1、引言
2.1季节性太阳能热利用系统的组成
项目采用的季节性太阳能热利用系统主要由太阳能集热系统、跨季节蓄热取热系统、室内散热集热系统、室内设备运行智能控制系统、数据采集及远程监控传输系统五部分组成。
2.2季节性太阳能热利用系统的运行原理
冬季时，本项目设定旋钮式开关启动温度为13℃，当室内温度达到或低于13℃时，循环水泵及风机盘管换热器等设备自动开启运行，将地下土壤中蓄存的热量提取使用，通过风机盘管换热器散热，给温室内供暖，满足植物温度要求，防止植物冻害。
试验项目借用土壤源热泵原理，充分利用设施农业自身采光覆盖材料的太阳能集热和保温特性，将温室内收集的太阳能热量蓄存于附近的地下土壤，作为温室具有供热需求时的供热热源，实现设施农业全年产生太阳能的季节性平衡综合利用。使用最普通的廉价蓄热材料蓄存免费的太阳能作为供暖热源，可以最大化利用免费太阳能资源降低设施农业的供热费用，同时减少大气污染，改善环境问题。
3、设施农业室内热量收支平衡计算
由图2可以看出：理论计算的最高温度为59.89℃，平均温度为44.33℃，实测棚内最高温度为56.5℃，平均温度为46.1℃，该时间段内的热量总量相差不大，相对误差为3.8%，理论计算的温度值和实际暖棚内测试数据的曲线趋势基本吻合。由于温室内墙体有一定的蓄热能力，对温室内的温度变化存在一定的影响，各时刻的温差变化存在差异，实际测试温度变化相对于理论计算温度存在滞后现象。所以利用理论公式计算温室热量收支是可行的，但计算各时刻的温度变化还存在缺陷。
4、季节性太阳能热利用系统数据分析
现根据上述理论计算方法，以东黄垡的日光温室为原型，塑料薄膜的透射率为0.91，采光时间为8:00~16:00，设计冬季室外温度为0℃，将蓄热期与采暖期内的温室产出热量与需求热量进行估算对比，其对比表格如下：
4.2蓄热期室内温度变化分析
图3（a）为蓄热季某一天内普通棚内温度、安装蓄热系统棚内温度、室外环境温度及理想温度对比。由图3（a）可知，安装蓄热设备后，棚内温度的变化趋势依然与环境温度变化趋势相同，棚内部温度受室外环境温度影响较大，没有达到理想的温度恒定的状态。白天时，安装季节性太阳能热利用系统的暖棚内温度相较于普通棚内温度有明显下降，温差在10℃左右，且能够使棚内温度低于外界环境温度5℃左右，降温效果明显。但白天高温时，安装蓄热系统棚内温度依然比理想温度高，说明换热器换热不充分，棚内安装风机盘管的数量及安装位置不够合理，具体的布置形式及安装数量还有待改善。夜间，安装蓄热设备棚内温度变化存在滞后现象，棚内温度要高于室外环境温度，温差在2~4℃之间，主要是由于暖棚内墙体及耕作层土壤的白天蓄热、夜间放热造成的温升。另外由图还可以看出，安装设备后暖棚内的温度瞬时变化较小，曲线相对波动较少，说明季节性太阳能热利用系统能够减少温度瞬时大幅度波动对植物造成的不利影响，对植物起到一定的保护作用。
图3蓄热季、采暖季某一日暖棚内温度变化曲线
图4（c）为蓄热季6月初至7月中旬连续一个半月时间内正午12:00安装蓄热设备棚内温度与普通棚内温度对比。由图4（c）可知季节性太阳能热利用技术能够对温室起到很好的降温效果，阴天时温室内的温度高于30℃时较少，设备开启时间短，有无设备室内温度基本一致。伴随着系统的运行发现，有设备和无设备温室内的温度差值呈现减小趋势，说明夏季温室内降温效果会随着时间的增长而减弱，之所以会出现这种现象，主要是由于在蓄热过程中，地下土壤的温度也在不断增高，水温与土壤温度的差值在减小，土壤蓄热的难度不断增大，室内热量的蓄存量减小，室内温度就会相对升高。
（1）该温室内的热量收支计算方法是在稳态基础上建立的，而且没有考虑温室内墙体及地面的非稳态蓄热及导热对温度的影响，因此以此理论计算室内温度存在实时性缺陷。
（3）蓄热季及供暖季的室温偏离理想温度的程度较大，虽能起到良好的制冷和供热效果，但受环境影响明显。合理的选择风机盘管的数量，合理布置风盘安装位置，会使室内降温及供热达到更加理想效果。
（5）本文中只采集了日光温室内一年的监测数据，温室内的研究数据尚不够完整，后续还会持续监测，累积更多数据，进而观测出以后数年的棚内温度变化情况，以便为后续太阳能蓄热技术在设施农业中的应用提供数据支持。
参考文献
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