大跨度主动蓄能型温室太阳能热泵增温试验研究

摘要

针对日光温室土地利用率低，单体小不便于立体多层栽培及果树种植，机械化操作难于实现，冬季温室蓄放热量有限，气温根温低等突出问题。本研究设计了一种大跨度主动蓄能型温室，该温室南北走向，双屋面拱形钢骨架结构，并应用主动蓄放热系统进行能量的转移与利用。为进一步提高大跨度主动蓄能型温室环境调控能力，将热泵与主动蓄放热系统结合，研发了非直膨式主动蓄放热热泵增温系统和直膨式太阳能热泵根际增温系统，并对大跨度主动蓄能型温室温湿环境及增温系统的加温效果和性能系数进行综合分析与评价，取得主要结果如下：
　　1）以传统砖墙日光温室作为对照，大跨度主动蓄能型温室单体大，土地利用率高达87.4％，在北京地区实验测试阶段，试验温室夜间平均气温高于10℃。相比于对照温室，夜间平均气温高出1.2~3.1℃，夜间平均相对湿度低7%~10%，试验温室夜间室内外温差为12.5~19.3℃。主动蓄放热系统性能系数COP(coefficient of performance)为3.4~4.2，平均每天能耗0.013 kWh/m2，与传统燃煤锅炉加温系统相比，平均节能率为47%。试验温室建造成本每平米307.2元，比对照温室低144.5元。
　　2）非直膨式主动蓄放热热泵增温系统，根据天气及蓄水池水温情况适时开启热泵机组，白天降低主动蓄放热集热装置循环水温，提升主动蓄放热系统集热效率；夜晚逆向运行热泵，通过提升低品位能源，增加循环水温与室温的温差，提高系统夜间放热效率。结果表明：与无增温系统的大跨度温室对比，试验温室冬季夜间平均气温高出2.0-4.5℃，该系统白天运行热泵COP为4.8-6.3，夜间运行热泵COP为3.1-4.9。系统整体COP高达3.2，系统每天耗电量为0.04 kWh/m2，节能效果显著。
　　3）直膨式太阳能热泵-根际增温系统。白天利用热泵将室外集热板终端收集的热量存储于蓄热水池中；夜间采用基质袋底部布设回型散热水管的根际加温方式，对袋式基质条进行加温，根据根际温度和蓄热水池水温情况，循环热水增温。结果表明：无论阴天还是晴天，试验温室冬季夜间平均根际温度为14.6℃-15.8℃，比无增温系统的对照温室高出8.1℃-8.2℃，夜间平均气温高出2.4℃-2.5℃。综合不同天气状况，热泵机组运行平均COP为2.0，平均每天能耗0.06 kWh/m2，热泵机组能效比有望通过系统控制策略的优化而得到提高。
　　大跨度主动蓄能型温室土地利用率高，单体大，可以实现立体式栽培及果树种植，便于机械化操作，保温性能良好。非直膨式主动蓄放热热泵增温系统和直膨式太阳能热泵根际增温系统，可以有效收集太阳热能，用于温室夜晚加温，且节能效果显著，可以作为温室的加温方式进行推广应用。

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第一章 引 言

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究进展

1.3 研究内容和方法

1.4 技术路线

第二章 大跨度主动蓄能型温室设计与试验

2.1 大跨度主动蓄能型温室与日光温室对比试验

2.2 试验结果与分析

2.3 小结

第三章 非直膨式主动蓄放热-热泵系统设计与试验

3.1 非直膨式主动蓄放热-热泵系统可行性分析

3.2 试验材料与方法

3.3 试验结果与分析

3.4 小结

第四章 直膨式太阳能热泵-根际增温系统设计与试验

4.1 直膨式太阳能热泵-根际增温系统设计

4.2 试验材料与方法

4.3 试验结果与分析

4.4 小结

第五章 结论与建议

5.1 结论

5.2 进一步研究建议

参考文献

致谢

作者简历