温室采暖的环保设计技术分析__墨水学术,论文发表,发表论文,职称

所属栏目：农业环境论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:220

副标题#e#摘要：本文就温室采暖的环保设计进行分析，就其中的太阳能地下蓄热增温系统和电热泵加热系统进行详细分析，从原理到设计研究了对于温室采暖环保系统的影响。
　　关键词：温室采暖，环保设计
　　
　　能源、矿产、水、土地等自然资源，是经济社会可持续发展的物质基础和保障。在温室设计建造初期，如何科学地选择设计温室供热系统，则有着重要意义，本文着重分析温室采暖的环保设计相关技术问题。
　　1温室采暖的环保设计概述
　　温室的加温能源，在国外多为石油和天然气，我国主要使用煤炭。减少这些燃料在温室生产中的消耗，不仅能降低温室生产成本，而且是节约地球上有限的资源、保护环境的需要。因此，世界各国都开展了利用可再生能源如太阳能、风能、地热能和生物质能等作为加温能源的研究，其中最有普遍应用前景的是太阳能和生物质能(沼气等)[1]。
　　(1)太阳能储存利用技术与设施。太阳能是地球上最廉价、最普遍存在的清洁能源，但由于其时间性和能量密度较低的特点，有效收集和存储是其利用技术上的难点所在。在温室中的太阳能集热有外部与内部集热两种方式。外部集热是在温室外部设置集热器，其集热效率高，可达到较高的集热温度，但是需占用温室外的土地，目前应用很少。内部集热方式是利用温室自身作为集热器，无需占用温室外的土地，是目前实际得到较多应用的形式。(2)沼气的利用与种养结合生态温室。将人畜类粪便和作物等农业废弃物进行发酵获得的沼气是一种高品位的气体燃料，可作为生活用能和动力燃料，也可用于温室加温。在获得能源的同时，使有机废弃物得到处理，获得优质的肥料并保护了环境。
　　2温室采暖的环保设计要点分析
　　节能环保温室的含义是：在不影响温室作物正常生长发育以及满足温室采暖经济性的前提下，用于温室采暖所消耗的能源较少，同时对周围环境造成的污染较少的一种现代新型温室。
　　节能环保温室采暖系统设计的主要思路是：利用科学方法进行结构设计，采用先进的清洁加热方式，尽可能利用可再生清洁的新能源，(如太阳能、风能、生物质能、地热能等，以电能、石油、天然气等能源作为辅助能源)辅以计算机智能温室调控管理措施，实现温室生产的节能环保和自动化的目的[2]。目前，国内外正在进行的蓄热技术(如太阳能蓄热技术、热泵技术)研究方兴未艾，呈现出蓬勃发展的良好势头，必将对节能环保温室采暖系统设计起到积极的促进作用。
　　2.1太阳能地下蓄热增温系统
　　在现有的能源结构中，热能是最重要的能源之一。但是，大多数能源，如太阳能、风能、地热能和工业余热废热等，都存在间断性和不稳定的特点，在许多情况下人们还不能合理地利用能源，我们可以找到一种方法，像蓄水池储水一样把暂时不用的热量储存起来，而在需要时再把它释放出来。我们采用适当的蓄热方式，利用特定的装置，将暂时不用或多余的热能通过一定的蓄热材料储存起来，需要时再利用的方法称为蓄热技术。蓄热技术是用于解决热能供求之间在时间和空间上不匹配的矛盾，因而是提高能源利用率的一种能源新技术。热能储存技术可以应用于具有间断性的能源系统，如太阳能利用系统、风电系统等。
　　(1)原理概述。蓄热的方式主要有三种，即显热蓄热、潜热蓄热和化学反应热蓄热。下面简要介绍一下显热蓄热的特点。显热蓄热的特点是当对蓄热介质加热时，其温度升高，内能增加，从而将热能蓄存起来。常用的显热蓄热介质有水、土壤、砂石等。以下我们研究的就是一种以水为介质的显热蓄热方式一太阳能蓄热增温系统。太阳能短期蓄热是太阳能蓄热中一种简单常见的形式，它的充放热循环周期较短，最短可以24h作为一个循环周期。一般来说，短期蓄热的蓄热容积较小，比如，现在步入居民家庭的太阳能热水器，其中的热水箱就属#p#副标题#e#于短期蓄热。地下蓄热增温系统是一种有效利用太阳能的温室加温系统，该系统包括独立的集热系统、贮热系统和蓄热系统，它可以达到夏贮冬用，昼贮夜用的效果。
