被动式太阳能相变蓄热温室传热特性的初步研讨.pdfVIP

中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号：093147 被动式太阳能-相变蓄热温室传热特性的 初步研究 * 周玮 陈超 薛亚宁 （北京工业大学建筑工程学院 100124） * （联系电话E-mial139.com） 摘要：被动式太阳能温室是典型的直接受益式太阳房，而温室墙体是吸收和储存太阳能的重要载体， 是集吸热、蓄热与保温于一体的多功能墙体。为了更好地利用太阳能，减少夜间采暖能耗，本研究将 本课题组所研制的复合相变墙体材料应用于温室墙体内表面，旨在改善其吸热和蓄热性，在白天能够 更多的蓄存太阳能，以便在夜间释放，辅助采暖。本文采用EnergyPlus 模拟软件对复合相变墙体材料 在温室大棚中的作用进行了全面预测和分析，模拟结果表明，该复合相变墙体材料适用于室外空气日 平均温度高于-5℃的时期（占到北京采暖期的86.8%），其最佳厚度为40mm，最多可以提高温室室内空 气温度谷值2℃左右。该模拟经由实验验证，吻合性较好。 关键词：被动式太阳能温室；复合相变墙体材料；传热特性；计算分析；实验 1 引言 据中国农业温室网统计，全国温室栽培面积 1500多万亩，其中85%以上都是采用太 阳能辅加燃煤向温室供热的方式。白天，由于温室效应，进入温室的太阳辐射能将超过 温室通过各种途径向外界散发的热量，致使温室处于升温状态；当太阳辐射强度较大时， 往往会导致温室内温度上升过快甚至超过植物生长所需要的温度环境。目前的对策是， 白天人为地开启一部分塑料薄膜向外界释放多余的太阳热能，以避免温室环境温度过 高；而夜间再通过煤炉供热的方式，维持温室环境温度。这样既不能有效利用白天宝贵 的太阳能，夜间还需消耗化石能源，造成环境污染；同时也由于能源价格的不断上涨， [1-4] 加剧了蔬菜种植成本的不断增加 。 温室墙体和土壤是被动式太阳能温室吸收和储存太阳能并为温室增温的载体，而温 室墙体尤其北墙是集吸热、蓄热与保温于一体的多功能墙体。如果能有效地提高温室北 墙内表面的吸、蓄热效率，就有可能把白天温室内多余的太阳热能储存在墙体内，待夜 间再释放出来，提高太阳能供热率，减少温室的供热负荷。据此，本研究提出将所研制 的定形相变蓄热墙体材料与普通建筑用水泥砂浆材料混合直接涂抹于温室墙体内侧，构 成复合相变墙体；利用所研制相变蓄热墙体材料相变温度合适、潜热量比较大、热传导 性能比较好、且近乎黑色的特点，白天高效率地吸收并储存透过温室塑料薄膜直接照射 在相变复合墙体表面的太阳辐射热能，并利用功能材料固有的热特性将其表面的温度控 制在适当范围内；夜间相变复合墙体再将白天储存在其内的热量释放出来的学术思想。 [5-8] 并在借鉴国内外相关研究成果 的基础上，以我国北方地区的中温（12~25℃）、高温 (18~36℃)被动式太阳能温室为研究对象， 利用建筑能耗分析软件EnergyPlus 并结合实验研究的方法，对将所研制的相变蓄 热墙体材料应用于被动式太阳能温室的可行性及其影响因素进行初步的分析与讨论。 2 相变蓄热墙体材料及其主要热工参数 本课题所研制定形相变蓄热墙体材料主要由定形相变材料（主要成分是石蜡、石墨、 高密度聚乙烯及其它添加材料等）的与普通建筑用水泥砂浆材料混合而成。由于该复合 相变墙体材料在囊材的微封装内发生固-液相变，相变时体积和结构几乎不变，宏观上 保持固体状态，因此无需封装；而且无毒性，无腐蚀性（图 1），该墙体材料的导热系数 约为0.7W/（m·K）。 a）复合相变墙体材料 b）复合相变墙体 c）DSC 曲线图 图 1 复合相变墙体材料