严寒地区日光温室主动太阳能供暖系统研究硕士学位论文.doc

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1、东北石油大学硕士研究生学位论文 论文题目： 严寒地区日光温室主动太阳能供暖系统研究 学科专业： 供热、供燃气、通风及空调 Thesis for The Master Degree in EngineeringResearch on the Active Solar Heating System of Greenhouse in Intense Cold AreaCandidate: YuXuejiangTutor: Liu XiaoyanSpecialty: Heating Ventilating & Air ConditioningDate of oral examination: 25th

2、 Mar. 2011University: Northeast Petroleum University学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可

3、以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日学位论文独创性声明本人所呈交的学位论文是我在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 学位论文使用授权声明本人完全了解东北石油大学有关保留、使用学位论文的规定。学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子

4、版和纸质版，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，可以公布论文的全部或部分内容。东北石油大学有权将本人的学位论文加入中国优秀硕士学位论文全文数据库、中国博士学位论文全文数据库和编入中国知识资源总库。保密的学位论文在解密后适用本规定。学位论文作者签名： 导师签名： 日期： 日期：严寒地区日光温室主动太阳能供暖系统研究摘 要本文对严寒地区的日光温室进行了深入的调研。以大庆地区为例，分析了严寒地区日光温室夜间低温对作物的影响及其原因。在此基础上，设计了一套主动太阳能供暖系统，该系统分为三个主要部分：集热部分、储热部分和采暖部分。可以使日光温室夜间温度及地温有所提

5、高，在保证日光温室内作物能够安全过冬的同时，增加作物的产出量。本文的主要工作如下：1. 对几种储热方式进行了分析，选择水作为存储介质的显热储存。通过对温室进行传热分析，确定温室在采暖季节各时间段的热负荷，在此基础上确定温室中储水箱的规格及其保温结构。2. 结合大庆地区的地理位置和日照特点，提出了一种半固定式可调节太阳能集热器设置方式。可以根据不同月份太阳光线照射角度的变化，通过对集热器倾角进行调节，使集热器能够长期保持较高的集热效率。采用半固定式可调节集热器可使集热器的集热效率提高8.3%，为日光温室夜间采暖收集了更多的热量。根据温室夜间需热量，推算出应布置的集热器面积。3. 采暖部分的设计选

6、用的是靠近地面迂回铺设的加热盘管，在提高温室温度的同时，也可以维持土壤温度。通过对不同加热管线铺设方式下的温室环境进行模拟，确定了管线长度、距地面高度及管线间的距离。同时，本文模拟了温室在几种不同条件下的温度场，对加设主动太阳能供暖系统的合理性进行了分析，主动太阳能供暖系统可以将夜间温室温度提高3-5，为作物提供了一个安全的生长环境。4. 对该主动太阳能供暖系统应用于日光温室进行了效益分析。该系统的运行为作物生长提供了适宜的温度，与燃烧煤炭等采暖方式相比每年可节约费用约800元，减少了一氧化碳、二氧化硫等有害气体及杂质的排放。关键词：日光温室；太阳能；集热系统；储热；数值模拟 Research

7、 on the Active Solar Heating System of Greenhouse in Intense Cold AreaABSTRACTIn this paper, the in-depth research about greenhouse in cold region is conducted. DaQing area as an example, analysise the influence and couses of low temperature at night in cold area greenhouse on crop. On this basis, w

8、e designed a set of active solar heating system, which could increase the night temperature and ground temperature in the night, protect the crop through the winter safely and increase the productivity. The main works as follow:1. Several ways of thermal storage is analysised, we choose water as the

9、 media of storage. Analysis of heat transfer on the greenhouse, we calculate the heat load of greenhouse in the heating season, and determine specifications and insulation of the tank.2. According to characteristics of location and sunshine in DaQing area, Semi-fixed adjustable collector system is p

