164带地下卵石床蓄热装置的日光温室增温实验研究.doc

带地下卵石床蓄热装置的日光温室增温实验研究 山东建筑大学热能工程学院 张林华 刘文波 董瑞 摘要 建成了带有卵石床地下蓄热装置的示范温室，并与对照温室进行了比较。实测实验表明：卵石床地下蓄热系统的蓄热功率为94W/m2左右，大于蓄热功率为76W/m2左右的地下埋管蓄热系统，该日光温室的夜间最低温度比无蓄热装置的对照温室提高了5℃－8℃，同时降低了温室的昼夜温差，为喜温作物越冬生产创造了有利的温度条件。 关键词 日光温室，卵石床，蓄热 1前言 我国大部分地区的日光温室为被动式日光温室，带有加热装置的主动式温室基于较高的造价使之应用的极少。本研究的目的是利用价廉易得的戈壁卵石作为蓄热体用于南疆地区的日光温室中，以期达到增温的效果。 卵石（或岩石）cm－10cm直径的卵石（岩石）组成。将卵石床置于温室地面以下40－50cm深处或者地面，卵石被密闭在一个混凝土箱内。有太阳辐射时，用送风机将温室内的热空气吹进储存箱内，加热卵石床；没有太阳辐射时，室内冷空气经岩石蓄热床加热后返回，形成采暖一蓄热—供暖循环。针对这种卵石蓄热床，国内研究者甚少。在国外，Clark和Beasley[1]研究了床层中流体和固体的温度，床层的空隙率和流动分布与动力消耗等。Choudhury等[2]分析了岩石粒径、岩床空隙率、蓄热床的高度和截面积，空气流速与贮存的热量和消耗的关系。Chandra等[3,4]分析了岩石粒径、岩床空隙率和空气流速与岩床层压降的关系。前人的研究大都为卵石床地下蓄热数学模型的研究，缺乏将这种蓄热体应用于日光温室中实际设计和测试技术。 2卵石床地下蓄热系统的设计 本研究实验地点位于新疆和田地区策勒县，地处塔克拉玛干沙漠南缘，冬季昼夜温差大，太阳能资源丰富。实验在带卵石蓄热装置的1#温室和无蓄热装置的3＃对照温室进行，温室采光面采用棉被做保温材料。温室室内长64米，宽7.5米。 卵石床蓄热装置半埋入日光温室的后墙墙体下面，出风口通过砌体风道贴墙引出地面，轴流风机直接接到蓄热装置露在地面以上的进风口上（风机风向垂直墙面），这种蓄热装置的设置方法最大限度的节约了日光温室的室内有效空间，减少蓄热装置对室内作物的影响。卵石床地下蓄热装置平面示意如图1所示。 2.1蓄热系统卵石总用量的确定 按温室白天蓄热4小时，夜间放热6小时，放热期间需要蓄热装置提高4℃计算，单位种植面积平均蓄热速率90W/m2，卵石的蓄热前后平均温差为2℃计算，共需要卵石24m3，平均分装在6个混凝土外壳的蓄热装置中。 2.2蓄热装置风机的控制方法 蓄热装置的风机控制是蓄热装置应用中的一个十分重要的问题，为此课题组开发了风机的单片机自动控制系统，它可以稳定可靠的按时间条件、温度条件、时间温度综合条件实现预定的控制规律。该控制单元成本较低（100元左右），农民易于接受。控制单元的控制原理如图2所示。 3测量仪表及测试内容 温度测量采用国产TLOG-55单路温度自记仪，测温范围-25℃－+55℃，精度±0.3℃，用于测量日光温室室内、外逐时温度，北墙墙体内部不同深度的逐时温度，不同深度土壤逐时温度，卵石床蓄热装置进、出口空气的逐时温度等。 采用国产PC-2R多通道热通量监测系统 其中，为空气密度，空气体积，、分别为进出口气流的焓值。 根据测量计算结果，将卵石床放热量整理如表1。表中蓄热过程的测量为2007年1月2日1#温室内卵石床从12：30~17：50共320分钟的蓄热情况，平均蓄热温差为6.12℃。放热过程的测量为2007年1月3日卵石床从03：20－10：20共420分钟的放热情况，平均放热温差为3.66℃。由此可以计算出卵石床地下蓄热系统的平均蓄热速率为162000kJ/h，放热速率为97000 kJ/h。温室面积480m2，单位面积的蓄热速率为94W/m2。 表1 卵石床蓄放热量 状态 空气温度℃ 温差℃ 相对湿度（％） 焓差kJ/kg 空气流量 (m3/h) 热交换率 (kJ/h) 进口 出口 进口 出口 蓄热 27.73 21.61 6.12 75 80 6.2 21500 162000 放热 17.55 21.21 3.66 80 75 3.7 21500 97000 5结论 建成了带有卵石床地下蓄热装置的示范温室，并与对照温室进行了比较。实测实验表明：卵石床地下蓄热系统的蓄热功率为94W/m2左右，大于蓄热功率为76W/m2左右的地下埋管蓄热系统，该日光温室的夜间最低温度比无蓄热装置的对照温室提高了5℃－8℃[1]Clark J.K, Beasley D.C,Dynamic response of a packed bed thermal storage