太阳能集热条件下的新疆日光温室供热系统应用效果研究

【摘要】：太阳能是一种清洁的可再生能源,新疆地区太阳能资源丰富,年日照时间达2600~3600小时,具备充分利用太阳能得天独厚的条件。农作物的生长发育受土壤温度的直接影响,若土壤温度低于农作物正常生长所需温度,其生长将受到严重抑制。目前新疆地区日光温室主要采用的是热风炉对空气直接加热的方式,该加热方式对空气温度的提升效果较为明显,但对根区土壤温度影响很小,且随之将带来巨大的化石能源消耗和大量的污染气体排放。针对以上问题,本文设计了一套太阳能集热日光温室供热系统,使其直接对温室根区土壤加热,基于此对该系统在日光温室中进行了试验和理论的研究。论文主要研究内容如下:(1)对试验日光温室进行了传热分析,建立了日光温室围护结构、室内空气和土壤的能量方程,列出了日光温室的总能量平衡方程,并计算出试验温室热负荷为820.08MJ。(2)组建了一套由集热系统、内循环加热系统组成的太阳能集热日光温室供热系统,该系统采用在地下埋入管道,并向管内注入水,以水为介质的方式,对土壤进行加热,提高土壤温度。通过对比分析确定平板集热器为集热系统主要构成,选取增压泵作为内部循环水泵,同时确定了散热管铺设参数。(3)试验研究了太阳能集热日光温室供热系统应用效果,全日循环、全夜循环及下半夜循环三种不同的内循环加热策略都对根区土壤温度起到了提升效果,其中全日循环模式效果更为明显,20cm、30cm深度处土壤温度分别提高1.9℃和2.9℃,提升比为12.5%和19.3%。在阴天、阴晴天和晴天天气情况下,装有太阳能集热日光温室供热系统的温室根区土壤平均温度能达到16℃以上。(4)采用Fluent软件,对日光温室地埋管周围土壤温度场进行了数值模拟,得到了一些有价值的结果。(5)从节能、经济及环境效益三方面对太阳能集热日光温室供热系统进行了分析,该系统冬季可节省标准煤1620kg,减少燃煤支出648元/冬,除去电能消耗,冬季总计可减少支出371.52元,且减少排放CO2约4244.4kg,SO2约13.8kg,NOx约11.9kg和烟气约16200m3。 【关键词】：日光温室 太阳能集热 内循环 土壤加热 温度场模拟
【学位授予单位】：新疆农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S625.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 研究目的和意义8
• 1.2 我国太阳能资源分布情况8-9
• 1.3 太阳能在日光温室中的利用研究9-11
• 1.4 我国日光温室供热现状11-12
• 1.5 太阳能集热日光温室供热国内外研究现状12-14
• 1.6 研究目标和研究内容14-15
• 1.7 本章小结15-17
• 第2章 日光温室热负荷平衡分析17-22
• 2.1 日光温室的热负荷17
• 2.2 温室围护结构传热耗热量17-18
• 2.3 冷风渗透耗热量18-19
• 2.4 地中传热耗热量19
• 2.5 温室吸收的太阳辐射能19-20
• 2.6 试验日光温室热负荷的计算20-21
• 2.7 本章小结21-22
• 第3章 太阳能集热日光温室供热系统的研制22-29
• 3.1 太阳能集热日光温室供热系统的构成及原理22-23
• 3.2 太阳能集热器简介23-24
• 3.3 太阳能集热器的选取24-25
• 3.4 循环热水管道的选取25-26
• 3.5 水泵的选取26-27
• 3.6 散热管的埋设27
• 3.7 本章小结27-29
• 第4章 太阳能集热日光温室供热系统的试验研究29-54
• 4.1 试验温室概况29-30
• 4.2 太阳能集热日光温室供热系统的安装30-32
• 4.3 试验方法32-34
• 4.4 太阳能集热日光温室供热系统室内循环策略34-35
• 4.5 试验结果与分析35-52
• 4.6 本章小结52-54
• 第5章 日光温室地埋管道温度场影响因素模拟与分析54-64
• 5.1 日光温室地埋管道土壤传热研究54-55
• 5.2 温室土壤地埋管温度场模型建立55-57
• 5.3 数值模型建立与参数设定57
• 5.4 温室土壤地埋管道温度场模拟结果与分析57-61
• 5.5 根区土壤温度实测值与模拟值比较61-63
• 5.6 本章小结63-64
• 第6章 太阳能集热日光温室供热系统的效益分析64-68
• 6.1 太阳能集热日光温室供热系统的节能效益分析64-65
• 6.2 太阳能集热日光温室供热系统的经济效益分析65-67
• 6.3 太阳能集热日光温室供热系统的环境效益分析67
• 6.4 本章小结67-68
• 第7章 结论与展望68-71
• 7.1 论文主要结论68-69
• 7.2 展望69-71
• 参考文献71-73
• 致谢73-74
• 个人简介74

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