李一明，李永璽，岳 湘，劉興安,c，李天來,c

（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)a.工程學(xué)院，b.園藝學(xué)院，c.北方園藝設(shè)施設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心，沈陽110161）

日光溫室能夠打破傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)地域和季節(jié)的自然限制，解決長期困擾我國北方地區(qū)冬季蔬菜供應(yīng)難的問題，實(shí)現(xiàn)越冬生產(chǎn)[1-3]。傳統(tǒng)“一坡一立”式日光溫室以后墻為主要蓄熱體，因其結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)約能源的優(yōu)點(diǎn)，多年來取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。然而，后墻作為被動(dòng)蓄放熱載體，其蓄積和釋放的熱量是有限的，受外部環(huán)境影響較大，并且前半夜放熱過快易造成凌晨低溫現(xiàn)象頻繁發(fā)生，在連續(xù)陰天等極端天氣下使作物發(fā)生凍害[4]。因此，提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)蓄放熱性能對我國節(jié)能型日光溫室有著至關(guān)重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。TONG 等[5-6]的研究結(jié)果表明，不打破傳統(tǒng)溫室圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄放熱方式就難以實(shí)現(xiàn)溫室環(huán)境質(zhì)的飛躍。REN 等[7-9]嘗試開發(fā)了相變材料等新型墻體材料來提高溫室蓄放熱性能，但這些材料普遍造價(jià)較高，難以推廣應(yīng)用，所以越來越多研究學(xué)者將目光轉(zhuǎn)向主動(dòng)蓄放熱方式。AWANI 等[10-11]提出了完全主動(dòng)加溫的溫室類型，但這又與日益嚴(yán)格綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展理念相悖。因此，只有開發(fā)節(jié)能降本、具有普適性的半被動(dòng)蓄放熱系統(tǒng)，才能適合我國國情。

水是自然界比熱容較大的物質(zhì)，可以吸取大量的熱。于威等[12-14]開發(fā)了淺層熱水加溫系統(tǒng)，可以提高作物根部附近和地表溫度，但對溫室內(nèi)部氣溫的影響不夠顯著。LU等[15-16]研制了水幕簾主動(dòng)蓄放熱系統(tǒng)，楊英英[17]設(shè)計(jì)了外掛式太陽能輔助加溫系統(tǒng)，馬承偉等[18]開發(fā)了鋼管屋架管網(wǎng)水循環(huán)集放熱系統(tǒng)，佟雪姣等[19]研究了PE管和PC板水循環(huán)集放熱系統(tǒng)，XU等[20]研究了中空板水循環(huán)集放熱系統(tǒng)，這些研究結(jié)果都能證明以太陽能為熱源和以水為介質(zhì)的蓄放熱系統(tǒng)對提高節(jié)能日光溫室內(nèi)部環(huán)境溫度具有重要潛力，但沒有對比不同水介質(zhì)蓄放熱系統(tǒng)的熱特性和適應(yīng)性，目前對于以水作為蓄放熱介質(zhì)的節(jié)能日光溫室仍缺乏一個(gè)評價(jià)體系。為此，本研究建立了太陽能集熱板、循環(huán)水管、集熱水箱3 種最具代表性的水介質(zhì)蓄放熱系統(tǒng)，測試分析不同水介質(zhì)蓄放熱形式對溫室內(nèi)部熱環(huán)境的影響，并將結(jié)果與傳統(tǒng)磚墻、空箱體進(jìn)行對比，分析其作用效果和可靠性。

1 試驗(yàn)裝置與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)溫室位于沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)科研基地（北緯41°49′、東經(jīng)123°34′），類型為遼沈Ⅲ型日光溫室（南偏西7°），東西走向，坐北朝南，長60m，跨度10m，脊高5.8m，北墻高3.6m，后坡水平投影長度1.9m，兩側(cè)山墻及后墻厚0.5m，墻外側(cè)貼0.1m保溫苯板。整個(gè)試驗(yàn)期間，每天早上9∶00保溫被揭開，下午15∶00保溫被落下。在該溫室內(nèi)，利用擠塑板搭建5 個(gè)相同的長3.6m、寬0.6m、高1.2m 的保溫箱體，分別裝有太陽能集熱板、循環(huán)水管、集熱水箱、傳統(tǒng)磚墻4種蓄放熱系統(tǒng)和1個(gè)空箱體對照組，并對箱體四周及每塊擠塑板的連接處用橡塑保溫棉結(jié)合保溫被進(jìn)行密封隔熱處理。試驗(yàn)用日光溫室和保溫箱體如圖1。

