寒区温室太阳能-锅炉联合供热系统设计及模拟研究

摘要

温室农业是一种高投入、高技术、高产出、高效益的集约化市场产业，它能充分利用有限的光热资源，通过增强人的主观调控能力，最大限度的减弱气候不利因素的影响，从根本上改变露地栽培的传统生产模式，大幅度地提高作物的产量、质量、经济效益。自上世纪80年代引入我国后，取得了长足发展，但由于种种原因，特别是能耗过大，运行费用高，管理不善，很多都是勉强维持生产，大部分不得不宣告失败。
　　在世界能源紧缺、国家大力提倡节能和开发新能源的背景下，本文提出了寒区温室采用太阳能—锅炉联合供热系统及主要的组成部件，提出了具体的运行方案，并且对三种不同的运行工况分别建立了数学模型求解方法。
　　依据工程热力学、流体力学、传热学等基础理论，建立一个温室物理模型，分析了温室的传热特性，建立了传热模型，建立了稳态的模型和热平衡方程，对其传热方程组进行了闭合求解。分析了影响温室冬季采暖热负荷的因素。
　　本文以东北农业大学重点试验温室为实例，使用清华大学编制的能耗分析软件DEST-h计算了采暖期温室的动态负荷，根据室外气象参数、太阳辐射强度和集热器的面积等条件，利用太阳能辐射的基础理论知识计算出动态太阳能集热量，根据计算结果，分析太阳能—锅炉联运行时两者供热量的配比关系。
　　现代温室很多主要种植花卉等植物，对温室内热环境的要求比较高，这使得温室内微气候的研究必不可少。本文采用CFD软件Fluent对温室实例内部的温度场进行数值模拟，比较散热器在不同布置情况下对温度场的影响，优化散热器的布置使温室的温度场更符合植物生长要求。

目录

寒区温室太阳能-锅炉联合供热系统设计及模拟研究

THE SIMULATION RESEARCH AND DESIGN ON THE UNITED HEATING SYSTEM OF SOLAR-BOILER FOR GREENHOUSE IN COLD AREA

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内在温室业发展的研究现状及分析

1.2.1 我国温室业发展现状

1.2.2 我国温室供热技术研究现状与分析

1.2.3 我国温室微气候研究及数值模拟

1.3 国外温室业发展及数值模拟的研究现状

1.3.1 国外温室业的发展现状

1.3.2 国外温室微气候的研究

1.4 本课题的研究目的和主要工作

1.4.1 研究目的

1.4.2 本课题主要工作

第2章 北方温室气候区划分及太阳辐射基础

2.1 我国的太阳能资源

2.2 我国现代温室气候区划分

2.3 太阳辐射

2.3.1 太阳位置的计算

2.3.2 太阳常数

2.3.3 晴天太阳幅射的计算

2.4 本章小结

第3章 太阳能—锅炉联合供热系统设计与数学模型

3.1 太阳能与锅炉联合供热系统

3.2 联合系统的基本组成

3.2.1 太阳能集热器

3.2.2 锅炉

3.2.3 换热器

3.2.4 储热水箱

3.2.5 管道及附件

3.3 联合供热系统运行基本方案

3.4 温室太阳能和锅炉联合供热系统数学模型

3.4.1 太阳能单热源运行的数学模型

3.4.2 太阳能与锅炉联合运行的数学模型

3.4.3 锅炉单热源运行数学模型

3.5 本章小结

第4章 温室传热模型及求解方法

4.1 温室传热示意图

4.2 温室传热数学模型

4.3 温室传热模型的简化及求解

4.3.1 温室模型的简化

4.3.2 各传热参数计算

4.3.3 围护结构表面热平衡方程的建立

4.3.4 传热模型的闭合求解

4.4 本章小结

第5章 温室冬季热负荷计算及系统运行分析

5.1 温室冬季热负荷影响因素分析

5.1.1 温室作物对温度的要求

5.1.2 温室室内计算温度

5.1.3 温室室外计算温度

5.1.4 温室的围护结构

5.2 动态负荷计算方法

5.2.1 常用动态负荷计算方法

5.2.2 DEST-h软件简介

5.3 温室物理模型及基本参数

5.4 负荷计算结果及分析

5.5 太阳能集热量的计算

5.5.1 太阳高度角计算

5.5.2 太阳辐射强度

5.5.3 集热效率

5.5.4 集热量计算结果

5.6 系统动态运行分析

5.6.1 太阳能单热源供热的动态分析

5.6.2 太阳能—锅炉联合供热的动态分析

5.6.3 锅炉单热源供热的动态分析

5.7 本章小结

第6章 温室温度场的数值模拟

6.1 温室几何模型的建立

6.2 温室模型的主要假设

6.3 数值计算的基本方程

6.4 边界条件的设置

6.4.1 温室外墙及屋顶边界条件

6.4.2 温室地面边界条件

6.4.3 散热器边界条件

6.5 温室的数值模拟结果

6.5.1 散热器靠墙布置的模拟结果

6.5.2 顶部加散热管的模拟结果

6.6 本章小结

结论

参考文献

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致谢