寒区土壤蓄热设计理论与方法研究

2021-11-11周正王艺森杨静李芼寰

三悦文摘·教育学刊 2021年40期

周正　王艺森　杨静　李芼寰

摘要：摸索出基于最大化捕获太阳能并提高能源利用率为核心的节能日光温室设计的方法，为寒区作物的生长提供适宜的生长环境并起到积极的作用。本文就当前我国北方寒区节能日光温室的发展现状，和依据太阳能辐射计算公式、泥土传热理论、泥土温度的计算等计算方法综合的理论研究，并进行了设计、建设与测试等的过程和方法。针对寒区日光温室创建了适用的地埋管传热模型、线热源理论。

关键词：太阳能;日光温室;太阳能

一、研究背景：

日光温室是我国重要的农业生产性建筑之一，而且是我国特有的农业生产设施。我国在温室土壤蓄热研究方面，就有着众多的学术成果。本文就在拥有大量前任的理论和实践以及研究出的丰富埋管蓄热类型的理论基础上，研究出了适用于我国北方寒区的日光温室蓄热设计。

本项目研究的温室适用于冬季寒冷、但光照充实的地区，帮助此地区的人们进行反季节菜蔬、花草和瓜果的生产。然而我国温室设计中普遍存在的温室设计的经验不足导致的不同区域温室建造的雷同性，造成了我国日光温室普遍的的热、光环境质量相对较差;这些问题都导致了我国日光温室整体的质量相较国外的日光温室质量低下。在这种情况下本研究创建了基于合理的获取太阳能热量的平衡以及泥土蓄放热能量守恒为核心的研究方法、提出了太阳能土壤蓄热温室设计的方向和理论。

二、研究内容

主要为模拟、数值计算、结果讨论分析和国内外市场考察等，研讨本文寒区土壤温室蓄热。本文着重分析太阳辐射能和土壤传热理论。在此基础上研究温室内的光热环境变化，掌握温室内光热环境变化规律，建立了合理的温室采光、保温和埋管蓄热理论，形成能够合理指导温室设计的理论方法。

（一）土壤传热理论

太阳能土壤源热泵能否被推广应用开来，一方面在于经济成本的问题，另一方面在于系统设计方案的合理性、可行性和节能性。因此要想更加准确地计算出土壤的蓄热量和蓄热功率等数据，就要不断完善的埋管换热器的传热模型。

（二）线热源理论

线热源理论核心是将地下埋管换热器模型简化成以地埋管为轴心的恒定内热源，并以该轴为中心创建出呈辐射状向四面传热的传热模型，如图。采用该传热模型理论要对其进行以下简化：

1.土壤初始温度相同;

2.地下土壤是无限大传热介质;

3.土壤热物性各项同性，且固定不變;

4.管长方向的传热不予考虑;

5.忽略钻孔的几何尺寸。

6.忽略土壤热湿迁移。