10、ropossed. Exposed to light of the sun angle changes, and through the Collector angle adjustment, the system can maitain a high collection efficiency. Adjustable semi-fixed system to the collector can increase by 8.3%, heating for the greenhouse at night to collect more heat.3. The design of heating

11、part is the heating coil which winding setted near the ground. It can improve the temperature of greenhouse, but also to maintain the soil. Through simulate the heating environment of the greenhouse in different way of pipelines laying, determine the height between the pipeline to the grouand and th

12、e distance between the pipeline to the other. Meanwhile, the paper simulates the temperature field of greenhouse in several different conditions, and analyzed the reasonable of the active solar heating system, inference that the temperature of the greenhouse increase 3-5, provide a safe environment

13、for crops.4. This paper analyzed the benefit of the active solar heating system which used in the greenhouse. The operation of the system provide a suitable temperatrure for crops, and compare with other heating costs which burning of coal can save 800 yuan every year, reduce emissiongs of CO SO2 an

14、d other harmful gases.Key words: Greenhouse; solar; collector system; thermal storage; numerical simulation创新点摘要本文主要研究的是太阳能热利用技术在日光温室中的应用，创新点如下：1将集热器设置为半固定式，在不同季节阳光照射角度改变时，通过改变集热器倾角使其保持较高的工作效率，以大庆地区为例，与固定式设置方式相比，该设置方式集热效率可提高8.3%；2针对严寒地区温室夜间低温现象，设计适合严寒地区夜间运行的主动太阳能供暖系统，通过计算及数值模拟确定加热管线的铺设方式，并对加设主动太阳能供暖

15、系统的温室温度场进行模拟。结果表明：加设主动太阳能供暖系统的温室夜间温度有所提高，满足作物生长的最低温度。目 录学位论文独创性声明I学位论文使用授权声明I摘 要IIABSTRACTIII创新点摘要IV绪 论10.1日光温室的研究背景10.2研究的目的及意义20.3国内外研究现状30.3.1国外日光温室的研究现状30.3.2国内日光温室的研究现状40.3.3集热器的研究现状60.4本文的主要研究内容6第一章 严寒地区日光温室类型及供暖系统设计思想81.1 严寒地区的分布及气候特点81.2 常见的日光温室类型及特点101.3 倾斜式日光温室建造方法121.3.1温室参数的确定121.3.2现场调研

16、与验证121.4 严寒地区夜间低温对日光温室内作物的影响151.5 主动太阳能供暖系统的设计思想151.6 本章小结16第二章 日光温室传热分析及储热部分设计182.1日光温室传热分析182.1.1得热过程分析192.1.2 失热过程分析202.1.3夜间散热情况分析222.2储热部分分析及设计232.2.1几种热储存方式的介绍242.2.2储水箱补热工作时间262.2.3 储水箱能量平衡262.2.4 储水箱参数确定272.2.5 储水箱保温结构设计与散热损失272.3 本章小结31第三章 主动太阳能供暖系统集热部分研究323.1 集热器倾角的计算方法323.2大庆地区的气候特征333.3最

17、佳集热倾角分析333.4半固定可调节集热器的设置及集热效率分析353.4.1半固定可调节集热器的设置353.4.2集热效率分析363.5集热器的选型及防冻措施383.6集热器的连接方法413.7 集热器位置的选择423.8 本章小结43第四章 采暖部分设计及日光温室温度场模拟444.1温室大棚温度场的模拟及分析444.1.1 温室大棚物理模型的建立444.1.2 温室模拟数学模型的建立454.1.3 gambit网格划分464.1.4 建立求解模型474.1.5 物性参数及边界条件的确定474.1.6 模拟求解及结果分析484.2 温室中采暖部分的设计494.2.1 加热管线长度确定494.2