圖1 試驗(yàn)裝置示意圖Figure 1 Schematic diagram of the experimental setup

1.2 蓄放熱系統(tǒng)

本試驗(yàn)設(shè)計(jì)的蓄放熱系統(tǒng)如圖2。循環(huán)水管系統(tǒng)主要由DN50的黑色PE軟管（蓄放熱裝置，也稱集散熱裝置）、保溫蓄熱水箱（貯熱裝置）、循環(huán)水泵（與定時(shí)啟停裝置連接）組成；太陽能集熱板系統(tǒng)由太陽能集熱板（集散熱裝置）、散熱器（散熱裝置）、保溫蓄熱水箱（貯熱裝置）、循環(huán)水泵（與定時(shí)啟停裝置連接）組成；集熱水箱系統(tǒng)由3個(gè)獨(dú)立的塑料材質(zhì)黑色水箱（集散熱裝置和貯熱裝置）組成；傳統(tǒng)磚墻系統(tǒng)由粉煤灰磚墻（集散熱裝置和貯熱裝置）組成。太陽能集熱板系統(tǒng)和循環(huán)水管系統(tǒng)工作原理相同：在白天時(shí)，保溫被于9∶00 時(shí)刻打開，太陽光進(jìn)入溫室，水循環(huán)系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行，貯熱裝置內(nèi)的水介質(zhì)在循環(huán)水泵的作用下由進(jìn)水管流入蓄放熱裝置，吸收太陽輻射的熱量和空氣中的熱量，水溫逐漸升高后，再通過出水管流回到貯熱裝置中蓄積熱量，從而實(shí)現(xiàn)蓄熱過程，直至下午保溫被落下，循環(huán)水泵停止運(yùn)行；在夜間時(shí)，由于前半夜溫室內(nèi)部溫度一般足夠維持作物生長，后半夜是容易發(fā)生凍害的危險(xiǎn)期，所以在溫室內(nèi)部溫度降低到一定程度后（0∶00 時(shí)刻）水循環(huán)系統(tǒng)再次啟動(dòng)，為了與實(shí)際節(jié)能工況相符，循環(huán)系統(tǒng)為間歇運(yùn)行狀態(tài)（每次啟停間隔1h），貯熱裝置中的水介質(zhì)流經(jīng)蓄放熱裝置，將蓄積的熱量釋放出來，作為熱源向溫室空氣散熱，使室內(nèi)溫度始終維持在較高的水平。

圖2 蓄放熱系統(tǒng)示意圖Figure 2 Schematic diagram of the heat storage and release system

1.3 試驗(yàn)方案

保溫箱體緊貼溫室北墻，各個(gè)蓄放熱系統(tǒng)置于其中，箱體墊起0.2m高。保溫箱體白天敞開，蓄放熱系統(tǒng)吸收太陽輻射；夜間封閉，防止不同系統(tǒng)之間互相影響。保溫箱體的開閉時(shí)間與保溫被的卷放時(shí)間相同，以便分析同一溫室不同系統(tǒng)的蓄放熱性能。在所有貯熱裝置中，水量均為200L（0.2m3），并且試驗(yàn)開始的初始水溫相同（9.5℃）。所有集散熱裝置的有效面積（等效面積）均為1.86m2。試驗(yàn)時(shí)間為2020 年1 月3 日至1 月14 日，是在連續(xù)動(dòng)態(tài)條件下進(jìn)行的，其中包含9個(gè)晴天和3個(gè)陰天，具有一定統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

