严寒地区蔬菜大棚太阳能跨季节蓄热补热技术研究.pdf

山东建筑大学硕士学位论文 摘 要 新疆地处我国西北地区，属大陆典型的干旱气候，夏季炎热干燥，冬季严寒，日照 长且多晴天，适合于太阳能设施大棚技术的发展。目前新疆温室多采用传统的日光温室 和拱形温室，保温蓄热性能差，冬季天气持续寒冷的情况下，温室内温度过低，不适宜 蔬菜生长，常发生植株的冷害、冻害甚至死亡，大棚在冬季无法应用，造成资源的浪费。 本文以新疆塔城地区大棚为例，提出利用太阳能跨季节蓄热为温室大棚补热的技 术，设施蔬菜大棚采用陶瓷太阳能昼夜蓄热、跨季节蓄热、智能调控三项技术相互结合， 实现夏季秋季蓄热后提供给冬季使用、日间蓄热提供给夜间使用的效果，满足蔬菜正常 生长要求。 在温室的采暖理论基础上，对大棚进行基本传热分析，根据当地气候状况和蔬菜生 长的温度需求将室内计算温度设定为 13 ℃，查阅手册得出塔城的冬季室外计算温度为 -18.9℃，采暖期为 120 天，利用传统方式计算热负荷为 39677.1W ，采暖期总耗热量为 4 11.4GJ 。 同时利用DeST 对全年的动态逐时负荷进行模拟计算，得出了全年动态温度和负荷 的分布情况，第一次连续极寒天气持续四天，出现在12 月24 日至12 月27 日，第二次 连续极寒天气在次年1 月11 日至1 月16 日持续六天，其中全年极端低温出现在1 月11 日晚上23 时温度低至-26.7 ℃，全年最大的动态热负荷为35941W 。 分析太阳能集热器昼夜水箱与跨季节土壤蓄热联合运行时的供热量，结合塔城地区 的特点，设计太阳能结合昼夜水箱蓄热、跨季节蓄热联合的温室供热系统，并计算系统 2 中的各环节用量，得出陶瓷太阳能集热器的面积为 224.5m ，跨季节蓄热水箱的有效容 3 积为854.92m 。 最后用CFD 软件对系统运行时大棚内部的温度场进行数值模拟，利用ICEM 建立 大棚三维的几何模型并对网格进行划分，利用Fluent 软件建立大棚的数值计算模型并计 算，对计算结果采用Tecplot 软件进行后处理。分别对系统在低负荷运行时以及连续极寒 条件下太阳能不足时满负荷运行的工况进行对比分析，得出了采用太阳能跨季节蓄热补 热系统后大棚内空气温度场的分布特征，验证该系统的运行状态下可以满足严寒天气的 供热需求。最后通过计算表明该系统节能环保，且具有一定的经济性。 关键词：蔬菜大棚，太阳能，跨季节蓄热，系统设计，模拟分析 I 山东建筑大学硕士学位论文 Research on solar energy solar seasonal storage technology of vegetable greenhouse in severe cold area Sun Fumin (Architecture and Civil Engineering(HVAC Direction)) Directed by Liu Xuelai ABSTRACT Xinjiang is located in the northwest of China. It is a typical dry climate in the mainland. It is dry and hot in summer and cold in winter. It is suitable for the development of solar vegetable greenhouse technology because plenty of sunshine. At pres