太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的研究進(jìn)展的課件

1、第三章 設(shè)施農(nóng)業(yè)可再生能源利用技術(shù)研究進(jìn)展第一節(jié) 可再生能源概述可再生能源的概念是在1981年8月聯(lián)合國(guó)在肯尼亞首都內(nèi)羅畢召開的新能源和可再生能源會(huì)議正式界定了其基本含義，即采用先進(jìn)的方法或技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的能源進(jìn)行開發(fā)利用、對(duì)環(huán)境和生態(tài)友好、可持續(xù)發(fā)展、資源豐富的能源。目前，聯(lián)合國(guó)開發(fā)計(jì)劃書（UNDP）對(duì)可再生能源分為三類：大中型水電；新的可再生能源，包括小水電、太陽(yáng)能、風(fēng)能、現(xiàn)代生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能；傳統(tǒng)的生物質(zhì)能2（1）資源豐富，可以再生利用；（2）能量密度低，并且高度分散；（3）清潔干凈、極少損害生態(tài)環(huán)境或有損害環(huán)境的污染物排放；（4）太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能等資源具有間歇性和隨機(jī)性；（5）

2、開發(fā)利用存在技術(shù)難度；基于上述概念和特點(diǎn)界定，太陽(yáng)能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能、風(fēng)能、核能和海洋能等都屬于可再生能源范疇。3可再生能源利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)雖然我國(guó)擁有資源豐富的可再生能源，開發(fā)潛力很大，并且經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，在小水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能熱水器技術(shù)取得較大成績(jī)，其他可再生能源開發(fā)利用也具備了一定的技術(shù)條件，但是總體利用程度較低，2004年我國(guó)可再生能源開發(fā)利用總量（不包括傳統(tǒng)方式利用生物質(zhì)能）約1.4億t標(biāo)準(zhǔn)煤，占我國(guó)一次能源消費(fèi)總量的7%。為了在未來(lái)的能源可持續(xù)發(fā)展中取得先機(jī)，獲得新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)和更多的商機(jī)，許多國(guó)家制定了新能源與可再生能源的發(fā)展規(guī)劃，加大了對(duì)可再生能源技術(shù)研發(fā)及商業(yè)推廣的投入。4

3、第二節(jié) 太陽(yáng)能利用技術(shù)太陽(yáng)能的基本開發(fā)途徑有以下幾種：（1）光熱利用（光熱轉(zhuǎn)換）。（2）光伏發(fā)電（光電轉(zhuǎn)換）。光-熱-電轉(zhuǎn)換。光-電轉(zhuǎn)換。5（3）光化利用。因吸收光輻射導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)而轉(zhuǎn)換為化學(xué)能的過(guò)程。其基本形式有植物的光合作用和利用物質(zhì)化學(xué)變化貯存太陽(yáng)能的光化反應(yīng)。我國(guó)太陽(yáng)能資源狀況我國(guó)大部分地區(qū)都具有良好的資源優(yōu)勢(shì)，尤其是西北、西南、華南地區(qū)，更具有豐富的太陽(yáng)能資源，2050年我國(guó)太陽(yáng)能利用在總能源供給中能夠達(dá)到4.7%和10%。6設(shè)施太陽(yáng)能熱利用技術(shù)研究進(jìn)展80、90年代，我國(guó)研究人員對(duì)溫室的建筑結(jié)構(gòu)做了全面創(chuàng)新，根據(jù)不同的地理緯度和氣候條件，以提高太陽(yáng)能利用率、增加溫室有效積溫為核心，

