新型日光温室主-被动式相变蓄热墙体及其热工性能研究

来源 :北京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jonsh123
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
日光温室是我国独创的一种以太阳能为主要能源、体形系数很大、可在非种植季为作物生长提供良好室内热环境的农业建筑,其室内热环境主要受室外气象条件、围护结构热工性能、土壤热湿特性等因素的影响,尤以墙体蓄放热性能影响更为重要。然而,由于缺乏对建筑热工理论充足的认识和理解,现有的日光温室墙体以被动方式蓄热为主。受到材料导热性能的限制,墙体蓄放热区厚度有限,墙体内部存在较厚的温度稳定区,难以营造可以满足喜温作物生长需求的日光温室室内热环境。为了改善墙体温度场温度、提高墙体的蓄放热性能,本文结合试验实测和数值模拟的方法,重点从新型日光温室主-被动式相变蓄热墙体构筑理念、墙体热工性能评价方法、墙体主动蓄热性能、墙体主-被动蓄热性能、墙体优化设计方法等方面进行了创新性研究:  首先,基于现有日光温室的土墙、砖墙和相变材料墙体热工性能分析,确定了现有墙体存在的问题,即,现有墙体均是以被动方式进行蓄热,受到材料导热性能的限制,墙体蓄放热区厚度仅占墙体总厚度的很小一部分,墙体的绝大部分处于温度稳定区,未能有效发挥蓄放热性能,也未能对室内热环境进行有效的改善。基于此,提出了新型日光温室主-被动式相变蓄热墙体体系的构筑理念,结合太阳能空气集热器集热技术和相变材料潜热蓄热技术,以主动和被动相结合的方式提高墙体的蓄放热性能。  其次,结合墙体的构筑理念,从材料、蓄热方式、墙体三个方面,分别提出了墙体热工性能的评价指标,并针对评价指标求解方法存在的难点,通过因次分析和数值模拟方法,确定了相交材料蓄热系数的计算方法,建立了计算墙体温度场温度的二维非稳态传热计算模型及其求解方法。结果表明,所提出的计算方法和传热模型具有较高的准确性,相变材料蓄热系数为16.20W/(m2℃),分别为土壤和砖的1.24倍和1.54倍,可有效提高墙体的热惰性指标,提升幅度为8.54%/10mm。  第三,基于墙体的构筑理念和热工性能的评价方法,结合试验实测和模型计算的方法,分析了墙体主动蓄热构筑方式(包括竖向空气通道间距、热空气流动方向、热空气流动速度和热空气进风温度)对墙体主动蓄热性能的影响规律,确定了墙体主动蓄热推荐构筑方式,并评价了墙体主动蓄热性能。结果表明,试验条件下,竖向空气通道间距为400mm、热空气流动方向为上进下出、热空气流动速度为0.26m/s、热空气进风温度为60℃时,墙体主动蓄热性能最佳,其不仅可以有效去除墙体内部的温度稳定区,提高墙体中间砌块的温度和蓄热量,还可以提高墙体内表面相变材料的温度和蓄热量,减小墙体外表面温度变化幅度和散热量。  第四,基于墙体主动蓄热推荐构筑方式,在新疆乌鲁木齐地区搭建了新型墙体日光温室试验台,通过试验实测和模型计算的方法,分析材料、蓄热方式、墙体的热工性能,确定墙体对室内热环境和作物生长情况的改善效果。结果表明,新型墙体可以有效去除墙体内部温度稳定区,明显改善墙体内表面温度和温度场温度,显著提高墙体的蓄放热速率和蓄放热量,进而有效提高室内空气温度和土壤温度,明显改善室内作物生长情况。  第五,基于试验台试验结果,确定墙体关键参数优化设计评价方法,建立了空气流动与墙体传热二维非稳态模型,利用模型计算的方法对竖向空气通道尺寸、墙体材料厚度等关键参数进行了优化设计。结果表明,所建立的空气流动与墙体传热二维非稳态模型具有较高的准确性,可以有效模拟热空气的出口温度和墙体蓄热变化规律;墙体关键参数可推荐为:竖向空气通道厚度为0.15~0.20m,宽度为0.15~0.20m,高度为3~4m;相变材料厚度为40~50mm,空气通道前砌块厚度为80mm,空气通道后砌块厚度为150~250mm,保温材料厚度为100~200mm。  本文提出的新型日光温室主-被动式相变蓄热墙体构筑理念、热工性能评价方法、墙体结构参数优化设计方法等研究可为日光温室能源的高效利用和墙体的设计建造提供基础数据和方法参考。
其他文献
该文系统地论述了一种新型减弹降尘速凝剂的研制过程.分析了现有速凝剂的缺点;采用正交试验法,以材料为因子、以材料的掺量为水平、以凝结时间和抗压强度为指标,通过分析各因
该文以滨州三塔斜拉桥为工程背景,较为系统地论述了目前三塔斜拉桥的关键问题——如何提高刚度,该文提出了四个方案来提高三塔斜拉桥的刚度,即增大主梁截面、增加配重、中塔
巨型钢框架结构体系主次结构受力明确,布置灵活,可满足特殊的建筑形式和建筑功能的要求.针对巨型钢框架的这一特点和优点,该文对其静力性能、动力特性和抗震性能进行了比较系
该文根据钢框架的实际变形情况,取带刚性节点的十字型梁柱组合构件为计算单元,根据十字型梁柱组合构件变形推导出钢框架的层间位移和极限弹性、弹塑性层间位移角计算公式,并
石油化工剩余污泥对环境危害较大且难以处理,国内外目前尚未找到适宜的处理方法。本研究系统分析了石油化工剩余污泥的特点,针对石油化工废水剩余污泥含有芳烃类、油类等难生物
运用有限元方法对大坝及坝基的工作状态进行分析是对大坝安全状况进行评估的重要手段,而大坝安全决策支持系统则是将现代计算机技术、人工智能原理等运用于大坝安全监控领域
滑坡稳定性是工程地质重要研究课题之一,滑坡是由斜坡演化失稳的一类地质灾害,中国每年由于滑坡引起的直接间接经济损失达200亿元,用于滑坡治理的费用则更高.因此对滑坡的稳
二次供水是城市给水系统终端,其水质情况直接影响人体健康状况。我国二次供水存在不同程度的污染,管道生物膜问题严重,主要不合格水质指标为细菌总数、余氯及有机物。研究二次供
该文针对土体在小应条件下的变形特点,提出了一个非线性弹性模型:采用双曲线去拟合三轴等体积应力试验的偏应力和偏应变关系.由于具有不同的前期应力路径时,土体的偏应力和偏
桥梁作为土木工程的重要基础设施之一,是交通生命线系统的重要组成部分,钢筋混凝土桥梁是桥梁结构中最常见的结构形式之一。在大气环境及车辆荷载等因素的短期及长期作用下,混凝