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温室节能工程关键技术研究报告

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日光温室是我国独有的一种温室型式，具有节能、高效、低成本等突出优点，从节能战略与提升我国设施智能化装备水平的角度出发，本研究以“温室节能高效生产”为核心，从温室储能、结构优化方向入手，开展温室主动蓄放热技术、轻简装配式日光温室墙体结构与材料优化技术、太阳能土壤跨季度储热与智能化控制技术、温室相变蓄热-集热技术、温室构件集热技术的研究。基于现场调研数据，采用数学回归的方法制作了琴弦式日光温室用材用量计算表；选用自然采光可视化软件Ecotect建立日光温室光照分布的三维可视化模型及结构设计软件。通过对日光温室复合墙体材料排序、厚度、以及不同热参数对于温室热环境影响规律的模拟研究，已经初步探明了墙体的传热规律，构造了一种新型日光温室节能墙体结构。研发的日光温室主动蓄放热方法，实现了温室储能技术的突破。白天利用循环的流体介质不断将到达墙体表面的太阳辐射能吸收并蓄积起来，夜晚再通过流体的循环释放热量，变被动为主动，热能蓄积释放的效率成倍提升。主动蓄放热系统的集热功率为0.3kW/㎡，集热效率63%，蓄热量为6.9MJ/m2；夜间放热功率为0.2kW/㎡，放热量为5.7MJ/m2，热利用效率为83.3%，试验温室与对照温室的平均气温相差6.3℃。日光温室屋架组合管网太阳能蓄热与加温系统的日平均蓄热效率约为60%，日平均蓄热量约为150MJ，平均蓄热功率为8720W；日平均放热量约为80MJ，平均放热功率为5970W。使用屋架组合管网太阳能蓄热与加温系统，平均可以提高日光温室夜间最低气温2.4℃。在太阳能跨季储存方面，应用相变材料的过冷特性来解决太阳能跨季节存储热损失过大的问题是可行的。可控放热式储热器在隔热、放热状态中，传热系数有比较明显的变化。热面温度越高，传热系数强化效果越明显。在日光温室相变材料蓄热方面，确定了日光温室十水硫酸钠蓄热体系的组分，该体系的最适宜的配比为20g Na2S04?10H20+10%KCl+3%硼砂+2%聚丙烯酰胺+0.1%HAMP。DSC测试结果表明，相变蓄热体系熔化温度为23.8℃，潜热为129.1J/g。连续晴天条件下，采用相变材料盒，可将温室白天温度降低2.5℃，夜间温度提高2.0℃，20cm处地温提高1.4℃。综合研究结果表明，通过优化日光温室结构参数、研发低成本储能技术及智能控制装备来进一步提升日光温室节能效果，实现高效生产是非常重要的科学探索，温室节能工程关键技术的研究有待通过本项目的资助继续深入。

张义、郑宏飞、马承伟、佟国红、周长吉

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中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所

北京理工大学

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日光温室 节能 主动蓄热 热性能 太阳能 相变材料

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专题报告

2014-11-18

2013