　　(2)参数设计。地下蓄热系统主要设备包括：太阳能集热器、连接管道、循环泵、水箱、集热控制器、深层管和浅层管等。集热元件真空集热管两端固定不动，聚光器可任意转动，并由左右两个连接杆联成单元，可进行季节性调整太阳能接收角。地下蓄热系统各参数确定合理与否，直接影响着管道的增温效果，集热器的集热效率及投入的成本多少，因而各参数的确定至关重要。
　　首先，蓄热增温管道埋设深度温室地下埋设深浅两层管道，管道埋设深度关系到蓄热增温的效果。土壤中垂直方向的热传导随土壤深度而变化，地表以下10cm处的地温受气温的影响很大，而地下30处受气温的影响就很小，到80cm趋于0。深层管的埋设目的是在夏秋季节蓄热，因而以不受气温影响为宜，埋设深度为80cm(从地面到管轴。浅层管的目的是增温，但考虑到不对耕耘作业造成障碍，同时不影响到作物根系增长，(蔬菜类作物根系一般在25cm左右)，以埋设30cm深度为易；
　　其次，管道规格及间距。深层管主要从力学特性和经济性分析，PVC,PE等管在80cm附近易因土压而变形，因而用热镀锌钢管。深层管蓄热时间为夏秋季((6月~11月)，为了设计深层管道规格，取9月日均太阳总辐射量为估算值。预设蓄热水温为80℃，实验太阳能集热器面积60平方米，经测定集热器效率约42.2%。计算出集热器可把1.43m3的水由20℃提高到80C。依据容积与成本的综合考虑，选用d=140mm的金属管，根据计算深层管道间距为80cm均匀铺设。浅层管道的间距参照地中热交换实验结果，从管道表面的水平方向温度分布的昼夜变化看，5cm~l0cm范围内变化最大，而在15~20cm范围变化时较小，约1.5℃左右，间距为30cm~40cm时，管道不受相互间温度变化影响。因此，浅层管道的间距设计在30cm(管中心间距)，为了使地表土温均匀，避免作物生长参差不齐，管道应在种植区内均匀铺设。考虑到冬天太阳照度较弱，水温预设60℃，因而通过计算需18℃水1.1m3，考虑选用浅层管径d=75mm。由于室内地温在揭苫前最低，所以选用传热系数较小的材料PVC,使换热过程持续较长时间，提高热能利用率。
　　第三，水泵的选择：自吸泵的作用是把水从地下管道抽到贮水箱中，所以在满足与管道配套的前提下，尽量选用大流量泵，节约时间，提高效率.管道是一寸管，根据成本等综合因素考虑，选用吸程为8m，流量为3m3/h的泵。循环泵的作用是实现太阳能集热系统的循环，在计算集热器的传热效率时发现，管中介质的流层比紊流传热效率高，因而循环泵在满足扬程的情况下，尽量选用大流量的泵，缩短循环时间，增加传热量。确定泵的扬程必须计算整个回路的压降，通过计算得到总的压降，最后选10m作为循环泵的扬程。
　　2.2电热泵加热系统
　　所谓热泵就是把热量从低温区向高温区输送的设备的总称.热泵能够发挥高质能量(电能、机械能或高温热能)在质量上的优势，用较少的高质能将大量的可再生环境能量(地下水，空气及水中蕴含的能量回收升温后利用，因此具有较高的节能效率。要完成热泵的热力循环一定要加入能量，一般利用电能作为动力，使用电能作为动力的热泵即为电热泵气。
　　所有热力发动机都是按正循环工作的，其效果是使热能转变为机械能，而逆循环的效果是消耗机械能来迫使热量从低温流向高温，热泵和制冷机都是利用逆向循环工作的。逆向循环具有从低温热源吸热，向高温热源放热的特点，当使用目的是从低温热源吸收热量时，系统称为制冷机;当使用目的是从高温热源释放热量时，系统称为热泵。热泵在工作时，它本身消耗一部分能量，把环境介质中储存的能量加以挖掘，通过制冷剂循环系统提高温度#p#副标题#e#进行利用，’而整个热泵装置所消耗的功仅为输出功中的一小部分，因此，采用热泵技术可以节约大量能源。
　　自然界中可利用的低位能源(如空气、地表水、地下水等)以及生活和生产中的排热热源(各种余热和废热等)都可以作为热泵的热源。而热泵的驱动能源则包括电能和石化燃料燃烧热能以及核能、太阳能、水力、风力等自然能所产生的电能等。从环保角度讲，使用热泵可较大幅度地减少SO2,C02等大气污染物质的排放。
　　
　　参考文献：
　　[1]杨基嘉.丹麦推出温室型环保住宅[J].住宅科技,1995,7
　　[2]邓书辉,郭敬红,王亚轩.节能环保温室供热技术浅析[J].现代化农业,2007,09.