溫室太阳能通风实验研究.docVIP

温室太阳能通风实验研究 摘 要: 针对现代温室降温通风能耗过高问题，提出了造价低、无能耗的温室太阳能通风技术并介绍了其通风基本机理，并在辐射较强的天气实测了太阳能通风工况下温室太阳能通风装置里的风速及温度分布，温室内部温度分布，以考察了温室太阳能通风系统的通风效果。实验结果显示：就本实验条件下，通风装置单位横截面积单位长度通风量最大可达0.31 m3/s（1100 m3/h）。温室通风换气次数约为20～50次/h，此时在1m以下的作物生长区域，室内平均温度与室外环境温度差最大为2.1℃。这表明在室外温度比作物生长要求温度低2℃以上时，且太阳辐射较强时，使用本通风技术就可以将作物生长区控制在温度要求之内。系统的平均太阳能利用系数为0.43，太阳能通风技术的优化潜力比较大。 关键词：温室 太阳能通风 通风量 节能 1 引言 随着生活水平的提高，人们对农产品的需求越来越讲究品质，多样化，反时节化，因而可以控制作物生长环境的温室农业随之日渐升温。然而，温室环境的控制往往不尽如人意：很多的现代温室要么是热湿环境达不到作物的最佳生长要求，要么就是环境控制能耗过高[1]，例如广东某培养中高档花卉的温室的环境控制能耗就高达30Kw.h/m2.a，其中降温通风能耗约占81.4％[2]。 解决通风能耗过高的问题，最好就是采用自然通风。而目前国内的很多温室的自然通风效果都不理想[1]。本文将建筑太阳能通风的技术思想应用到温室，提出了温室太阳能通风技术。 2 温室太阳能通风机理简析 温室太阳能通风是由热压引起的自然通风。现代温室往往要安装内遮阳网和隔热网（反射型遮阳网）。如图1所示，温室太阳能通风装置与温室的遮阳系统一起构成了温室太阳能通风系统。黑色的遮阳网能吸收大部分的太阳辐射，而隔热网将穿透黑色遮阳网的辐射反射回去，此大部分又被黑色遮阳网再次吸收。遮阳网将吸收的热量以对流换热的方式传给与温室顶棚之间的空气，形成高温的空气层。在顶棚的上方或者是侧边开口，将高温气流引至太阳能通风装置。在太阳能通风装置内部也布置有太阳辐射热吸收率高的黑色织物，黑色织物受辐射温度升高，以对流换热的形式继续加热来自顶棚的空气。这样形成较大的浮升力，产生烟囱效应，加速气流的排出。同时，冷空气从温室下部的进风口进入温室内，透过遮阳网，形成持续不断的空气循环流动。随着浮升力的增大，流速增加，气流阻力也随之增大，最终达到热压与阻力的平衡。空气循环流动时所产生的能量转换过程为:：太阳热能(温室外)→空气内能(顶棚内、太阳能通风装置内高温空气)→空气动能(顶棚内、太阳能通风装置内高温空气)。 3 实验目的、内容与方法 通过实验考察太阳能通风系统在强辐射、 图1 温室太阳能通风原理图 实验温室位于重庆市沙坪坝区。通风实验系统图见图1，温室尺寸12m长×6m宽×3m高，太阳能通风装置尺寸3m长×1m宽×3m高，安装于温室的东面山墙；装置内部挂有三张软性黑色吸热材料（为黑色的尼龙布），外围是薄膜；温室内部在2m高处挂有黑色内遮阳纱网，1.8m高处挂有银-黑遮光布。温室的进风口在西面山墙上，室内热空气从东面山墙顶部进入太阳能通风装置后排出。 实验测试了：温室内5个垂直高度，5个水平均匀分散点共25个点的温度，用以考察使用太阳能通风装置后温室内温度分布情况；通风装置内3个垂直高度，4个水平分散点共12个点的温度，用以考察太阳能通风系统热压的变化特性；通风装置里的风速，用以得出温室通风量的变化特性；室外温度；另外由位于重庆大学B区的建筑物理实验室的微型气象站提供了实验期间的太阳辐射强度。 风速测量使用的是热球风速仪。实验于2005年9月28日、29日进行，期间天气晴朗，微风。每天太阳辐射开始强烈时开始测数据。每隔30分钟采集1次数据，包括装置内风速、温度分布，以及温室内温度分布。 4 实验数据处理分析 4.1 通风量 实测风速在0.4~1m/s之间，平均风速为0.73m/s。温室太阳能通风量逐时变化见图2。风量日变化从早上到下午14：30都比较平稳，通风量最高可达10000m3/h（139 m3/m2h），最小也有5000m3/h（近70 m3/m2h），通风换气次数约为20～50次/h。 图2温室太阳能通风量逐时变化图 图3温室太阳能通风各热压组分逐时变化图 4.2 太阳能通风系统产生的热压 整个太阳能通风系统的热压由两部分组成，一是太阳能通风装置内产生的热压，二是温室内由于温度分层产生的热压。在根据气流通道内温度分布计算热压时，采用的是各不同高度处温度的加权平均值。图3 显示了系统总热压以及各热压组分逐时变化（由于数据的重复性较好，这里仅引用9月29日的数据，下同）。装置产生的热压在午前至午后时段出现最大值，均为1Pa左右