4、通過(guò)構(gòu)建新的溫室采光理論及計(jì)算方法，針對(duì)不同建設(shè)方法、不同骨架結(jié)構(gòu)和幾何形狀的各類單棟溫室，建立計(jì)算機(jī)模擬模型，模擬太陽(yáng)直接輻射透進(jìn)溫室內(nèi)的時(shí)空分布狀況，對(duì)溫室內(nèi)部光環(huán)境進(jìn)行分析，為日光溫室采光屋面傾角、溫室方位角、溫室后坡、長(zhǎng)度、跨度、間距等參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。溫室保溫性能的研究進(jìn)展（1）溫室保溫透明薄膜材料的研究（2）保溫覆蓋方法及覆蓋材料的研究（3）保溫蓄熱結(jié)構(gòu)及保溫蓄熱材料的研究7溫室地中熱交換系統(tǒng)的研究進(jìn)展地中熱交換系統(tǒng)是一種有效利用太陽(yáng)能的溫室系統(tǒng)，它由室內(nèi)地下埋設(shè)的管道與風(fēng)機(jī)組成，白晝利用風(fēng)機(jī)把溫室中多余的太陽(yáng)能通過(guò)地下管道貯存到土壤中，夜間當(dāng)溫室的氣溫降低時(shí)，再利用風(fēng)機(jī)

5、把土壤中儲(chǔ)備的熱量放回溫室進(jìn)行補(bǔ)充加溫。8太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的研究進(jìn)展廣泛意義上太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)通常是用水（或某種防凍液）作為熱媒，以水作為蓄熱介質(zhì)，用太陽(yáng)能集熱器收集太陽(yáng)能，熱量經(jīng)由散熱部件送至室內(nèi)進(jìn)行采暖，太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)通常由太陽(yáng)能集熱器、蓄熱水箱、連接管路、輔助熱源、散熱部件及控制系統(tǒng)組成，如圖23所示。目前，為了提高設(shè)施農(nóng)業(yè)冬季室內(nèi)溫度，許多研究人員嘗試將太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)應(yīng)用在溫室，并做了大量的實(shí)驗(yàn)研究工作。9在我國(guó)當(dāng)前的能源現(xiàn)狀下，這種加入太陽(yáng)能集熱及蓄熱裝置的主動(dòng)型太陽(yáng)能溫室，符合我國(guó)現(xiàn)階段的能源戰(zhàn)略，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)應(yīng)用太陽(yáng)能開創(chuàng)一條新的途徑，有效降低常規(guī)能源消耗，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。但目前采用太陽(yáng)

6、能集熱裝置的太陽(yáng)能溫室還處于實(shí)驗(yàn)研究階段，在集熱、供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面還存在一些問(wèn)題，需要進(jìn)一步分析溫室系統(tǒng)熱環(huán)境，建立精確的數(shù)學(xué)模型，為太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確依據(jù)。此外，在利用太陽(yáng)能集熱器為溫室在冬季供暖同時(shí)，開發(fā)太陽(yáng)能空調(diào)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)夏季制冷、冬季供暖的功能，提高太陽(yáng)能利用效率和經(jīng)濟(jì)性，也是現(xiàn)代溫室發(fā)展中新的研究課題。10設(shè)施太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換利用技術(shù)研究進(jìn)展雖然薄膜太陽(yáng)能溫室從理論上具有良好的前景，但從技術(shù)上還存在一些問(wèn)題。首先，薄膜太陽(yáng)能電池壽命較短，目前國(guó)際上對(duì)該型產(chǎn)品壽命說(shuō)法不一，因此在對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)時(shí)，缺乏科學(xué)的依據(jù)；其次，薄膜太陽(yáng)能電池的分光技術(shù)至關(guān)重要，它關(guān)系溫室內(nèi)植物

7、生長(zhǎng)光合作用效果，但分光技術(shù)剛剛起步，將低透光率的薄膜太陽(yáng)能電磁與分光技術(shù)的結(jié)合，還是處于起步階段的新課題；再次，針對(duì)薄膜太陽(yáng)能電池溫室開發(fā)的種植與養(yǎng)殖品種目前還處于探索階段；最后，如何解決透光率與發(fā)電效率的矛盾，是決定該技術(shù)能否得到大面積推廣應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題。11第三節(jié) 熱泵技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中應(yīng)用研究進(jìn)展地源熱泵是一種新型高效節(jié)能設(shè)備，具有加溫制冷的雙重功能，應(yīng)用于大型溫室替代燃煤鍋爐進(jìn)行冬季加溫，夏季又可以利用其制冷功能對(duì)溫室進(jìn)行降溫，溫度可控性強(qiáng)，是一種值得研究的溫室調(diào)溫技術(shù)。但地源熱泵在應(yīng)用中也存在一些問(wèn)題，如初期投資較大，由于溫室的熱負(fù)荷較大，其運(yùn)行成本比燃煤鍋爐高。12水源熱泵技術(shù)及其

