温室太阳能及供热技术研究概况

    前言
    作为太阳能利用的一个重要分支，我国温室园艺的发展具有悠久历史且在上世纪70年代至今发展迅猛，从50年代初期的不到2万公顷发展到今天的近200万公顷，占全球温室面积的50%以上，已成为世界上最大的蔬菜保护地生产区域。
    如何最大限度地提高温室的太阳能利用率，使其更好地服务和作用于农业生产，长期以来一直是世界各国学者普遍研究和关注的重要课题，而温室供热技术的发展伴随温室微气候的研究也取得了相应进展。诸多研究成果促进了温室结构和材质优化，使现代温室的能源综合利用技术日渐走向成熟。
    1 温室太阳能利用研究现状
    1.1 国外对温室太阳能利用的研究概况
    近年国外以比利时、摩洛哥、日本、希腊、印度等国家为代表的各国学者针对温室太阳能利用情况进行了广泛研究，并取得许多有价值的成果。1999年[1]，比利时的J.G.PIETERS、J.M.DELTOUR等人利用所谓“半一维”模型定量研究了西欧气候条件下包括温室构架、覆盖物辐射特性、内壁冷凝方式、室内地面反射率等温室各种参数对温室太阳能利用率的影响，并实验比较了作物不同生长阶段地面辐射特性对温室太阳能利用的影响程度。日本S.Li[2]等人通过计算模拟指出在半坡温室内装设一种反射装置可在不影响室内辐射分布均匀性的前提下提高作物表面的太阳辐射量，同年在其另一篇题为Direct solar radiation penetration into row crop canopies in a lean-to greenhouse[3]的文章中利用模拟光源和模拟作物分别对低纬和高纬地区半坡温室内作物太阳能利用率随温室朝向的变化规律进行了研究，并对这种差异存在的原因给出了合理解释。希腊G.Papadakis[4]针对单跨全光温室也做过类似研究。另外，1999年[5]，比利时的I.V.Pollet通过实验方法分别测定和比较了玻璃和塑膜内壁凝结对太阳能透射率的影响。摩洛哥的M.N.Bargach等人[6]及英国的H.AL-HUSSAINI等人[7]则分别对利用太阳集热器和室内太阳池储存太阳能以提高温室能源利用率的方案进行了实验研究和经济性分析。
    1.2 国内研究概况
    我国温室园艺以日光温室为特色，国内许多学者自90年代以来针对此类温室进行了室内光环境研究与结构、参数优化研究。姜晨光、吕中谦[8]根据天文学等学科的基本原理，在实验的基础上提出了日光温室提高太阳能利用率的措施，确立了日光温室的合理坡向。宋希强等[10]利用日光温室光环境动态模拟程序，对节能日光温室室内太阳辐射的时空分布进行了逐时模拟分析，确定了北京地区日光温室的合理朝向。何法才等[11]测试了多种玻璃对可见光和太阳辐射的透射率，研究了不同玻璃对室内作物生长环境的影响。杜军等[12]在考虑室内气体辐射问题的基础上，提出了温室室内净辐射分配的理论计算方法。何斌、张玉香[13]则编制了温室直射光环境模拟分析程序，对不同纬度、结构、方位的温室进行模拟分析，用于温室性能测定和设计参数的指导、优化。
    国内外有关学者在如何最大限度地提高温室太阳能利用率的研究中做出的相关成果对于温室产业的发展和现代化水平的提高起到了积极的推动作用，我国温室园艺的发展应以科技为导向，尽快将科研成果转化为推进产业进步的生产力。
    2 温室供热技术发展现状
    在某些地区，由于冬季气候的特殊性，温室白天蓄积的热量难以维持晚间作物生长所需的温度环境，因此为保证生产过程的不间断进行，有必要利用各种供热系统向温室提供足够的热量。温室供热技术的发展与温室微气候的研究具有密切的关系，温室微气候的研究主要解决对于不同类型、朝向、维护结构以及培植各种不同作物的温室其室内参数如何受室外参数及各种物理参数的影响及影响程度、如何最大程度地提高温室能量利用率、计算供热温室所需负荷等问题。以微气候研究理论为指导，温室供热技术得以相应发展。当前各种温室对于供热系统的要求是[14]：低档温室受气候影响最大，其生产质量和产量都难以保证，无法常年使用；中档温室造价和运行费用较低，但必要的配套设备不能缺，要保证常年运行；高档温室主要用于名贵花卉的栽培，温室内有完备的供热设备和自控系统。
    2.1 供热温室通用方程
    对于采用供热系统的温室，可由以下通用方程描述其总的能量平衡[15]
    H+a·S0-ΣUi·Ai·（Ta-T0）-CS·AS·-R=0
    式中各项依次代表供热设备提供的热流项、外界太阳辐射提供的热流项、温室维护结构散失的能量项、土壤部分的蓄热项以及包括温室漏风等在内的其他能量损失项。
    2.2 供热系统形式
    温室供热系统主要有两种形式，即热风供热系统和热水供热系统[16]。热风供热系统采用热风炉将温室内回风加热，通过风管送入，在风管壁面上有规律地开设许多小孔，使之较为均匀地送至温室的每个位置；热水供热系统则采用管道作为散热面。以色列M.Teitel[17]等人对两种供热系统进行了比较分析，研究指出，虽然维持指定室温的两种供热系统所需能耗基本一样，但二者散热方式的差异使得采用热水供热系统时，整个温室的温度场更加均匀，而且那些正对散热管道的叶面温度一般高于室内气温；而对于热风供热系统则恰恰相反，由此增大了叶面结露的可能，易使作物发生病变。另一方面，相对于热水系统，热风系统能在更大程度上影响室内湿度的变化。因此，在温室供热设计中，应根据不同作物类型以及室内环境的设计要求等在两种供热方式中加以选择。
    2.3 温室地热供热系统
    在地热资源丰富的国家和地区，地热能作为一种新型能源，在温室供热系统中得到了广泛应用。以色列的 Jorge A.Adaro [18]、希腊的George C.Bakos [19]以及Constantine Karytsas等[20]分别对温室地热能利用进行了经济性分析，对几种供热系统进行了比较研究，并给出了高效可行的供热方案。在我国，温室供热方面研究文献较少；罗中岭[22]分析了地热温室的节煤效益和地热井水对温室的增温效果；刘春元等[21]设计了一套地热温室采暖系统，并对地热水的合理利用进行了讨论。随着能源的综合开发和应用，地热能作为一种高效能源用于温室供热将会引起人们更多的关注。
    结束语
    1）世界各国学者近年在温室太阳能利用领域开展了广泛研究，取得许多有价值的研究成果；
    2）我国温室园艺的发展应以科技为导向，尽快将科研成果转化为推进温室产业现代化的生产力；
    3）温室两种供热系统各有利弊，在供热设计中应根据设计要求加以选择；
    4）地热资源在温室供热应用中前景广阔.中国泵阀资讯网