1.4 測量方法

本試驗(yàn)測量的溫室內(nèi)外溫度與太陽輻射強(qiáng)度共2個(gè)測點(diǎn)，室內(nèi)測點(diǎn)為溫室?guī)缀沃行狞c(diǎn)，室外測點(diǎn)為溫室向南延伸的幾何中心點(diǎn)（距離溫室前底腳5m處），這2個(gè)測點(diǎn)的水平高度一致。太陽輻射量測量從9∶00保溫被揭開到15∶00 保溫被落下的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行的，每1h 測量1 次環(huán)境數(shù)據(jù)，測量儀器采用美國Apogee Instrument 公司生產(chǎn)的MP-200 手持式總輻射計(jì)/日射強(qiáng)度計(jì)，測量光譜范圍280～1120nm，量程0～1999W·m-2，校準(zhǔn)誤差±5%，響應(yīng)時(shí)間＜1ms。溫度測量為全天持續(xù)進(jìn)行，每10min采集1次數(shù)據(jù)，采用江蘇精創(chuàng)生產(chǎn)的RC-4溫度記錄儀，精度為±0.1℃，測量范圍-40～85℃。蓄放熱系統(tǒng)熱環(huán)境的測量參數(shù)包括貯熱裝置的水溫變化和保溫箱體的氣溫變化，2 個(gè)測點(diǎn)分別位于貯熱裝置的幾何中心處和保溫箱體的幾何中心處，測溫儀器同樣采用江蘇精創(chuàng)RC-4溫度記錄儀（外加探頭即可測量水溫），全天持續(xù)測量，每10min采集1次數(shù)據(jù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

為評價(jià)水介質(zhì)系統(tǒng)的蓄放熱性能，本研究定義系統(tǒng)運(yùn)行期間總蓄熱量為Qc（J），其表達(dá)式為：

定義集熱裝置表面接收的總太陽輻射量為QI（J），其表達(dá)式為：

式中：ρW為水的密度（kg·m-3）；CW為水的比熱容（J·kg-1℃）；V為蓄水量（m3）；Tt與Tt+1分別為t和t+ 1時(shí)刻集熱裝置水溫（℃）；t0與t1分別為白天系統(tǒng)開始運(yùn)行和結(jié)束運(yùn)行的時(shí)間（h）；A為集熱裝置總面積（m2）；Ip為照射到集熱裝置表面的瞬時(shí)太陽輻射照度（W·m-2）；Δt為時(shí)間間隔（s）。

