劉文合　蓋世臣　曲玉

摘要：太陽(yáng)能資源具有其他能源所無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，關(guān)于太陽(yáng)能，有科學(xué)家做過(guò)估算，其壽命還有大約34億年的壽命，因此，可以說(shuō)太陽(yáng)能是取之不盡、用之不竭的資源。而我國(guó)又具有豐富的太陽(yáng)能資源，具有很好的開(kāi)發(fā)條件和應(yīng)用價(jià)值。文章結(jié)合筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)太陽(yáng)能輔助加溫系統(tǒng)在日光溫室的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了整理和總結(jié)，希望在今后的應(yīng)用過(guò)程中能夠?qū)Τ霈F(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)和完善。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；輔助加溫系統(tǒng)；日光溫室；光熱轉(zhuǎn)換；光伏發(fā)電 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：S625 文章編號(hào)：1009-2374（2015）03-0063-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0223

我國(guó)是太陽(yáng)能資源使用最多的國(guó)家，具有非常豐富的太陽(yáng)能資源，即便是在太陽(yáng)能相對(duì)較弱的區(qū)域，其年輻射總量也和東京相差無(wú)幾，甚至高于倫敦和漢堡這些利用太陽(yáng)能較多的城市，在我國(guó)，有2/3的國(guó)土面積每年的日照時(shí)間都在2200小時(shí)以上，每年的輻射總量大約在3340～8360MJ/平方米，相當(dāng)于110～250kg標(biāo)準(zhǔn)煤/平方米。

1 日光溫室的定義

日光溫室又叫做暖棚，全稱節(jié)能日光溫室，是我國(guó)北方地區(qū)獨(dú)有的一種溫室類型。是一種室內(nèi)的、無(wú)需任何加熱措施的溫室，簡(jiǎn)單說(shuō)即指，在最寒冷的季節(jié)，依賴太陽(yáng)光達(dá)到并維持室內(nèi)一定的溫度，來(lái)滿足蔬菜作物的生長(zhǎng)需求。該溫室以輕質(zhì)保溫材料作墻體圍護(hù)，采用輕型無(wú)柱裝配式桁架，新型復(fù)合保溫被作覆蓋，實(shí)現(xiàn)了保溫被的整體卷放。它具有采光合理、保溫性能好、室內(nèi)作業(yè)方便、易于機(jī)械化作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，是一種投資少、能耗低、見(jiàn)效快的設(shè)施。本文研究的日光溫室以水作為載熱和蓄熱介質(zhì)，白天利用太陽(yáng)能集熱器加熱水，熱水經(jīng)管道儲(chǔ)存到保溫水箱內(nèi)，夜間經(jīng)由管道將保溫水箱內(nèi)的熱水循環(huán)至地下管道，直接對(duì)溫室內(nèi)土壤進(jìn)行加熱，以提高溫室內(nèi)溫度。

2 太陽(yáng)能資源的特點(diǎn)

太陽(yáng)能資源具有其他能源所無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，它具有無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)污染、可再生、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，分布廣泛，無(wú)貧富之分，關(guān)于太陽(yáng)能，有科學(xué)家做過(guò)估算，其壽命還有大約34億年的壽命，因此，可以說(shuō)太陽(yáng)能是取之不盡、用之不竭的資源。而我國(guó)又具有豐富的太陽(yáng)能資源，如我國(guó)全年太陽(yáng)能的輻射總量的1%轉(zhuǎn)為可利用資源，即可滿足我國(guó)全部的能源需求。尤其是我國(guó)的西部、北部和中南部，都具有很好的開(kāi)發(fā)條件和應(yīng)用價(jià)值。所以，光熱轉(zhuǎn)換不但市場(chǎng)廣闊，而且是解決我國(guó)礦物能源短缺最有希望、最可行的途徑。就目前來(lái)說(shuō)，人類直接利用太陽(yáng)能還處于初級(jí)階段，主要有太陽(yáng)能集熱、太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)、太陽(yáng)能暖房、太陽(yáng)能發(fā)電、太陽(yáng)能無(wú)線監(jiān)控等方式。

3 太陽(yáng)能輔助加溫系統(tǒng)在日光溫室中的應(yīng)用現(xiàn)狀

我國(guó)的太陽(yáng)能資源常應(yīng)用于日光溫室中。關(guān)于溫室內(nèi)光環(huán)及其影響因素方面，國(guó)外已經(jīng)有很多學(xué)者對(duì)其做了許多相關(guān)的研究，如關(guān)于溫室的透光率、結(jié)構(gòu)構(gòu)件在直射光及散射光條件下對(duì)室內(nèi)透光量的影響以及溫室?guī)缀涡螤睢㈤L(zhǎng)度對(duì)室內(nèi)透光量的影響等；溫室朝向?qū)κ覂?nèi)透光量產(chǎn)生的影響；薄膜、作物、土壤吸收的太陽(yáng)輻照量、玻璃框和采光面上的冷凝等因素對(duì)室內(nèi)透光量的影響等，但以上研究都是針對(duì)單棟溫室或者連棟溫室而進(jìn)行的。國(guó)外也有相關(guān)研究，如何利用太陽(yáng)能來(lái)增加溫室的地位，但所針對(duì)的也是大型溫室，所以，不管是從材料選擇、能源供應(yīng)、環(huán)境控制措施等方面采用節(jié)能新技術(shù)，都與我國(guó)日光溫室性能差異很大，不適用于國(guó)內(nèi)的日光溫室。

