1、引言
2.1季節(jié)性太陽能熱利用系統(tǒng)的組成
項目采用的季節(jié)性太陽能熱利用系統(tǒng)主要由太陽能集熱系統(tǒng)、跨季節(jié)蓄熱取熱系統(tǒng)、室內(nèi)散熱集熱系統(tǒng)、室內(nèi)設(shè)備運行智能控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集及遠(yuǎn)程監(jiān)控傳輸系統(tǒng)五部分組成。
2.2季節(jié)性太陽能熱利用系統(tǒng)的運行原理
冬季時，本項目設(shè)定旋鈕式開關(guān)啟動溫度為13℃，當(dāng)室內(nèi)溫度達(dá)到或低于13℃時，循環(huán)水泵及風(fēng)機盤管換熱器等設(shè)備自動開啟運行，將地下土壤中蓄存的熱量提取使用，通過風(fēng)機盤管換熱器散熱，給溫室內(nèi)供暖，滿足植物溫度要求，防止植物凍害。
試驗項目借用土壤源熱泵原理，充分利用設(shè)施農(nóng)業(yè)自身采光覆蓋材料的太陽能集熱和保溫特性，將溫室內(nèi)收集的太陽能熱量蓄存于附近的地下土壤，作為溫室具有供熱需求時的供熱熱源，實現(xiàn)設(shè)施農(nóng)業(yè)全年產(chǎn)生太陽能的季節(jié)性平衡綜合利用。使用最普通的廉價蓄熱材料蓄存免費的太陽能作為供暖熱源，可以最大化利用免費太陽能資源降低設(shè)施農(nóng)業(yè)的供熱費用，同時減少大氣污染，改善環(huán)境問題。
3、設(shè)施農(nóng)業(yè)室內(nèi)熱量收支平衡計算
由圖2可以看出：理論計算的最高溫度為59.89℃，平均溫度為44.33℃，實測棚內(nèi)最高溫度為56.5℃，平均溫度為46.1℃，該時間段內(nèi)的熱量總量相差不大，相對誤差為3.8%，理論計算的溫度值和實際暖棚內(nèi)測試數(shù)據(jù)的曲線趨勢基本吻合。由于溫室內(nèi)墻體有一定的蓄熱能力，對溫室內(nèi)的溫度變化存在一定的影響，各時刻的溫差變化存在差異，實際測試溫度變化相對于理論計算溫度存在滯后現(xiàn)象。所以利用理論公式計算溫室熱量收支是可行的，但計算各時刻的溫度變化還存在缺陷。
4、季節(jié)性太陽能熱利用系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析
現(xiàn)根據(jù)上述理論計算方法，以東黃垡的日光溫室為原型，塑料薄膜的透射率為0.91，采光時間為8:00~16:00，設(shè)計冬季室外溫度為0℃，將蓄熱期與采暖期內(nèi)的溫室產(chǎn)出熱量與需求熱量進(jìn)行估算對比，其對比表格如下：
4.2蓄熱期室內(nèi)溫度變化分析
圖3（a）為蓄熱季某一天內(nèi)普通棚內(nèi)溫度、安裝蓄熱系統(tǒng)棚內(nèi)溫度、室外環(huán)境溫度及理想溫度對比。由圖3（a）可知，安裝蓄熱設(shè)備后，棚內(nèi)溫度的變化趨勢依然與環(huán)境溫度變化趨勢相同，棚內(nèi)部溫度受室外環(huán)境溫度影響較大，沒有達(dá)到理想的溫度恒定的狀態(tài)。白天時，安裝季節(jié)性太陽能熱利用系統(tǒng)的暖棚內(nèi)溫度相較于普通棚內(nèi)溫度有明顯下降，溫差在10℃左右，且能夠使棚內(nèi)溫度低于外界環(huán)境溫度5℃左右，降溫效果明顯。但白天高溫時，安裝蓄熱系統(tǒng)棚內(nèi)溫度依然比理想溫度高，說明換熱器換熱不充分，棚內(nèi)安裝風(fēng)機盤管的數(shù)量及安裝位置不夠合理，具體的布置形式及安裝數(shù)量還有待改善。夜間，安裝蓄熱設(shè)備棚內(nèi)溫度變化存在滯后現(xiàn)象，棚內(nèi)溫度要高于室外環(huán)境溫度，溫差在2~4℃之間，主要是由于暖棚內(nèi)墻體及耕作層土壤的白天蓄熱、夜間放熱造成的溫升。另外由圖還可以看出，安裝設(shè)備后暖棚內(nèi)的溫度瞬時變化較小，曲線相對波動較少，說明季節(jié)性太陽能熱利用系統(tǒng)能夠減少溫度瞬時大幅度波動對植物造成的不利影響，對植物起到一定的保護(hù)作用。
圖3蓄熱季、采暖季某一日暖棚內(nèi)溫度變化曲線
圖4（c）為蓄熱季6月初至7月中旬連續(xù)一個半月時間內(nèi)正午12:00安裝蓄熱設(shè)備棚內(nèi)溫度與普通棚內(nèi)溫度對比。由圖4（c）可知季節(jié)性太陽能熱利用技術(shù)能夠?qū)厥移鸬胶芎玫慕禍匦Ч?，陰天時溫室內(nèi)的溫度高于30℃時較少，設(shè)備開啟時間短，有無設(shè)備室內(nèi)溫度基本一致。伴隨著系統(tǒng)的運行發(fā)現(xiàn)，有設(shè)備和無設(shè)備溫室內(nèi)的溫度差值呈現(xiàn)減小趨勢，說明夏季溫室內(nèi)降溫效果會隨著時間的增長而減弱，之所以會出現(xiàn)這種現(xiàn)象，主要是由于在蓄熱過程中，地下土壤的溫度也在不斷增高，水溫與土壤溫度的差值在減小，土壤蓄熱的難度不斷增大，室內(nèi)熱量的蓄存量減小，室內(nèi)溫度就會相對升高。
（1）該溫室內(nèi)的熱量收支計算方法是在穩(wěn)態(tài)基礎(chǔ)上建立的，而且沒有考慮溫室內(nèi)墻體及地面的非穩(wěn)態(tài)蓄熱及導(dǎo)熱對溫度的影響，因此以此理論計算室內(nèi)溫度存在實時性缺陷。
（3）蓄熱季及供暖季的室溫偏離理想溫度的程度較大，雖能起到良好的制冷和供熱效果，但受環(huán)境影響明顯。合理的選擇風(fēng)機盤管的數(shù)量，合理布置風(fēng)盤安裝位置，會使室內(nèi)降溫及供熱達(dá)到更加理想效果。
（5）本文中只采集了日光溫室內(nèi)一年的監(jiān)測數(shù)據(jù)，溫室內(nèi)的研究數(shù)據(jù)尚不夠完整，后續(xù)還會持續(xù)監(jiān)測，累積更多數(shù)據(jù)，進(jìn)而觀測出以后數(shù)年的棚內(nèi)溫度變化情況，以便為后續(xù)太陽能蓄熱技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。
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