同時(shí)，本研究將系統(tǒng)運(yùn)行期間蓄熱裝置總放熱量定義為Qr（J），其表達(dá)式為：

式中：t2與t3分別為夜間系統(tǒng)開始運(yùn)行和結(jié)束運(yùn)行的時(shí)間。

另外，傳統(tǒng)墻體的蓄放熱量的計(jì)算式為：

式中：Qi為墻體集散熱裝置總能量（J）；Ci為墻體的比熱容（J·kg-1℃）；ρi為墻體的密度（kg·m-3）；Vi為墻體體積（m3）；Δti為墻體的溫度變化。

2 結(jié)果與分析

2.1 典型晴天條件

為了明確不同系統(tǒng)的蓄放熱特性，本試驗(yàn)取2020 年1 月12 日至1 月13 日的典型晴天為研究對象，溫室外瞬時(shí)光照強(qiáng)度高于500W·m-2。第1 天9∶00 保溫被和保溫箱體同時(shí)打開，各個(gè)蓄放熱系統(tǒng)開始運(yùn)行，直至第2天9∶00 形成一個(gè)完整的周期。將4 種不同系統(tǒng)的水介質(zhì)平均溫度（傳統(tǒng)墻體為墻溫）作為考察對象，從第1 天9∶00 開始每間隔1h 的連續(xù)24h 水溫逐時(shí)變化規(guī)律如圖3。隨著室外太陽輻射強(qiáng)度持續(xù)增加，照射到各個(gè)系統(tǒng)集熱裝置的太陽輻射量也逐漸升高。太陽能集熱板系統(tǒng)和循環(huán)水管系統(tǒng)通過水循環(huán)吸收熱量，使熱量在貯熱水箱中不斷累積，水溫逐漸升高；集熱水箱系統(tǒng)和傳統(tǒng)磚墻系統(tǒng)通過直接接觸吸收熱量，使熱量在水箱和磚墻內(nèi)累積，溫度逐漸升高。在蓄熱階段，4種蓄放熱系統(tǒng)的水溫均在15∶00 時(shí)刻達(dá)到峰值，其中太陽能集熱板系統(tǒng)的水溫最高，達(dá)到32.5℃（溫升15.7℃）；其次是循環(huán)水管系統(tǒng)，達(dá)到28.6℃（溫升13.1℃）；集熱水箱的最高水溫達(dá)到24.9℃（溫升14.4℃）；傳統(tǒng)磚墻最高溫度達(dá)到22.0℃（溫升13.5℃）。在放熱階段，集熱水箱系統(tǒng)和傳統(tǒng)磚墻系統(tǒng)為持續(xù)放熱工作狀態(tài)，溫度分別下降13.7℃和12.9℃。太陽能集熱板系統(tǒng)和循環(huán)水管系統(tǒng)的水循環(huán)是在夜間凌晨（0∶00）開始運(yùn)行的，每間隔1h 啟停1 次，一直間歇運(yùn)行到第2天9∶00。在整個(gè)放熱過程中，2種系統(tǒng)的水溫在整個(gè)夜間分別下降14.5℃和12.8℃，由于在前半夜并沒有運(yùn)行水循環(huán)，所以水溫下降較為平緩，在后半夜開始運(yùn)行后降溫較為顯著，說明水介質(zhì)放熱效果較好。在3種水介質(zhì)系統(tǒng)中，效果最好的太陽能集熱板系統(tǒng)平均水溫與傳統(tǒng)磚墻相比可以提升12.12℃。

圖3 典型晴天條件下不同系統(tǒng)貯熱水溫變化規(guī)律Figure 3 Variation of water temperature in different systems under sunny condition

氣體溫度是評價(jià)溫室性能的最重要因素之一，冬季夜間的室內(nèi)氣溫水平對作物生長尤為重要。由于保溫箱體在白天蓄熱階段始終為敞開狀態(tài)，空氣相互連通，因此僅考察第1天下午關(guān)閉箱體后到第2天上午再次開啟期間的氣體平均溫度變化，從16∶00 開始每間隔1h 的連續(xù)18h 氣溫逐時(shí)變化規(guī)律如圖4。當(dāng)保溫被放下后，保溫箱體同時(shí)關(guān)閉，箱體內(nèi)部氣溫呈持續(xù)下降趨勢。因?yàn)樗h(huán)系統(tǒng)在夜間為間歇運(yùn)行模式，所以太陽能集熱板系統(tǒng)和循環(huán)水管系統(tǒng)的溫度在0∶00至9∶00期間呈“鋸齒”狀分布，說明水循環(huán)運(yùn)行方式對放熱能力有重要影響。整個(gè)期間，太陽能集熱板系統(tǒng)的氣體溫度下降10.1℃，平均每小時(shí)降溫0.56℃；循環(huán)水管系統(tǒng)的氣體溫度下降14.4℃，平均每小時(shí)降溫0.80℃；集熱水箱系統(tǒng)的氣體溫度下降15.9℃，平均每小時(shí)降溫0.88℃；傳統(tǒng)磚墻系統(tǒng)的氣體溫度下降14.3℃，平均每小時(shí)降溫0.79℃；空苯板箱對照組的平均氣溫下降15.4℃，平均每小時(shí)降溫0.86℃。在晴天條件下，集熱水箱系統(tǒng)與傳統(tǒng)磚墻相比提升不大，但另外2種循環(huán)水蓄放熱系統(tǒng)的平均氣溫均有顯著改善，太陽能集熱板系統(tǒng)的平均氣溫與傳統(tǒng)磚墻、空苯板箱相比分別提高3.68℃和5.61℃，循環(huán)水管系統(tǒng)與傳統(tǒng)磚墻、空苯板箱相比分別提高2.61℃和4.53℃。

