光伏玻璃温室内温度和气流分布的CFD分析研究

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光伏玻璃温室是太阳能光伏发电系统与现有的单栋或连栋温室的集成,在实现光伏发电上网的同时,满足设施内作物生长要求。开展光伏玻璃温室室内温度、气流分布开展研究,有助于光伏温室的结构设计和环境调控,具有理论意义和实用价值,可促进我国光伏温室技术的发展。  本文以常州嘉泽地区安装有太阳能光电玻璃的连栋玻璃温室为研究对象,通过试验测量与仿真分析相结合,对室内温度和气流分布进行研究。通过对光伏温室内外环境相关参数进行测量,运用CFD技术对室内温度、气流分布进行分析,力求对光伏温室结构设计提出合理化建议。  首先,以光伏连栋玻璃温室为研究对象,对温室覆盖材料相关参数、内外的光照度、温湿度和风速进行测量和计算,对光伏温室的边界条件进行了测试,并对试验结果进行了数据分析。  其次,在试验的基础上建立了在自然通风和强制通风条件下的光伏温室内温度、气流分布的三维CFD模型。在自然通风条件下,室内温度实测值和模拟值的绝对误差均值为0.96℃,相对误差均值为2.94%。在强制通风条件下,温度实测值和模拟值的绝对误差均值为3.14℃,相对误差均值为8.04%。室内风速测量值和仿真值的绝对误差均值为0.12m/s,相对误差均值为8.85%。结果表明,所建光伏温室CFD模型的模拟值和试验测量值具有良好的吻合性,表明建立的光伏温室数值模型可行。  最后,在光伏温室数值模型的基础上,进行了光伏温室内环境因子影响因素分析研究:  1)在自然通风条件下,对屋顶覆盖材料、风速大小和开窗角度三种影响因素进行分析研究。对于普通玻璃覆盖材料的温室,同等结构条件下,室内整个温度分布比光伏温室模型的各点温度降低0.5℃以上。在不同风速的条件下,当室外风速为2.5m/s,室内温度降低1℃左右,室内气流流速明显增加。改变开窗角度,新方案在开窗角度为34°时,此方案室内均温降低2.0℃以上,室内温度和气流分布更均匀。  2)在强制通风条件下,对不同的风机布置、不同的湿帘几何尺寸和不同的屋顶覆盖材料三种因素进行分析。在不同的风机布置条件下,风机间距为8m的方案,在高度H=1.5m水平面均温为31.8℃,比对应试验模型的温度值降低2.4℃;在高度H=1.5m处气流速度均值为1.8m/s,同等条件下比原模型气流流速增加0.6m/s。在不同的湿帘几何尺寸条件下,离地面高度为1.0m,宽度1.7m的湿帘方案可以加快室内质热交换速率,其在H=1.5m处温度均值为31℃,同等条件下比试验模型低3.2℃。改变屋顶覆盖材料,新方案室内H=1.5m水平高度处温度均值比原方案降低0.6℃。  通过对光伏温室内环境因子的影响因素分析可知,室内环境的研究需要综合考虑天窗、湿帘风机的布置与调控,风速以及覆盖材料类型等因素。了解各因素对室内温度和气流分布的影响,可以为光伏温室设计提供合理的理论支撑。
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