环保型隔热材料对盐梯度太阳池热性能的优化研究——基于塞姆南市气候条件的模拟分析

　　本研究针对盐梯度太阳池(SGSP)因底部热损失导致的效率低下问题，创新性地采用秸秆和树皮等环保材料作为隔热层。通过建立瞬态数值模型模拟塞姆南市气候条件下太阳池的热行为，发现1月秸秆隔热可使地面热损失降低26%，6月下层对流区(LCZ)温度最高提升11.76°C。该研究为可再生能源存储系统提供了经济环保的解决方案，对推动太阳能热利用技术发展具有重要意义。

　　

随着全球能源需求激增和化石燃料导致的温室效应加剧，开发清洁可持续的能源技术成为当务之急。太阳能因其无限性成为理想选择，但间歇性特征要求配套储能系统。盐梯度太阳池(Salt Gradient Solar Pond, SGSP)作为一种能同步吸收和储存太阳辐射的装置，通过盐水浓度梯度形成隔热层，其下层对流区(Lower Convection Zone, LCZ)储存的热能可用于发电、海水淡化等。然而传统SGSP存在显著缺陷——约50%热量通过池底散失，且常用聚苯乙烯泡沫等隔热材料不可降解、生产能耗高。

为突破这一瓶颈，伊朗国家科学基金会支持的研究团队在《Journal of Energy Storage》发表重要成果。研究人员创新性地提出采用农业废弃物（秸秆）和林业副产品（树皮）作为环保隔热材料，基于塞姆南市气象数据建立瞬态数值模型，系统评估了这些生物基材料对SGSP热性能的提升效果。

研究采用工程方程求解器(EES)软件构建一维瞬态模型，运用有限差分法离散化控制方程。模型验证阶段将模拟结果与经典文献数据对比，误差控制在5%以内。重点分析了两种环保材料（秸秆和树皮）在不同季节对LCZ温度、地面热损失的影响，并考察了风速、湿度等环境参数的敏感性。

Mathematical model
通过质量-能量守恒方程建立三区（UCZ/NCZ/LCZ）耦合模型，引入Dufour效应（热扩散引起的物质扩散）和浮力比参数。关键假设包括：LCZ和UCZ温度均匀、忽略侧壁热损失、土壤热物性恒定。控制方程中特别考虑了盐浓度梯度对热传导的抑制作用。

Results and discussion
模拟显示：1月秸秆隔热使地面热损失降低26%（树皮19%），导致LCZ温度差显著增大；6月LCZ温度峰值提升11.76°C（秸秆）和8.43°C（树皮）。全年温度提升幅度为：秸秆3.33-11.73°C，树皮2.35-8.39°C。环境参数分析表明，风速增加10%会导致UCZ温度下降1.2-1.8°C，而相对湿度影响较弱。

Conclusions
该研究证实环保隔热材料可显著提升SGSP热性能，其中秸秆效果优于树皮。最大温升出现在夏季（6月），而最大热损失抑制发生在冬季（1月）。这为开发低成本、可持续的太阳能储存系统提供了新思路，尤其适用于伊朗等光照充足地区。未来需通过实验验证材料长期稳定性，并优化其导热系数(<0.05 W/m·K)等关键参数。

这项工作的创新性在于首次系统评估生物基废弃物在SGSP中的应用潜力，将农业副产品转化为高附加值功能材料。不仅解决了约50%的池底热损失难题，还实现了"以废治废"的循环经济模式，对发展中国家推广太阳能技术具有重要示范意义。