温室太阳能空气集热—相变蓄热装置设计及性能研究

【摘要】：温室的主要用途是在不适宜作物生长的季节为作物提供适宜的条件，其中温度条件对作物的影响最大。在我国北方地区，在早春、晚秋和冬季气温低，且昼夜温差较大，温室中白天温度较高，但夜间温度往往较低，很难保证作物的正常生长。寒冷季节加温能耗大，运行费用高是我国温室生产面临的主要问题，成本过高很大程度上限制了我国温室生产效益的提高。近年来，我国设施园艺发展迅速，我国各类温室的总量也在不断增加，同时温室生产的能耗也在不断加大。我国温室大部分应用于农村的农业生产中，是提高广大农民收入的重要手段，但我国农村地区能源匮乏现象尤为严重，这极大的限制了温室在我国农业生产中的增加效益的作用。要提高温室在农业生产中的应用价值，降低温室的生产成本是必需的，最经济最有效的途径是将白天温室中多余的热量储存起来，在夜间释放出来以保证作物的生长。 本文将相变蓄热材料与太阳能空气集热器相结合，设计制作太阳能空气集热-相变蓄热装置并对其性能进行测试研究。本文首先对相变蓄热材料进行筛选，选用Na_2HPO_4·12H_2O作为相变蓄热主体，改善其相变性能加以利用，然后进行太阳能集热器的设计制作，并将相变蓄热材料与太阳能集热器相结合，并对其进行了性能测试分析。通过实验研究得出： （1）Na_2SiO_3·9H_2O和石墨是Na_2HPO_4·12H_2O合适的成核剂，同时Na_2SiO_3·9H_2O可增加粘稠度，石墨可增强导热性能。在Na_2HPO_4·12H_2O中同时加入3%Na_2SiO_3·9H_2O和3%石墨后，可将过冷度降为0℃，很好的解决了Na_2HPO_4·12H_2O的过冷问题。对Na_2HPO_4·12H_2O+3%Na_2SiO_3·9H_2O+3%石墨的复合体系进行稳定性测试，结果表明循环20次之后相变温度为33.4℃，过冷度为0℃，相变时间27min，该体系稳定性好，性能稳定，在相变蓄热领域有应用前景。对Na_2HPO_4·12H_2O+3%Na_2SiO_3·9H_2O+3%石墨的复合体系进行DSC测试，相变温度为34.02℃，相变潜热为179.3J/g，相变温度适合于太阳能集热器相结合，应用于温室中，相变潜热大，是良好的相变蓄热材料，在相变蓄热领域有应用前景。 （2）设计制作的太阳能集热-蓄热装置由外壳、保温层、透明盖板、蓄热材料组成。外壳由木板钉制而成，尺寸为160cm×120cm×34cm（长宽高），厚2cm。木板内侧为苯板保温隔热层，底面保温板厚4cm，四周保温板厚2cm。透明盖板用两层塑料薄膜制作，中间有空气层，采光面积150cm×120cm，两层层薄膜间距离2cm。吸热板为铝质，采取黑色百叶窗形式，集热板尺寸为150cm×110cm。相变蓄热部分由若干蓄热单元组成，使用Na_2HPO_4·12H_2O+Na_2SiO_3·9H_2O+石墨的复合蓄热体系。装置设有直径15cm的空气入口和空气出口，控制集热-蓄热装置中的空气流动以及与外界的空气交换。对集热-蓄热装置进行了性能测试，在不装蓄热材料的情况下，集热器效率为55.3%，在装入相变蓄热材料后，集热-蓄热装置的蓄热效率为43%。 【关键词】：温室 相变材料 Na_2HPO_4·12H_2O 太阳能集热-蓄热
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：S625.1
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 文献综述11-19
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 相变材料12-14
• 1.2.1 相变材料概述12
• 1.2.2 相变材料分类及特点12-13
• 1.2.3 相变材料研究进展13-14
• 1.3 太阳能集热器14-18
• 1.3.1 太阳能集热器分类14-15
• 1.3.2 太阳能空气集热器研究进展15-18
• 1.4 本文主要研究内容18-19
• 第二章 相变蓄热材料实验研究与分析19-33
• 2.1 相变材料的选择19
• 2.2 实验材料与仪器19-20
• 2.2.1 实验材料19-20
• 2.2.2 实验仪器20
• 2.3 实验方法20-21
• 2.3.1 温度传感器标定20
• 2.3.2 熔解-冷却实验20-21
• 2.3.3 稳定性测试21
• 2.3.4 复合蓄热体系 DSC 测试21
• 2.4 结果与分析21-32
• 2.4.1 温度传感器标定21
• 2.4.2 增稠剂的评选21-24
• 2.4.3 成核剂的评选24-29
• 2.4.4 Na_2SiO_3·9H-2O 添加量的优化实验29-30
• 2.4.5 成核剂方案优化30
• 2.4.6 稳定性测试30-31
• 2.4.7 复合蓄热体系热性能测试31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 太阳能空气集热器结构设计及性能研究33-39
• 3.1 太阳能空气集热器设计及制作33-35
• 3.1.1 集热器制作材料选择33-34
• 3.1.2 集热器结构设计与制作34-35
• 3.2 集热器性能测试35-39
• 3.2.1 实验仪器35
• 3.2.2 实验方法35
• 3.2.3 太阳能集热器性能计算方法35-37
• 3.2.4 太阳能集热-蓄热装置测试结果及分析37-39
• 第四章 结论与讨论39-41
• 4.1 结论39-40
• 4.2 讨论40-41
• 参考文献41-44
• 致谢44-45
• 作者简介45
• 在读期间发表的主要论文45

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