周正　王藝森　楊靜　李芼寰

摘要：摸索出基于最大化捕獲太陽(yáng)能并提高能源利用率為核心的節(jié)能日光溫室設(shè)計(jì)的方法，為寒區(qū)作物的生長(zhǎng)提供適宜的生長(zhǎng)環(huán)境并起到積極的作用。本文就當(dāng)前我國(guó)北方寒區(qū)節(jié)能日光溫室的發(fā)展現(xiàn)狀，和依據(jù)太陽(yáng)能輻射計(jì)算公式、泥土傳熱理論、泥土溫度的計(jì)算等計(jì)算方法綜合的理論研究，并進(jìn)行了設(shè)計(jì)、建設(shè)與測(cè)試等的過(guò)程和方法。針對(duì)寒區(qū)日光溫室創(chuàng)建了適用的地埋管傳熱模型、線熱源理論。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能;日光溫室;太陽(yáng)能

一、研究背景：

日光溫室是我國(guó)重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)性建筑之一，而且是我國(guó)特有的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)施。我國(guó)在溫室土壤蓄熱研究方面，就有著眾多的學(xué)術(shù)成果。本文就在擁有大量前任的理論和實(shí)踐以及研究出的豐富埋管蓄熱類(lèi)型的理論基礎(chǔ)上，研究出了適用于我國(guó)北方寒區(qū)的日光溫室蓄熱設(shè)計(jì)。

本項(xiàng)目研究的溫室適用于冬季寒冷、但光照充實(shí)的地區(qū)，幫助此地區(qū)的人們進(jìn)行反季節(jié)菜蔬、花草和瓜果的生產(chǎn)。然而我國(guó)溫室設(shè)計(jì)中普遍存在的溫室設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)不足導(dǎo)致的不同區(qū)域溫室建造的雷同性，造成了我國(guó)日光溫室普遍的的熱、光環(huán)境質(zhì)量相對(duì)較差;這些問(wèn)題都導(dǎo)致了我國(guó)日光溫室整體的質(zhì)量相較國(guó)外的日光溫室質(zhì)量低下。在這種情況下本研究創(chuàng)建了基于合理的獲取太陽(yáng)能熱量的平衡以及泥土蓄放熱能量守恒為核心的研究方法、提出了太陽(yáng)能土壤蓄熱溫室設(shè)計(jì)的方向和理論。

二、研究?jī)?nèi)容

主要為模擬、數(shù)值計(jì)算、結(jié)果討論分析和國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)考察等，研討本文寒區(qū)土壤溫室蓄熱。本文著重分析太陽(yáng)輻射能和土壤傳熱理論。在此基礎(chǔ)上研究溫室內(nèi)的光熱環(huán)境變化，掌握溫室內(nèi)光熱環(huán)境變化規(guī)律，建立了合理的溫室采光、保溫和埋管蓄熱理論，形成能夠合理指導(dǎo)溫室設(shè)計(jì)的理論方法。

（一）土壤傳熱理論

太陽(yáng)能土壤源熱泵能否被推廣應(yīng)用開(kāi)來(lái)，一方面在于經(jīng)濟(jì)成本的問(wèn)題，另一方面在于系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的合理性、可行性和節(jié)能性。因此要想更加準(zhǔn)確地計(jì)算出土壤的蓄熱量和蓄熱功率等數(shù)據(jù)，就要不斷完善的埋管換熱器的傳熱模型。

（二）線熱源理論

線熱源理論核心是將地下埋管換熱器模型簡(jiǎn)化成以地埋管為軸心的恒定內(nèi)熱源，并以該軸為中心創(chuàng)建出呈輻射狀向四面?zhèn)鳠岬膫鳠崮Ｐ?，如圖。采用該傳熱模型理論要對(duì)其進(jìn)行以下簡(jiǎn)化：

1.土壤初始溫度相同;

2.地下土壤是無(wú)限大傳熱介質(zhì);

3.土壤熱物性各項(xiàng)同性，且固定不變;

4.管長(zhǎng)方向的傳熱不予考慮;

5.忽略鉆孔的幾何尺寸。

6.忽略土壤熱濕遷移。

在進(jìn)行以上簡(jiǎn)化的同時(shí)，還要保證回填土壤的密實(shí)性，保證回填材料與鉆孔壁接觸良好，由此采用線熱源模型進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果相對(duì)誤差較小。

三、結(jié)語(yǔ)

本研究采用試驗(yàn)、模擬和數(shù)值計(jì)算等方法，探討溫室內(nèi)的光熱環(huán)境變化，在此基礎(chǔ)上掌握了溫室內(nèi)光熱環(huán)境變化規(guī)律，建立了合理的溫室采光、保溫和埋管蓄熱理論，形成了能夠合理指導(dǎo)溫室設(shè)計(jì)的理論方法。研究過(guò)程中我們用列舉“優(yōu)勢(shì)和待解決”的方法總結(jié)問(wèn)題，并總結(jié)出應(yīng)對(duì)這些待解決問(wèn)題的方法并加以嘗試。

最后我們總結(jié)出溫室內(nèi)的結(jié)構(gòu)決定著溫室內(nèi)的基本環(huán)境，一個(gè)適合本地區(qū)的溫室結(jié)構(gòu)是非常重要的;而環(huán)境是作物生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算模擬等操作，將設(shè)計(jì)、監(jiān)控、預(yù)報(bào)和管理等有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，建立更加高效的數(shù)字化、智能化溫室農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳培強(qiáng).嚴(yán)寒地區(qū)小型太陽(yáng)能土壤源熱泵系統(tǒng)的耦合特性研究[D].哈爾濱商業(yè)大學(xué)，2020.

（長(zhǎng)春工程學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目：寒區(qū)土壤蓄熱研究，項(xiàng)目編號(hào)：S202111437077）