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1、北京工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文相變蓄熱技術(shù)應(yīng)用于溫室大棚中的傳熱和節(jié)能特性研究姓名：果海鳳申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：供熱、供燃?xì)狻⑼L(fēng)及空調(diào)工程指導(dǎo)教師：陳超20080501摘要摘要為滿足不同地區(qū)，不同季節(jié)，不同氣候條件下農(nóng)作物和花卉的生長需要，溫室大棚應(yīng)運(yùn)而生。溫室大棚又稱太陽能溫室，設(shè)計(jì)之初就是期望利用太陽的能量，提高塑料大棚內(nèi)或玻璃房內(nèi)的空氣溫度，以滿足植物生長的溫度要求。溫室大棚反季節(jié)性、反地域性的功能特點(diǎn)使其為花冉、蔬菜等植物的生長提供了一個(gè)適宜的小氣候環(huán)境。但是，由于溫室效應(yīng)及太陽輻射強(qiáng)度較高等原因，白天，溫室大棚內(nèi)的空氣溫
2、度一般較高，多需通風(fēng)換氣，無形中浪費(fèi)了一定能量；而到夜間，由于傳統(tǒng)溫室大棚結(jié)構(gòu)簡單，蓄熱和保溫性能差，隨著室外空氣溫度的降低，冬季夜間又多需供暖。因此，在溫室大棚內(nèi)添加蓄熱性較強(qiáng)的相變材料白天蓄存溫室內(nèi)多余的太陽能，并為夜間供暖所用，其意義重大。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(diǎn)和相變材料的被動(dòng)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(dòng)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
3、近似恒溫條件下能夠吸收和釋放大量相變潛熱的被動(dòng)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)空氣溫度低于其相變溫度時(shí)，釋放出其白天蓄存的能量，完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(dòng)性，達(dá)到太陽能利用的“時(shí)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(shí)驗(yàn)臺(tái)，并進(jìn)行了反復(fù)和長期的實(shí)驗(yàn)。通過對(duì)加熱與不加熱方案下實(shí)驗(yàn)結(jié)果的具體分析可知，當(dāng)平均室外空氣溫度較高（10‘C左右)，白天太陽轄射強(qiáng)度強(qiáng)烈時(shí),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
4、夜間溫室大棚內(nèi)空氣溫度高于相變材料的相變溫度2?31左右(實(shí)驗(yàn)方案I)時(shí)，相變溫室大棚較普通溫室大棚即能達(dá)到很好的節(jié)能效果，其耗電節(jié)能率n達(dá)6.3%。在初步實(shí)驗(yàn)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(jià)比熱的概念,把三個(gè)方程描述的相變問題轉(zhuǎn)化成了在整個(gè)計(jì)算區(qū)域中的一個(gè)“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(jìn)行了模擬計(jì)算，討論了相變材料的熱工參數(shù)（相變溫度、相變焓、比熱、密度、導(dǎo)熱系數(shù)等）對(duì)
5、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(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，初步評(píng)價(jià)了相變墻體的節(jié)能特性。I北京工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文結(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2(TC時(shí)，其供暖節(jié)能率n約為2.4%。最后，針對(duì)北京、拉薩等氣象條件不同的五個(gè)地區(qū)，進(jìn)行了相變溫室與普通溫室的模擬計(jì)算，討論了復(fù)合相變蓄能墻體對(duì)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(píng)價(jià)了相變
6、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(dòng)式太陽能溫室大棚本身結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑特點(diǎn)及相變材料的被動(dòng)蓄放熱特性的有利結(jié)合，必將推動(dòng)太陽能利用的新的發(fā)展空間，為“社會(huì)主義新農(nóng)村”建設(shè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)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源提供了一定的參考。關(guān)鍵詞：溫室大棚；復(fù)合相變蓄能墻體；實(shí)驗(yàn)研究；模擬計(jì)算；節(jié)能AbstractAbstractTheglassoiplasticgreenhouse,whichisalsoknownassolargreenhou
7、se,isdesignedforvisingthesolarenergytoincreasetheindoorairtemperatureandsatisfingthetemperaturerequirementsoftheplantsforgrowing,whichprovidesanappropriatesmallclimaticenvironmentfortheplantgrowth,achievesdiversity,anti-season,anti-zoneintheplantproductioninanyseason
8、,andmakesfulluseofthenorthernsoil,andsoon.However,duetotheintensesolarradiationinthedaytime,theindoorairtemperatureisusuallytoohigh
