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超低能耗日光温室保温性能及其节能效果研究

作　者: 姚轩
导　师: 李珠
学　校: 太原理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 玻化微珠保温砂浆玻化微珠相变保温砂浆超低能耗日光温室保温性能
分类号: S626
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

作为我国农业生产活动中一种具有鲜明地域特色的农业设施,日光温室以其能够在不加温或少加温状况下进行越冬生产,实现全周年生产目标,在我国东北、西北以及华北大部分地区得到了推广和应用,有效地弥补了露地栽培的生产方式因季节变化造成的生产间断或产量减少的缺陷,为我国农产品市场的稳定提供了有力的保证。进入“十一五”期间,伴随着国家关于推广农业设施政策的出台以及节能型日光温室的不断发展,日光温室在我国北方地区的兴建力度得到了进一步加强,在已建或新建日光温室工程中,普通型日光温室以及第一、二代节能型日光温室占有率达到80%以上,第三代节能型日光温室的推广还处于初始阶段。本文对我国日光温室各个阶段的发展历程进行了评述,总结出：以“节能”为主线,进一步降低温室能耗程度,提高生产的集约化水平,建造出能耗低、生态效益高的日光温室温室一直是我国温室发展的目标和趋势。日光温室围护墙体的作用除了承重温室内骨架之外,还起到保温蓄热维持室内温度的作用,围护墙体面积占到围护结构总面积的50%-60%,因此围护墙体的保温蓄热能力直接影响到日光温室的保温性能,而通过不断优化墙体的构造形式以及引入墙体保温隔热材料等方式设计出具有良好保温蓄热能力的围护墙体进而提高日光温室的保温性能,充分挖掘日光温室的节能潜力成为实现日光温室节能目标的有效途径之一。本文将课题组的研究成果玻化微珠保温砂浆作为保温层应用到日光温室围护墙体的外侧,同时将相变储能材料石蜡引入到玻化微珠保温砂浆中,制备出玻化微珠相变保温砂浆并将其施工于日光温室围护墙体内侧作为蓄热层与砖墙共同蓄热,当室内温度发生较大幅度的波动时,玻化微珠相变保温砂浆层会将室内过剩的热量蓄存或释放出来,达到“削峰填谷”的目的,由此构造出的复合围护墙体不仅具有良好的保温蓄热能力而且墙体厚度大幅降低,在能够有效保证室内温度的前提下,节省了围护墙体的占地面积,提高了土地利用率。在此研究的基础上,本文提出建造超低能耗日光温室的方案,并选用第二代节能型日光温室的典型代表—辽沈Ⅰ型日光温室作对比,对超低能耗日光温室的保温性能和节能效果进行了研究。本文主要研究内容如下：1.设计制作了超低能耗日光温室和辽沈Ⅰ型日光温室的缩尺模型,测定了2010年1月18日到1月24日内全天13个时刻的模型室内温度和室外温度,对比和分析了试验测试结果,得出在测试期内超低能耗日光温室模型的室内温度均值比辽沈Ⅰ型日光温室模型室内温度均值平均提高2.47℃2.采用有限元软件ANSYS和ANSYS/Flotran分别对超低能耗日光温室和辽沈Ⅰ型日光温室的后墙和室内温度进行稳态与瞬态传热分析以及CFD模拟,从理论层面上对超低能耗日光温室和辽沈Ⅰ型日光温室的保温性能的对比试验结果进行验证和分析。3.选用冬季采暖能耗和土地利用率作为节能指标,对比分析了超低能耗日光温室和辽沈Ⅰ型日光温室的节能效果,在2009～2010年度采暖期内,用于超低能耗日光温室围护墙体的专项采暖费用比辽沈Ⅰ型日光温室节省254.5元,超低能耗日光温室的土地利用率比辽沈Ⅰ型日光温室提高2.2%。通过上述的研究内容得出结论：与现有节能型日光温室相比,超低能耗日光温室进一步提高和挖掘了日光温室的保温性能和节能潜力,完全符合我国日光温室的发展方向,具有广阔的应用前景。

全文目录

摘要  3-6
ABSTRACT  6-13
第一章绪论  13-25
  1.1 课题的背景  13-15
  1.2 日光温室的发展历程及主要类型和特点  15-20
    1.2.1 日光温室的发展历程  15-17
    1.2.2 日光温室的主要类型及特点  17-20
  1.3 日光温室保温性能的研究现状  20-22
  1.4 本文的研究内容  22-25
第二章玻化微珠相变保温砂浆的制备  25-33
  2.1 相变储能理论及相变储能材料  25-26
    2.1.1 相变储能理论  25
    2.1.2 相变储能材料  25-26
  2.2 相变储能材料的应用与发展  26-30
    2.2.1 相变储能材料在建筑领域的应用与发展  26-28
    2.2.2 相变储能材料在日光温室中的应用  28-30
  2.3 玻化微珠相变保温砂浆制备与试验  30-32
    2.3.1 试验材料  30
    2.3.2 试验仪器  30-31
    2.3.3 试验地点及试块和试件制作  31
    2.3.4 试验测试  31-32
  2.4 本章小结  32-33
第三章超低能耗日光温室保温性试验研究  33-47
  3.1 模型试验设计  33-34
  3.2 试验材料及仪器  34-36
    3.2.1 试验材料  34-36
    3.2.2 试验仪器  36
  3.3 模型制作过程  36-37
  3.4 模型对比试验数据采集及对比分析  37-45
    3.4.1 数据采集  37-41
    3.4.2 分析及讨论  41-45
  3.5 本章小结  45-47
第四章日光温室后墙传热分析与室内温度场数值模拟  47-67
  4.1 日光温室后墙传热分析  47-49
    4.1.1 传热学基本理论  47-48
    4.1.2 传热学计算方法  48-49
  4.2 日光温室后墙传热分析  49-57
    4.2.1 路径映射技术在日光温室墙体传热分析中应用介绍  49-50
    4.2.2 模型概述及分析假定  50-51
    4.2.3 日光温室后墙稳态传热分析  51-53
    4.2.4 日光温室后墙瞬态传热分析  53-57
  4.3 日光温室室内温度场数值模拟  57-60
    4.3.1 计算流体动力学方法介绍  57-58
    4.3.2 CFD方法在日光温室中的应用现状  58-59
    4.3.3 日光温室温度场CFD模型介绍  59-60
  4.4 有限元软件ANSYS/Flotran CFD简介  60-61
  4.5 日光温室室内温度场模拟结果及分析  61-65
    4.5.1 日光温室室内温度场求解策略  61-62
    4.5.2 边界条件的确定  62
    4.5.3 模拟结果及分析  62-65
  4.6 本章小结  65-67
第五章超低能耗日光温室节能效果研究  67-77
  5.1 超低能耗日光温室围护墙体采暖负荷和能耗分析  67-73
    5.1.1 日光温室围护墙体采暖负荷和能耗分析的意义  67-68
    5.1.2 温室采暖能耗预测方法与计算指标  68-71
    5.1.3 超低能耗日光温室与节能型日光温室围护墙体的期间热负荷计算  71-72
    5.1.4 能耗分析  72-73
  5.2 超低能耗日光温室土地利用率分析  73-75
  5.3 本章小结  75-77
第六章结论与建议  77-81
  6.1 结论  77-79
  6.2 建议  79-81
参考文献  81-87
致谢  87-89
攻读学位期间发表的学术论文  89

超低能耗日光温室保温性能及其节能效果研究

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