18、.2 加热盘管高度及间距的确定514.2.3 采暖管线的铺设方式534.3 加设主动太阳能供暖系统的温室夜间温度场模拟544.4日光温室主动太阳能供暖系统效益分析564.4.1 经济效益564.4.2 社会效益574.4.3 环境效益574.5本章小结57结 论58参考文献59发表文章目录63致 谢64绪 论0.1日光温室的研究背景日光温室属于设施农业1的一种。设施农业是一个综合概念，不仅要有一个配套的技术体系做支撑，还必须能产生效益。它是个新的生产技术体系，核心设施就是环境安全型温室、环境安全型畜禽舍、环境安全型菇房等。设施农业主要包括设施园艺和设施养殖两大部分。日光温室属于设施农业中的设施

19、园艺。日光温室建立的目的，是在气温低的情况下露天种植作物无法正常生长的时候，通过建立一些人工设施，为作物提供反季节生长的环境。我国早在2200年前就有相关的研究，有记载：“密种瓜于骊山陵谷中温处，瓜实成，诏博士诸生说之” 。“太官园种冬生葱韭菜茹，覆以屋庑，昼夜燃蕴火，待温气乃升，信臣以为此皆不时之物”。这些蔬菜栽培的方法开创了温室栽培的先河。而后仍有温室技术不断更新发展，依靠地形、地理、气候等有利因素进行温室蔬菜瓜果的培育，这些记载为后来温室技术的发展提供了宝贵的生产经验，是古人智慧的结晶，充分显示了中国古代劳动人民的无穷力量和智慧。随着高分子聚合物聚氯乙烯、聚乙烯的产生，塑料薄膜广泛应用于

20、农业。20世纪50年代初期，日本及欧美2国家应用薄膜覆盖温床获得成功，随后又有覆盖小棚及温室也获得良好效果。这时，我国借鉴了国外的成功经验，1955年秋天在北京3率先使用聚氯乙烯农用薄膜覆盖小棚种植蔬菜，获得了早熟增产的效果。1957年由北京向天津、沈阳及东北4一些地区推广使用，1958年我国自行研制出了聚乙烯塑料薄膜，使小棚蔬菜得到了广泛生产。60年代中期5小棚已定形为拱形，高1米左右，宽1.5-2.0米，故称为小拱棚。这时的小棚还不适合在严寒地区使用，而且小拱棚的耐压能力差，不禁风雪。经多次改进优化终于创造了高2m左右，宽15m，占地为1亩的拱形大棚，1970年开始向北方各地推广。之后为了

21、提高大棚性能又经过一系列的改良，温室大棚在上世纪80年代成为了冬季维持农作物生产的主要设施。当各种各样的温室大棚在不同地区建立起来之后，夏季的果蔬摆到了冬季的餐桌上，人们在严寒的冬季也可以品尝绿色的水果蔬菜。这给人们带来味口上愉悦的同时，也让人们的生活水平得到了很大的提高，建设蔬菜大棚的农户也因此获得了较为可观的经济效益。这时，如何提高温室大棚作物的产出量、延长温室大棚的种植周期、提高温室作物的质量，成为了科研者和温室作物种植者关心的课题。虽然温室大棚中都采用了优质的建设材料、正规的管理办法和先进的种植设备，但其中仍然存在诸多制约温室中植物生长的因素。因此，科技工作者们正在不断地对大棚的相关技

22、术等问题进行研究，以便进一步提高温室性能。0.2研究的目的及意义日光温室是一种高投入高产出的行业。通过在寒冷季节人工为作物建造适宜的生长环境，实现在寒冷季节种植农作物这一目标。日光温室本身是一个被动式的太阳能房，最明显的特点是可以依靠自身结构吸收太阳辐射能量，提高温室的温度，不加热或者只需少加热便可使农作物在寒冷的冬季生长。所以日光温室从20世纪30年代在我国应用以来一直备受人们的关注，经过诸多学者研究和改良后得到了长足的发展。由于我国对日光温室的研究比起国外起步较晚，且技术相对落后，因此在建设上投资较大，带来的效益却较低。而且我国是人口大国，耕地面积相对较少，我国是用占世界百分之七的耕地在为

