫的目的。本文的主要研究如下:(1)在前人基礎(chǔ)上,對(duì)適合用于儲(chǔ)存太陽(yáng)能同時(shí)適合用于溫室生產(chǎn)的相變材料進(jìn)行篩選和測(cè)試。經(jīng)對(duì)比篩選,選擇Na2HPO4·12H2O作為本試驗(yàn)應(yīng)用的相變材料。通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn):Na2HPO4·12H2O、活性Al2O3、羧甲基纖維素鈉(CMC)以20:1:1的質(zhì)量比混合后,穩(wěn)定性較好,過(guò)冷現(xiàn)象不明顯,熔點(diǎn)為34.6℃,潛熱值為214.5 J/g,該混合相變材料可很好地滿足本研究的要求。(2)通過(guò)對(duì)相變蓄熱器熱平衡分析和各部件材料的篩選,設(shè)計(jì)并制作了太陽(yáng)能相變蓄熱器,該太陽(yáng)能相變蓄熱器由透明蓋板、吸熱板、蓄熱單元、內(nèi)框架和保溫材料組成,蓄熱器采光面積為1 200 mm×800 mm,蓄熱器框架由鋼板制成。蓄熱器吸熱板表面鍍有氮氧化鈦選擇性吸收涂層,蓄熱器內(nèi)封裝相變材料35 kg。太陽(yáng)能相變蓄熱器與通風(fēng)管,風(fēng)機(jī),溫控開(kāi)關(guān),閥門(mén)等組成太陽(yáng)能相變蓄熱系統(tǒng)。(3)將太陽(yáng)能相變蓄熱系統(tǒng)應(yīng)用于日光溫室中。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)溫室夜間熱負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算,確定了所需相變蓄熱器的面積。通過(guò)對(duì)溫室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的測(cè)試和蓄熱系統(tǒng)中相關(guān)參數(shù)的監(jiān)測(cè),得到以下結(jié)論:晴天條件下,相變蓄熱器內(nèi)約有70%的相變材料完全熔化;試驗(yàn)溫室夜間平均氣溫提高2.1℃,最低氣溫提高3.0℃;白天該系統(tǒng)的集熱效率為59.2%,夜間系統(tǒng)放熱效率為74.0%,太陽(yáng)能相變蓄熱器單位面積放熱量為4.05MJ/m2。在綜合不同天氣狀況的條件下,運(yùn)用了太陽(yáng)能相變蓄熱系統(tǒng)的溫室夜間平均氣溫提高1.8℃,夜間最低氣溫提高2.5℃;試驗(yàn)溫室的20 cm處最低地溫提高1.4℃;試驗(yàn)溫室內(nèi)平均空氣相對(duì)濕度降低4%。晴天、多云天和綜合不同天氣狀況條件下,試驗(yàn)溫室內(nèi)前、中、后部夜間溫度差異較小,溫度分布較對(duì)照溫室更均勻。太陽(yáng)能相變蓄熱系統(tǒng)白天蓄積清潔易得的太陽(yáng)能,夜間為溫室補(bǔ)充熱量,為冬季日光溫室加溫提供了新方法。該系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)可根據(jù)溫室所需的加熱量選擇相應(yīng)面積的蓄熱器,應(yīng)用靈活;該系統(tǒng)集熱/蓄熱裝置一體化,蓄熱效率較高;本系統(tǒng)放熱時(shí)以空氣為傳熱工質(zhì),可直接加熱溫室內(nèi)的空氣,使用方便。 【關(guān)鍵詞】：相變材料 蓄熱系統(tǒng) 日光溫室 太陽(yáng)能
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：S625.3
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 文獻(xiàn)綜述11-19
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 相變材料12-14
• 1.2.1 相變材料概述12
• 1.2.2 相變材料的分類(lèi)12-14
• 1.3 相變材料的封裝14-16
• 1.3.1 相變材料的封裝方式概述14
• 1.3.2 相變蓄熱器的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.4 相變材料的應(yīng)用16-18
• 1.4.1 相變材料在建筑節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用概況16-17
• 1.4.2 相變材料在溫室中的應(yīng)用研究17-18
• 1.5 本文研究目的、內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)18-19
• 1.5.1 本文研究目的18
• 1.5.2 本文研究?jī)?nèi)容18
• 1.5.3 本文研究創(chuàng)新點(diǎn)18-19
• 第二章 相變材料的篩選及測(cè)試19-27
• 2.1 相變材料的篩選19-21
• 2.1.1 植物生長(zhǎng)所需的熱環(huán)境19
• 2.1.2 相變材料的選擇19-20
• 2.1.3 相變材料改性劑的選擇20-21
• 2.2 相變材料的測(cè)試21-26
• 2.2.1 試驗(yàn)材料與儀器21-22
• 2.2.2 試驗(yàn)方法22-23
• 2.2.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析23-26
• 2.3 本章小結(jié)26-27
• 第三章 太陽(yáng)能相變蓄熱器的設(shè)計(jì)27-39
• 3.1 太陽(yáng)能集熱器的分類(lèi)及空氣集熱器的特點(diǎn)27-28
• 3.1.1 太陽(yáng)能集熱器的分類(lèi)27-28
• 3.1.2 太陽(yáng)能空氣集熱器的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)28
• 3.2 太陽(yáng)能相變蓄熱器的設(shè)計(jì)28-38
• 3.2.1 太陽(yáng)能相變蓄熱器的結(jié)構(gòu)及其熱平衡分析28-31
• 3.2.2 太陽(yáng)能相變蓄熱器設(shè)計(jì)31-35
• 3.2.3 太陽(yáng)能相變蓄熱器的安裝方位及相變材料用量計(jì)算35-38
• 3.3 本章小結(jié)38-39
• 第四章 太陽(yáng)能相變蓄熱系統(tǒng)在溫室中的應(yīng)用39-54
• 4.1 溫室最大采暖負(fù)荷計(jì)算39-41
• 4.2 太陽(yáng)能相變蓄熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及蓄放熱分析41-44
• 4.2.1 太陽(yáng)能相變蓄熱系統(tǒng)41-42
• 4.2.2 太陽(yáng)能相變蓄熱系統(tǒng)蓄放熱過(guò)程分析42-44
• 4.3 太陽(yáng)能相變蓄熱系統(tǒng)在溫室上的應(yīng)用研究44-52
• 4.3.1 供試溫室及太陽(yáng)能相變蓄熱系統(tǒng)的制作安裝44-45
• 4.3.2 試驗(yàn)方法及試驗(yàn)儀器45-46
• 4.3.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析46-52
• 4.4 本章小結(jié)52-54
• 第五章 結(jié)論與討論54-56
• 5.1 結(jié)論54
• 5.2 討論54-56
• 參考文獻(xiàn)56-60
• 致謝60-61
• 作者簡(jiǎn)介61

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