日光温室太阳能气泡板水循环蓄放热系统研制

发布时间：2020-04-30 08:51

【摘要】：日光温室的主要能量来自于太阳能,白天阳光照射在日光温室墙体上,墙体储存热量并在夜间将蓄积的热量释放出来,保证温室处于适宜的温度。但由于北方冬季寒冷,日光温室仅靠墙体蓄积的热量,不足以抵抗夜间的低温,导致夜间温室内温度不足,影响植株生长。为此,本团队开展了以水为蓄热介质的水循环蓄放热装置的研究,研制出太阳能阳光板水循环蓄放热系统,并获得两项国家专利(ZL 201210293846.X;ZL201310034606.2),但该系统存在造价较高,流水不均匀等问题。针对这些问题,本文开展了以轻便、抗老化且低成本的PE气泡膜为集/散热材料的水循环蓄放热系统研究,以期为提高日光温室太阳能利用率,增强日光温室环境调控能力提供理论和技术指导。主要研究结果如下:1.研制出日光温室太阳能气泡板水循环蓄放热系统太阳能气泡板水循环蓄放热系统主要由集/散热装置、蓄热水箱、循环水泵、定时装置、流水管道等组成。同时,本系统设计一种新型进水装置,不仅降低了成本,而且保证了水流的均匀性。2.确定日光温室太阳能气泡板水循环蓄放热系统集/散热装置结构分析了气泡板的不同颜色、不同气泡直径、水流量以及是否覆盖苯板保温对水循环系统蓄热性能的影响。实验结果表明:与透明气泡板比较,黑色气泡板的蓄热性能高11%,但黑色气泡板会对附近的光照均匀性造成影响。在气泡直径方面,1cm气泡直径的气泡板比3cm气泡直径的气泡板蓄热性能高19%。当水流量在40L/min~60L/min范围内,气泡板的集热效率最高,可以达到80%左右。当安装苯板保温空腔时,与不安装保温空腔比较,透明气泡板蓄热量提高14.3%,因此,增加苯板保温空腔可提高气泡板蓄热性能。3.明确日光温室太阳能气泡板水循环蓄放热系统运行效果冬季在日光温室内进行气泡板水循环蓄放热系统运行效果试验,并且比较了太阳能气泡板与太阳能阳光板水循环蓄放热系统的蓄热性能。白天,气泡板系统蓄热水箱水温平均提高4.2℃,平均蓄热量为21.007MJ;夜间,蓄热水箱水温降低0.9℃,放热量为4.517MJ,温室隔断内气温可迅速提高1℃。在与太阳能阳光板水循环蓄放热系统的运行效果比较试验中,晴天条件下,太阳能阳光板白天蓄热量为24.696MJ,太阳能气泡板白天蓄热量为32.760MJ,太阳能气泡板的蓄热量比太阳能阳光板高32.7%。夜间放热期间,太阳能阳光板水箱水温降低0.6℃,放热量为3.011MJ;太阳能气泡板水箱水温降低0.9℃,放热量为4.517MJ。阴天条件下,太阳能阳光板白天蓄热量为5.040MJ,太阳能气泡板白天蓄热量为6.552MJ,太阳能气泡板的蓄热量比太阳能阳光板高30%。夜间放热期间,太阳能阳光板水箱水温降低0.3℃,放热量为1.506MJ;太阳能气泡板水箱水温降低0.7℃,放热量为3.513MJ。所以,太阳能气泡板水循环蓄放热系统性能更佳。而且,太阳能气泡板水循环蓄放热系统的材料成本只有阳光板的62%左右,因此,太阳能气泡板水循环蓄放热系统具有较高的经济性。
【图文】：

系统结构图,水循环,太阳能,气泡

3 结果与分析3.1 日光温室太阳能气泡板水循环蓄放热系统的研制3.1.1 太阳能气泡板水循环蓄放热系统设计本文采用的太阳能气泡板水循环蓄放热系统主要包括集/散热装置（气泡膜），蓄热装置（蓄热水箱），循环水泵，控制装置（自动定时装置），球阀，，黑色胶皮管，热熔管等部件。如图 2，气泡板水循环装置悬挂于日光温室西侧靠北墙位置，水为蓄热介质，水通过水泵从蓄热水箱抽入进水管，然后流入气泡板内部，在气泡空腔内循环流动，从排水管流出并再次流入埋入地下的蓄热水箱。本团队原先使用的进水管结构为黑色胶皮管接多根滴灌管，此种结构存在易堵塞、水流不均的缺点。所以，本文对进水管进行了改良，采用外出水管套内缓冲管的结构（图3 为两种进水管道结构对照），改良后的管道两端出水较为均匀，且不易堵塞，具有安装简便、成本低和出水良好的效果。

结构设计图,进水管,结构设计,水管套

此种结构存在易堵塞、水流不均的缺点。所以，本文对进水管进行了改良，采用外出水管套内缓冲管的结构（图3 为两种进水管道结构对照），改良后的管道两端出水较为均匀，且不易堵塞，具有安装简便、成本低和出水良好的效果。图 2 太阳能气泡板水循环蓄放热系统结构图Fig.2 Solar bubble board water circulation storage and release heat system structure diagram
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S625

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