23、占世界百分之二十三的人口提供所需要的粮食，因此可用于建造大棚的土地也是有限的。为了在有限的土地资源中得到最大限度的利益，就必须提高土地的利用效率，提高既有温室的能力。北方寒冷、严寒地区冬季单纯依靠被动式温室自身结构吸收的日照量，有时不能满足温室中作物所需温度，夜间作物在很长时间内处于停止生长的状态，甚至存在冻伤或冻死的危险。为了提高温室的温度，一些农户采用炉火加热的方法。这种方法存在几方面的缺点：费用高，不能持续加热；燃烧煤炭，浪费不可再生资源，污染环境；只能提高室内的气温，地温不易提高。目前，日光温室在严寒地区的建设较为普遍，很多人看到了日光温室为其带来的经济效益，纷纷投资建造日光温室，在严

24、寒地区很多地方都建造了日光温室培育站。严寒地区日光温室的温度环境是影响植物生长的关键因素之一。很多温室培育者采用不同的方法，在严冬时候使日光温室的室内温度提高。其中包括：点火加热每60m100m设一个沼气炉，通入沼气，并点燃使设施增温；炉火加热在温室内建造火炉，通过燃烧煤、木柴、碳等对温室进行加温；太阳能加热是通过将太阳能转换成热能，为温室提供热量。在采用这些办法来提高温室温度的过程中，利用太阳能为温室加热一般采用的办法为即取即用型，在白天太阳辐照量充足时，充分利用太阳能转换成热能为温室提供热量，使白天温室内的温度升高，满足植物生长的需求。而到了夜间，没有日光照射后，温室内温度散失很快，在遇到

25、寒流或特殊的寒冷天气时仍需要炉火或点火加热。但依靠炉火或点火加热却存在以下问题：燃烧煤炭会带来巨大的环境压力，排放出大量的有害气体和杂质对环境造成污染；消耗掉的煤炭的成本最后将加到产出的蔬菜中，增加了蔬菜的价格，降低了市场竞争力；不易提高土壤温度，不能从根本上解决温室夜间低温造成植物冻伤等问题，也不能真正达到增产的目的。本文借鉴国内外专家对日光温室的研究成果，对严寒地区日光温室中存在的问题进行分析。将提出一种主动的太阳能集热储热采暖设施与被动的温室相结合的夜间温室供暖系统，利用主动太阳能供暖系统在冬季夜间为日光温室提供所需的热量。主要针对温室夜间温度过低，使植株停止生长或者冻伤、冻死植株等问题

26、进行设计，让温室夜间最低温度高于植物生长所需的最低温度，保证植物的成活率，为种植者带来更高的经济效益。另一方面取代了煤炭，利用清洁的太阳能作为供暖的能源，一次性初投资以后，不必增加其他额外费用，节省能源投资的同时也减少温室气体及有害粉尘的排放，为环境保护做出贡献，有很大的社会效益。0.3国内外研究现状 日光温室的建立为农民提供了冬季作物种植场所。在露天条件作物不能生长的情况下，日光温室中的温度仍可维持作物生长，培育了反季节作物，带来了可观的经济效益。因此国内外学者对温室结构、设施、选材等方方面面进行了优化改良，使得日光温室在70多年来得到了飞速的发展。0.3.1国外日光温室的研究现状国外温室栽

27、培技术起源于罗马，早在公元前3年，罗马哲学家塞内卡就采用云母片做覆盖物建造温室，生产了早熟的黄瓜。在20世纪初期6，国外开始正式地、系统地研究蔬菜大棚。从早期的以延长植物生长时间为目的的塑料大棚，经历了普通温室和现代温室两个阶段，发展成为了走向工业化的植物工厂。现在已经实现了全封闭、智能化的全天候生产，使植物生长不再完全依赖季节的变迁。国外一些发达的国家，如荷兰、日本、以色列、美国、加拿大等，政府十分关注设施农业的发展，提供诸多良好政策使其健康发展。20世纪70年代，国外设施农业发达的国家在温室环境配套工程技术方面进行了大量研究，并取得了可喜的成就7。荷兰等欧美国家兴建大规模的温室基地，并依靠