近年來(lái)，我國(guó)太陽(yáng)能熱水器的面積逐年遞增，而我國(guó)儼然已成為家用太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)第一大國(guó)。在早些年，我們國(guó)內(nèi)就有利用太陽(yáng)能提高溫室地溫的研究。蔣錦標(biāo)和葉景學(xué)等專家分別將空氣作為媒質(zhì)將太陽(yáng)能應(yīng)用在地溫輔助加熱的研究中。繼而，專家在對(duì)日光溫室墻體及土壤保溫性能進(jìn)行了更加深入的對(duì)比研究后，提出了不少較為可行的優(yōu)化方案。但是，由于正常加溫方式需要消耗大量的石化原料，還會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化硫等污染環(huán)境的廢氣，因此方便快捷且較為環(huán)保的太陽(yáng)能作為日光溫室熱量的主要來(lái)源便順理成章了。目前，光熱轉(zhuǎn)換和光伏發(fā)電是太陽(yáng)能應(yīng)用的主要技術(shù)，而最能將光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)體現(xiàn)得淋漓盡致的就是生活中常用的太陽(yáng)能熱水器?，F(xiàn)在我國(guó)家家戶戶都有太陽(yáng)能熱水器，這一現(xiàn)象也說(shuō)明了我國(guó)的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換技術(shù)已經(jīng)十分成熟。

在我國(guó)，日光溫室應(yīng)用比較廣泛，溫室結(jié)構(gòu)具有非常明顯的中國(guó)特色，尤其是在我國(guó)的東北地區(qū)，越冬農(nóng)作物的生長(zhǎng)在很大程度上受日光溫室的影響，日光溫室現(xiàn)如今在我國(guó)已經(jīng)成為北方農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最好經(jīng)濟(jì)效益，最快發(fā)展速度，最多增加農(nóng)民收入的新興產(chǎn)業(yè)之一。一般情況下，日光溫室不需要任何加熱設(shè)備就可以維持農(nóng)作物周年的正常生產(chǎn)。但是，在冬季溫室地溫較低，而對(duì)于農(nóng)作物的生長(zhǎng)來(lái)說(shuō)，地溫是至關(guān)重要的，因此，地溫的提升可通過(guò)地?zé)峒訙叵到y(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，減少資源浪費(fèi)的同時(shí)，防止了CO2等污染氣體的排放，有效地保護(hù)了周圍環(huán)境，加快了農(nóng)作物的生長(zhǎng)，改善了發(fā)育不良等情況，提高了經(jīng)濟(jì)效益，保護(hù)和改善了溫室環(huán)境。

很多科研工作者開(kāi)始考察太陽(yáng)能集熱器對(duì)于改善溫室內(nèi)微氣候的效果。有的學(xué)者認(rèn)為，這種方式有不可取的地方，即是在實(shí)施的過(guò)程中需要耗費(fèi)大量的電能，究其原因就是，在青海省利用太陽(yáng)能集熱器提高蔬菜溫室地溫時(shí)，由于沒(méi)有設(shè)保溫水箱，從而導(dǎo)致水泵保持循環(huán)就要耗費(fèi)大量電能。還有的學(xué)者認(rèn)為，太陽(yáng)能集熱器來(lái)改善溫室這項(xiàng)科研不能在連續(xù)陰天使用，因?yàn)樵诤幽相嵵堇锰?yáng)能完全代替煤炭對(duì)溫室內(nèi)低溫進(jìn)行增溫的試驗(yàn)，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論就是，此項(xiàng)科研項(xiàng)目在連續(xù)陰天的情況下是無(wú)法促進(jìn)作物生長(zhǎng)的。王順生等也在北京進(jìn)行了日光溫室內(nèi)置式太陽(yáng)能集熱調(diào)溫裝置試驗(yàn)進(jìn)行研究，在這里他們采取了將太陽(yáng)能集熱器置于日光溫室內(nèi)部的方法，其目的是為了讓其在白天時(shí)收集熱量，晚上時(shí)散發(fā)熱量，保證日夜溫差不至于過(guò)大。這里用到的水箱容積小，節(jié)省了地?zé)峁艿?，但并不是利用太?yáng)能直接提高地溫。在進(jìn)行日光溫室的設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮如何挖掘太陽(yáng)能最大使用限度、采光面的材料、形式、建筑參數(shù)等，而這些因素都會(huì)直接影響溫室對(duì)太陽(yáng)能的吸收情況，和國(guó)外的全光溫室相比，我國(guó)日光溫室在建筑、結(jié)構(gòu)形式上都和國(guó)外大不相同，因此，國(guó)外的一些研究成果并不適用于我們。目前，我國(guó)日光溫室光環(huán)境研究的主要方法有：實(shí)地測(cè)試獲得溫室采光量、溫室采光面剖面曲線用數(shù)學(xué)曲線表示后模擬計(jì)算溫室內(nèi)各表面直射光透過(guò)量、基于計(jì)算固體表面間輻射換熱的代數(shù)方法計(jì)算各表面散射光透過(guò)量等。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，太陽(yáng)能資源在日光溫室的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，保證了經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)太陽(yáng)能是一種取之不盡、可再生的資源，充分利用并推廣使用，不僅對(duì)溫室園藝產(chǎn)業(yè)，還是對(duì)人類的生存環(huán)境，都占據(jù)著十分重要的地位，是值得我們研究并大力推廣的。

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基金項(xiàng)目：國(guó)家星火計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：2013GA650007）；遼寧省科技廳農(nóng)業(yè)攻關(guān)及成果產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目（編號(hào)：2014210003-03）；沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)博士后基金（編號(hào)：74741）；遼寧省土地治理關(guān)鍵技術(shù)示范與推廣。

作者簡(jiǎn)介：劉文合（1971-），男，沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院副教授，博士，研究方向：水土工程建筑；蓋世臣

（1989-），男，沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院碩士，研究方向：水土工程建筑；曲玉（1986-），女，沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院博士，研究方向：水土工程建筑。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）