【摘 要】
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随着能源结构的变化,能源技术也在不断改革创新,可再生能源的开发利用已经成为全世界的研究重点,鉴于不可再生能源十分短缺且不可再生的特点,未来可再生能源技术的发展依然是社会焦点。可再生能源有风能、潮汐能和太阳能等,我国地域面积广阔,大部分地区年日照时数大于2000小时,拥有极其丰富的太阳能资源,这无疑为太阳能应用技术的发展提供了巨大的便利条件。目前,根据转换原理主要有三类太阳能利用方式,分别是光伏转换
【基金项目】
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国家大宗蔬菜产业技术体系CARS-23-C05； 陕西省蔬菜产业技术体系SNTX-05；
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随着能源结构的变化,能源技术也在不断改革创新,可再生能源的开发利用已经成为全世界的研究重点,鉴于不可再生能源十分短缺且不可再生的特点,未来可再生能源技术的发展依然是社会焦点。可再生能源有风能、潮汐能和太阳能等,我国地域面积广阔,大部分地区年日照时数大于2000小时,拥有极其丰富的太阳能资源,这无疑为太阳能应用技术的发展提供了巨大的便利条件。目前,根据转换原理主要有三类太阳能利用方式,分别是光伏转换利用、光热转换利用和光化学转换利用。太阳能光伏转换利用造价成本高昂,太阳能光化学转换利用主要用于制造太阳能光电化学电池,太阳能光热转换利用是将太阳能转换为热能的手段。经过多年研究发展,太阳能光热转换技术以及较为完备,尤其在太阳能集热方面,如太阳能热水器、太阳能干燥房等,已经成为人类生活和生产不可或缺的设备。与此同时,日光温作为一种重要的栽培设施,在植物生产中需要调控光照、湿度、温度、气体等环境因素,对能源的消耗较大,因此将太阳能集热器应用在温室生产领域具有重要意义。本文以太阳能平板集热器作为研究对象,在太阳能平板空气集热器的基础上,设计了一种空气-水双相流太阳能平板集热器并提出了三种优化方式,搭建了太阳能平板集热器性能测试的平台,同时对这些集热器的性能进行实际测试验证,最后应用于日光温室实际生产,主要研究内容如下:（1）本研究涉及的太阳能平板集热器分别为带导流板的太阳能平板空气集热器、空气-水双相流太阳能平板集热器以及在这两种集热器的基础上做出结构优化改进的三种空气-水双相流太阳能平板集热器,分别为:提升集管Z轴高度,降低与背板热损的改进Ⅰ型、将1/2水循环集管与吸热板芯焊接,增大集热面积的改进Ⅱ型和采用蛇形水循环流道的无支路改进Ⅲ型。（2）搭建试验平台,测试不同风速和水质量流量对太阳能平板集热器集热性能的影响（太阳能平板空气集热器只有风速测试）,确定了每种太阳能平板集热器的最佳运行工况,太阳能平板空气集热器:风速3.2m/s;空气-水双相流集热器集热:风速3.1m/s,水质量流量0.015kg/s;Ⅰ型改进集热器:风速为4m/s,水质量流量为0.03Kg/s;Ⅱ型改进集热器,风速为4m/s,水质量流量为0.03Kg/s;Ⅲ型改进集热器,风速为4m/s,水质量流量为0.035Kg/s。（3）以能量平衡方程式为基础,整理推导平板集热器的有用能、瞬时集热效率、热效率曲线、能效系数等集热性能指标,以此评价太阳能平板集热器的性能,分析不同进口空气温度、不同太阳辐射强度、不同进气口流速（0、1、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0m/s）和不同水循环质量流量(0、0.005、0.01、0.015、0.02、0.025、0.03、0.035kg/s下集热器运行结果。太阳能平板空气集热器集热效率为30-62%,空气-水双相流太阳能平板集热器总集热量平均为15.9MJ,其中空气循环集热量平均为9MJ,水循环集热集热量平均为6.9MJ,平均能效系数为8.6,集热效果良好。相同运行参数下,三种改进型集热器的空气循环集热效率变化显著程度:Ⅰ型＞Ⅲ型＞Ⅱ型,水循环集热效率值:Ⅱ型＞Ⅰ型＞Ⅲ型,Ⅱ型集热器通过将1/2集热管直接用于集热可以显著提升水循环集热效果,综合分析得出,Ⅰ型集热器的空气循环集热性能更优,Ⅱ型集热器的水循环集热性能较佳。（4）为改善棚体热风向上原理和植株遮阴造成的地温较低的现实问题,将三种优化后的空气-水双相流太阳能平板集热器应用于日光温室番茄生产中,加温模式为白昼利用空气循环集热实时加温,晚上利用白天水循环集热储存的热量实现延时加热,在此过程中,测得加温植株根部温度比不加温植株多提升10℃,基质温度提升3℃,白昼加温效果Ⅰ型=Ⅲ型＞Ⅱ型,夜间加温时效果Ⅱ型＞Ⅲ型＞Ⅰ型,综合评定,Ⅱ型集热器效果最佳。对植株根系加温可以促进植株生长发育,加温后,番茄植株与加温前相比有明显的提升,但茎粗变化并不明显。
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