28、智能手段控制温室内的光、水、气、肥料等要素的用量，实现了智能化控制。以色列建立了一些现代温室，可以依据作物在不同时间、不同生长阶段对温度、湿度、光照等因素的需求不同，进行自动调控，使温室环境达到最适合植物生长的状态8，使全天候生产成为现实。美国、日本等国还推出了代表当今世界最先进水平的全封闭式生产体系，即应用人工补充光照，采用网络通讯技术和视频技术进行温室环境的远程控制与诊断，由机械人或机械手进行移栽作业的“植物工厂”，大大提高了劳动生产率和产品产出率9-13。除了利用先进的技术设备来实现智能化的温室外，国外一些专家学者还提出了许多适合当地条件的温室优化理论，节约了大量的能源。结构上，国外的研

29、究重点放在了覆盖材料上面。自从20世纪30年代的聚乙烯塑料薄膜问世以来，很长时间里都是温室覆盖物的首选材料。后来为了加强温室的保温效果，有人研究出了一种蜂窝状的塑料薄膜，六边形的蜂窝结构，加强了温室覆盖面的保温能力，但降低了透光性能。为了兼顾二者，随后日本学者提出了双薄膜的理论14。在朝阳面覆盖双侧塑料薄膜，两层薄膜中间的间距为10cm，夜间通过风机向夹层中填充泡沫御寒，白天再将泡沫抽出接受日照。美国、法国的一些严寒地区采用玻璃做为朝阳面的覆盖物。意大利和西班牙南部地中海沿岸温室结构设计比较精巧，采用厚度为1.238-2.08mm的聚乙烯膜或醋酸乙酰膜15。日本近年来还发展了用于高温季节种植蔬

30、菜的薄膜天棚16。国外温室的覆盖材料都有高适光、保温性好、防尘、无滴、抗老化、使用期长等特点。近年来日本、美国开发出的功能膜具有光谱选择、降温、杀菌、防虫等特性。国外的现代温室产业主要有四个发展趋势：温室向大型化发展、栽培产品向多样化发展、温室产业向节能化发展、温室产品向特色化发展17。除了的对被动式温室自身结构的研究之外，主动式日光温室的研究最典型的是1976年由日本的山本雄二郎提出的地中热交换系统18。该系统是用温室内空气和土壤进行热交换的一种增温系统，在增加夜间温室大棚温度同时也可以增加地温。其基本原理：在温室内土壤表层以下50-140cm深处埋设1-3排通风管道，管道两端与空气相通，用

31、风机强制使室内空气通过地下管道循环。白天，由于太阳照射，空气的热容量较小，棚内空气升温较快，空气温度高于地下土壤温度，在中午的时候利用风机将温度较高的热空气通过地下管道散热给土壤，从而将热量贮存到土壤中，夜间温室内空气降温较快，此时土壤温度高于棚内的空气温度，利用风机把土壤中储备的热量放回温室进行补充加温。而后，1979年在日本静冈柑桔试验场，试造了新的地下蓄热式太阳能塑料温室，可使夜间室温提高1-3 19。1980年，日本又在温室内研制出一种放置在温室内的蓄热水槽，利用水槽放热来提高室温。与此同时，美国、法国等国家也广泛将地下热交换系统应用于温室、畜禽舍等室内环境的调控20。Santamou

32、ris21等分析了地中热交换系统中的各种参数，如管径、管长和埋藏深度等，得出冬季提高温室内空气温度的几种方法：增加地下埋管的长度；减小管径及管内的空气流速。Bouhjar22等对岩石床储存太阳能的方法进行了研究，并通过对岩石床的进出口空气温度和太阳辐射强度等参数的研究，分析了对系统效率的影响。Ahmet23等人的研究为岩石床贮热系统用于温室加温的可行性提供了重要的依据。同时也有与之相悖的论点，如Kurata24与Takakura25，认为地中热交换系统并不能有效实现太阳能的地下跨季节贮存。还有些学者研究了其他散热手段。如法国学者26利用太阳能加热棚内的黑色聚氯乙烯薄膜制成的袋装热水被，热水被吸