8、在設(shè)施農(nóng)業(yè)中應(yīng)用研究進(jìn)展如果采用燃煤鍋爐作為熱源，水循環(huán)熱泵系統(tǒng)無(wú)法提高能量利用率；但是,如果采用電鍋爐作為熱源,水循環(huán)熱泵系統(tǒng)可以大大提高能量利用率，減少能量消耗。王吉慶，張百?gòu)?qiáng)（2005）在水源熱泵熱風(fēng)加溫條件下，對(duì)試驗(yàn)溫室的溫度、空氣相對(duì)濕度、水源熱泵制熱系數(shù)進(jìn)行測(cè)定，對(duì)水源熱泵加溫的節(jié)能效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，采用水源熱泵加溫可相對(duì)節(jié)能69.1%，加溫成本僅比燃煤鍋爐高的5.8%。13熱泵技術(shù)必將成為中國(guó)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展中一個(gè)新的節(jié)能模式。但目前在設(shè)施農(nóng)業(yè)中推廣地源（水源）熱泵，還存在以下有待于進(jìn)一步研究解決的問(wèn)題。（1）初期投資費(fèi)用大。（2）夏季降溫除濕技術(shù)不成熟。（3）系統(tǒng)性能穩(wěn)定問(wèn)題。在設(shè)施農(nóng)

9、業(yè)中應(yīng)用熱泵系統(tǒng)的初期投資較大，環(huán)境調(diào)控技術(shù)還有待于完善，系統(tǒng)性能等問(wèn)題，但熱泵系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)燃油鍋爐和普通空調(diào)要低的多，而且熱泵系統(tǒng)壽命長(zhǎng)、對(duì)環(huán)境無(wú)污染，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，隨著我國(guó)能源矛盾的進(jìn)一步激化和對(duì)可再生能源技術(shù)進(jìn)一步鼓勵(lì)，地源（水源）熱泵在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用將得到進(jìn)一步的推廣和發(fā)展。14 第四節(jié) 地?zé)釡厥壹夹g(shù)進(jìn)展 地?zé)崮苁莵?lái)自地球深處的熱能，它源于地球的熔融巖漿和放射性物質(zhì)的衰變。深部地下水的循環(huán)和來(lái)自深處的巖漿侵入到地殼后，把熱量從地下深處帶至近地表層。我國(guó)溫室種植開采利用地?zé)豳Y源折合標(biāo)準(zhǔn)煤21.5萬(wàn)t/a，占地?zé)豳Y源年開采總量的3.4%，僅占可開采量的0.65%，開發(fā)潛力巨大。15地?zé)釡厥夜崽攸c(diǎn)及存在問(wèn)題1、節(jié)約常規(guī)能源，環(huán)保。2、供熱均勻穩(wěn)定。3、地?zé)釡厥业牡責(zé)崴到y(tǒng)是開口系統(tǒng)，為溫室增溫后的地?zé)嵛菜猛緩V泛。4、溫度調(diào)節(jié)簡(jiǎn)便易行、安全可靠。 地?zé)釡厥已芯窟M(jìn)展地?zé)釡厥覠嶝?fù)荷研究進(jìn)展國(guó)外，美國(guó)的Kevin Rafferty介紹了溫室熱損失是由兩部分組成：傳熱損失和滲透損失，并給出幾種半透光材料的傳熱系數(shù)和溫室換氣次數(shù)；希臘的Constandinia Panagiotou（1997），在負(fù)荷計(jì)算公式中引入了空氣滲透熱阻、室外對(duì)流熱阻、覆蓋材料傳導(dǎo)熱阻和室內(nèi)對(duì)流熱阻，對(duì)應(yīng)溫室不同的覆蓋材料、風(fēng)速和供熱形式給出了分類更加詳細(xì)的設(shè)計(jì)參考值。16地?zé)釡厥夜?jié)能