相变材料墙体在下沉式日光温室中保温作用初步研究

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日光温室的发展迅速解决北方地区冬季蔬菜供应不足的问题,极大的方便了人们的生活,但同时它也存在夏季通风降温困难,冬季耗能大等难题,其中冬季能源消耗过大已经成为了限制日光温室进一步发展的瓶颈。随着全球工业化进程的发展,极端天气频繁,我国冬季低温也不断出现。为了满足冬季设施内作物生长所需的温度条件,同时达到节能、环保、低碳的要求,人们对日光温室保温储热特性的研究越来越重视。相变材料因其具有在相变过程当中吸收或释放大量潜热而本身温度变化幅度较小的特征,近年来被人们广泛钻探并应用于设施农业。本实验将以CaCl2为主的水合无机盐复合相变材料镶嵌于日光温室后墙表面形成相变墙板,观测了温室内、外部温度变化以及后墙不同测点内部温度变化,并讨论了典型天气条件下相变温室与普通温室的温度变化规律以及相变温室后墙不同测点温度变化规律,为复合相变材料的保温降能耗特性提供了理论支持,还提供了日光温室的应用的基础。本实验结合新郑地区下沉式日光温室,采用试验研究与理论分析相结合的方法,得到结果如下:1.典型天气条件下,相变材料有明显的蓄放热过程,相变温室保温蓄热性能优于普通温室,可以为作物生长提供更好、更稳定的环境条件:相变温室夜间及全天平均室内气温高于普通温室,在有同等外界热源的情况下,相变温室白天的室内温度升温速率低于普通温室,夜间室内温度降温速率同样低于普通温室;相变温室全天室内外平均温差高于普通温室;夜间(18:00-06:00)相变温室后墙内表面温度及全天平均温度均高于普通温室,典型晴天(2013-01-01)时,在11:30-13:30内相变温室后墙内表面温度上升速率(1.25℃/h)明显缓慢且低于普通温室(1.90℃/h)。2.冬季及初春相变温室和普通温室墙体温度整体上表现出相同的变化趋势,相变温室后墙保温性能较普通温室更为明显:随着墙体深度的增加(从外到内),两温室墙体温度总体是逐渐升高的,温度变化幅度逐渐剧烈;随着外界气温的升高,两温室墙体整体的温度都有明显的上升;日光温室后墙吸热放热主要在28cm、37cm这两个深度进行,相变温室在该处测点温度变化幅度小于普通温室。3.冬季相变温室后墙不同测点温度变化表现出以下特征:相变温室后墙内表面不同水平位置上:揭苫前中央位置温度高于边部,铺设相变材料区域温度高于未铺设区域;揭苫后温室内未铺设相变材料区域升温速率高于铺设区域,在同区域内,越靠近温室中央,其升温速率越大;温室后墙铺设相变材料区域降温速率低于未铺设区域,在夜间铺设相变材料区域作为主要热源对四周进行放热,中央位置放热尤其明显。相变温室后墙内表面不同竖直位置上:揭苫前温室中央位置温度高于上部,且铺设相变材料区域温度高于未铺设区域;揭苫后温室内中央位置升温速率高于上部,在未铺设相变材料区域内,越靠近温室中央,其升温速率越大;夜间铺设相变材料区域作为主要热源对四周进行放热,中央位置放热明显。相变温室后墙中央位置测点不同深度温度:各深度夜间(22:00-8:00)温度均较稳定。白天温度表现为随着深度增加,变化幅度增大。相变温室后墙主要通过内表面(47cm)进行吸热,通过铺设相变材料区域(47cm、42cm、37cm)进行储热,主要通过相变材料内部(42cm)向温室四周进行放热。
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