33、收太阳能辐射后升温，再覆盖在土壤上，使土壤升温。Both27等人，利用热水作为传热介质，在末端通过散热器对温室进行加热。2004年，Bargach28等人通过对涂有选择性吸收涂层的平板型集热器放置于温室内对温室加热的情况进行研究，发现此方法可使温室中的空气温度比平均温度高5。Tadili29将有选择性吸收太阳能的平板集热器为种植草莓的温室进行加热，试验结果验证了Bargach的结论。Hussaini30利用可以吸收太阳能的太阳池为温室加热，并给出理论分析。通过这套装置为温室加温，系统节能性非常好，可以节省大量的热能。0.3.2国内日光温室的研究现状国内温室大棚的研究起步比较晚，而且由于技术落后

34、、环境差异、能源缺乏等问题温室的建造不能完全照搬国外的模式。我国温室技术兴起于20世纪30年代，以“一坡一立式”大棚31为典型代表，这种大棚高度低、空间小，只能种植矮小的作物；经改进，50年代发展为“鞍山日光温室”32 ，使较高大的植物也移到了温室中种植；60年代，由于塑料薄膜的普遍应用，圆拱形温室得到了推广；80年代，开始对温室结构等进行系统研究，并利用计算机模拟优化了采光结构。通过对几种典型的日光温室模拟分析，发现不同结构的温室获得最多采光量与最少采光量相差41.4%33。使日光温室逐步走向产业化。我国的温室产业也同样经历了从单一模式发展到综合模式的过程，从单一被动式温室不断更新发展成为综

35、合性能更强的主动式温室。被动式温室的研究过程中，覆盖薄膜是研究的重点之一，它的优劣影响着温室透光性能和保温性能的好坏，为此许多学者在这方面做了大量的研究工作。60年代塑料薄膜在我国温室行业中普遍应用以来，诸多学者对其性能进行了深入的研究。齐刚34等人对一种蜂窝塑膜进行了测试，它是一种新型温室覆盖材料，研究发现其保温性能可以提高30%以上，但是透光率损失了10%左右。为了兼顾透光与保温性能，另外一些研究者研制出一些品质更好的薄膜如EVA、PVA等，这些薄膜兼顾了透光与保温两项能力，在透光性较好的情况下加强保温能力。潘强等人35通过对比单层塑料温室和双层充气塑料温室的节能效果，指出双层充气温室在我

36、国的适宜发展地域，并对其应用及节能前景进行了分析和探讨。也有一些学者在朝阳面的覆盖物上做文章，分析研究了温室采用多重覆盖的方法，增强了温室的保温性能，取得了较好的成果。如倪金卫等36，通过试验，对不同的日照长度条件下的室内外最低温度进行对比测试，并对滇中地区单栋双层非充气薄膜温室的保温效果进行分析，指出了非充气双层薄膜温室在低纬度地区有较好的经济性和适用性。李萍萍等37通过研究棚内冬季的温度动态变化规律，得出结论，每增加一层覆盖物，都可以提高夜间温度12。傅莉霞38在此基础上对塑料大棚多层覆盖、双层大棚内加小拱棚和双层大棚内加地膜等三种覆盖形式的种植环境进行系统的试验研究，得出双层大棚综合性能

