光伏驱动的粮仓空间空调系统研究

【摘要】：低温储粮是指使粮堆平均温度长期保持在15℃(低温)或20℃(准低温)及以下。随着人们对粮食安全的更高要求及节能技术的发展,低温储粮新技术的开发与其相关综合技术的应用研究具有非常重要的意义。本文以合肥某高大拱板平房仓为研究对象,旨在通过建立仓顶光伏发电驱动粮仓补冷空间通风空调系统降低粮温,并优化组合其它低温储粮工艺,实现零能耗低温储粮。 首先,研究了粮仓围护结构传热及冷负荷。根据气象参数及粮仓建筑的特点,采用CFD模拟法、空调负荷概算法、空调谐波法分别研究计算,并对其结果对比分析。 其次,研究了粮仓通风系统气流组织。根据仓内传热温度分布特点,采用了粮仓补冷空间通风低温储粮,对其通风效果进行CFD模拟,用多目标决策层次分析法对模拟得到的气流组织评价指标结果优化选择,确定了具体的粮仓补冷空间通风气流组织方案。 最后,设计了粮仓补冷空间空调系统和仓顶光伏发电系统,并进行了各系统的投资预算;制定了低温储粮优化组合方案,并对其用于粮食储藏技术进行了经济性分析。 研究结果得出:1)要使堆粮线上部空间的温度降到15℃,需要补给的冷量为48kW。通过仓房屋面进入仓内的热流量占整个粮仓围护结构热负荷的比重约为83%;2)当送风速度6m/s,送风温度10℃,送风口距堆粮线高度2.3m,送风口个数30,送风口尺寸300mm×100mm时,形成最优1/4粮仓补冷空间上送下回通风气流组织;3)粮仓补冷空间空调通风系统选用风冷涡旋冷水机组制备冷源,初投资为18万元,162kWp的仓顶光伏发电系统总造价为646万元,每年发电量为166.3MWh,其能在静态回收期9.7年内节省标煤582t,减排CO_21610t等;4)光伏发电驱动粮仓补冷空间空调低温储粮系统虽然初投资高,但优化组合的技术推广到500亿斤仓容,每年可形成经济效益2011.5万元,且带来社会、环境效应也是巨大的,因此可被广泛推广应用于国家仓储行业。 【关键词】：低温储粮 粮仓冷负荷 CFD模拟 通风 光伏发电 零能耗
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：S379
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究背景及意义10-12
• 1.2 低温储粮研究技术及应用现状12-17
• 1.2.1 自然冷源低温储粮13
• 1.2.2 隔热保温低温储粮13-14
• 1.2.3 机械制冷低温储粮14-15
• 1.2.4 低温地下水低温储粮15
• 1.2.5 太阳能制冷低温储粮15-16
• 1.2.6 LNG 冷能低温储粮16
• 1.2.7 机械通风低温储粮16-17
• 1.3 本文研究内容17-18
• 1.4 本文创新点18-20
• 第二章 粮仓围护结构传热及冷负荷研究20-36
• 2.1 粮仓简介20-21
• 2.2 CFD 模拟粮库围护结构传热过程及计算耗冷量21-29
• 2.2.1 粮仓围护结构传热和流动的CFD 计算物理模型22
• 2.2.2 物性参数的设定22-23
• 2.2.3 边界条件设定23-25
• 2.2.4 数值模拟的基本过程25-26
• 2.2.5 数值模拟结果与分析26-29
• 2.3 用概算法计算耗冷量29-31
• 2.4 采用空调谐波法计算耗冷量31-33
• 2.5 粮仓的内部热负荷33-34
• 2.6 结果对比与分析34-35
• 2.7 本章小结35-36
• 第三章 粮仓补冷空间通风系统气流组织36-62
• 3.1 风量确定36-37
• 3.1.1 粮仓空调通风系统概况36-37
• 3.1.2 粮仓通风量的计算37
• 3.2 粮仓通风系统初步设计37-39
• 3.2.1 气流组织形式的选择37-38
• 3.2.2 风口形式及风速的选择38
• 3.2.3 管道模型初步选择38-39
• 3.3 气流组织评价指标39-40
• 3.4 粮仓补冷空间通风气流组织的CFD 模拟40-46
• 3.4.1 CFD 模拟的内容和目的40-41
• 3.4.2 物理模型的建立41
• 3.4.3 网格划分41
• 3.4.4 边界条件的设定41-42
• 3.4.5 FLUENT 中的相关设置42-43
• 3.4.6 数值模拟结果分析43-46
• 3.5 气流组织的优化模拟46-54
• 3.5.1 气流组织的优化模拟方案46
• 3.5.2 层次分析法优选气流组织46-50
• 3.5.3 正交试验结果与分析50-54
• 3.6 粮仓补冷空调通风管道系统设计54-58
• 3.6.1 通风管道设计的基本任务54
• 3.6.2 通风管道的布置54-55
• 3.6.3 通风管道的水力计算55-58
• 3.6.4 管道的保冷和隔汽58
• 3.7 空调制冷控温系统设计58-60
• 3.7.1 冷水机组选型58-60
• 3.7.2 投资预算60
• 3.8 本章小结60-62
• 第四章 粮仓光伏发电系统设计与分析62-71
• 4.1 粮仓光伏发电系统系统简介62
• 4.2 粮仓光伏系统发电系统设计62-67
• 4.2.1 设计依据62
• 4.2.2 光伏系统太阳能电池组件的设计62-65
• 4.2.3 光伏系统并网电气设计65-66
• 4.2.4 光伏系统其他部分设计66-67
• 4.3 粮仓光伏发电系统经济预算67-69
• 4.4 粮仓光伏发电系统的社会效益69-70
• 4.5 本章小结70-71
• 第五章 低温储粮技术优化组合及经济性分析71-75
• 5.1 低温储粮组合技术方案71-72
• 5.2 组合技术方案的经济性分析72-74
• 5.2.1 经济效益72-73
• 5.2.2 社会效益73
• 5.2.3 环境效益73-74
• 5.3 本章小结74-75
• 第六章 结论与展望75-77
• 6.1 结论75-76
• 6.2 展望76-77
• 在学研究成果77-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-81

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