37、最好且塑料大棚的覆盖层数一般不宜超过三层的结论。由于温室大棚是在天气转冷后，为使植物正常生长而建造的，是为植物提供温暖环境的场所，因此提高温室的温度是研究者需要重点解决的任务之一。许多研究者在此方面也做出了大量的研究工作。熊培桂等人39在青藏高原的太阳能蔬菜温室中设置太阳能集热贮热系统，可使室内最高气温比室外高23，室内平均最低气温比室外高17.5，室内外各层平均地温差为13.6-18，具有明显的增温效果。党建国40等人在广西西宁市的温室进行了地下蓄集太阳能的效果研究，提出了太阳能集热器面积与温室净面积的比例以1:5为宜，且应提早进行蓄热，从夏季开始蓄热可使深层地温最高达25以上的建议。陈仲华

38、41在引进以色列大棚的“滇中现代化农业示范基地”进行了主动式太阳能温室增温试验，增温效果明显，满足了一般喜温作物的生长要求。刘圣勇42等进行了用太阳能地下蓄热系统和用煤火炉进行地上加热采暖及不用任何加温措施的三个面积相等的温室的对比试验研究，得出以下结论：太阳能地下蓄热系统采暖温室的地温比未加温温室地温平均提高5.2，产量提高30%以上，采用该系统有较好的经济效益和环境效益。李德坚43等采用全玻璃真空管集热器给大型四连栋蔬菜温室冬季供暖进行了试验研究，试验结果表明，使用该系统在环境温度为-4时仍可使温室维持室温，无需燃油炉供暖。江苏大学的左然教授44通过对地中换热的温室大棚进行改进，研制了一种

39、新型的主动式太阳能空气集热土壤蓄热的增温系统。该系统以空气作为载热介质，以土壤作为蓄热场所，加设主动太阳能吸收装置，在提高温室空气温度的同时也能提高土壤温度，给植物生长创造了更优秀的环境。北京英豪阳光太阳能工业有限公司对温室大棚利用太阳能地下蓄热系统45进行了试验测试和分析研究，发现安装太阳能集热模块的地下蓄热增温系统，可以使地温提高2-3。哈尔滨工业大学的谭羽非教授46等人，利用CFD软件模拟了供热系统不同布置条件下温室大棚的温度场，并对不同模型进行比较，验证了供热装置应靠墙布置的必要性。国内外学者做出的大量研究是太阳能温室产业发展的基石，为今后学者继续研究提供了基础。0.3.3集热器的研究

40、现状国外学者AManes和AIanetz47早在1983年根据各种倾角、坡面对集热器集热能力的影响，提出了一种最佳倾角的计算方法；国内一些学者也根据当地的日照特点给出了一些地区的最优倾角。唐润生等人在1988年根据KRohapatbebt提出的倾斜面上辐射量计算公式，对全国一些主要地区的月、年使用的集热器倾角进行了计算48；祝昌汉49 50分别给出了散射辐射和直射辐射的计算方法；张鹤飞教授借鉴了他们的研究成果，给出了较系统的集热器倾角计算方法51。近年来研究人员仍对集热器倾角的选择进行不懈的研究，昆明有学者将平板集热器与建筑物屋顶（人字形屋顶）结合52，给出了当地最优倾角；乌鲁木齐、拉萨53

41、54等地也都有学者给出了适合当地的集热器最佳倾角；赵树兴结合年气象资料，计算分析了太阳能集热器的最佳倾角和最佳安装方位角55。目前的研究都应用在固定式集热器中，当集热器固定后无法使任何阶段都达到最优。为此有学者提出了集热器自动跟踪阳光的理论，郑小年等人设计了一种太阳能集热器跟踪台56，可随太阳光线的变化自动跟踪阳光，使太阳入射角一直保持在0。这种方式可以在任何时间都能高效地收集太阳能，但存在电能消耗大、技术要求高、易出故障等问题。而且太阳入射角控制在5范围内，其收集太阳能的效率不会相差很大。0.4本文的主要研究内容1通过对温室大棚进行传热分析，确定严寒地区夜间温室的热负荷。根据温室夜间需求的热量，合理设计太阳能主动供暖系统中的储热部分。在白天阳光充足的情况下收集太阳能并将其转换成热能储存，夜