圖4 典型晴天條件下不同系統(tǒng)夜間內(nèi)部氣溫變化規(guī)律Figure 4 Variation of air temperature in different systems under sunny condition

由圖5 可知，在蓄熱階段，太陽能集熱板系統(tǒng)的蓄熱量為13.19MJ，單位時(shí)間蓄熱量為2.20MJ·h-1；循環(huán)水管系統(tǒng)的蓄熱量為11.00MJ，單位時(shí)間蓄熱量為1.83MJ·h-1；集熱水箱系統(tǒng)的蓄熱量為10.14MJ，單位時(shí)間蓄熱量為1.69MJ·h-1；傳統(tǒng)磚墻系統(tǒng)的蓄熱量為9.49MJ，單位時(shí)間蓄熱量為1.58MJ·h-1。經(jīng)過一個(gè)夜間的變化，太陽能集熱板系統(tǒng)在放熱階段的放熱量為12.18MJ，單位時(shí)間放熱量為0.68MJ·h-1；循環(huán)水管系統(tǒng)的放熱量為10.75MJ，單位時(shí)間放熱量為0.60MJ·h-1；集熱水箱系統(tǒng)的放熱量為9.58MJ，單位時(shí)間放熱量為0.53MJ·h-1；傳統(tǒng)磚墻系統(tǒng)的放熱量為9.18MJ，單位時(shí)間放熱量為0.51MJ·h-1。值得一提的是，太陽能集熱板系統(tǒng)和循環(huán)水管系統(tǒng)的水循環(huán)設(shè)備在前半夜（24∶00 之前）并沒有運(yùn)行，因此放熱量為主要自然損耗放熱，分別為2.23MJ和3.16MJ；后半夜水循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行后，放熱量顯著增加，分別為9.95MJ和7.59MJ。

圖5 典型晴天條件下不同蓄放熱系統(tǒng)的蓄熱量及放熱量Figure 5 Comparison of heat storage and heat release of different systems under sunny condition

2.2 典型陰天條件

本試驗(yàn)取2020年1月6日至1月7日的典型陰天為研究對象，溫室外瞬時(shí)光照強(qiáng)度低于200W·m-2。由圖6可知，在陰天條件下，室外太陽輻射顯著減少，不同系統(tǒng)所能夠蓄積的熱量也明顯降低，水溫、氣溫與晴天相比存在一定差距。在蓄熱階段，太陽能集熱板系統(tǒng)水溫在14∶00 時(shí)刻達(dá)到最高值19.3℃，溫升為7.3℃；循環(huán)水管系統(tǒng)水溫在15∶00時(shí)刻達(dá)到最高值14.6℃，溫升為6.6℃；集熱水箱系統(tǒng)和傳統(tǒng)磚墻系統(tǒng)的溫度同樣也是在15∶00時(shí)刻達(dá)到最高，分別為10.8℃和8.3℃，對應(yīng)的溫升分別為4.3℃和4.8℃。在放熱階段，太陽能集熱板系統(tǒng)的水溫在整個(gè)夜間下降6.4℃，循環(huán)水管系統(tǒng)的水溫下降6.2℃，集熱水箱系統(tǒng)的水溫下降4.0℃，傳統(tǒng)磚墻系統(tǒng)的溫度下降4.6℃。在陰天條件下，太陽能集熱板系統(tǒng)平均水溫與傳統(tǒng)磚墻相比可以提升11.14℃。

圖6 典型陰天條件下不同系統(tǒng)貯熱水溫變化規(guī)律Figure 6 Variation of water temperature in different systems under cloudy condition

在陰天條件下，日光溫室蓄放熱系統(tǒng)在夜間的放熱能力對作物生長十分重要。由圖7可知，在整個(gè)放熱期間，太陽能集熱板系統(tǒng)的氣體溫度下降1.1℃（平均每小時(shí)降溫0.06℃）；循環(huán)水管系統(tǒng)的氣體溫度下降2.2℃（平均每小時(shí)降溫0.12℃）；集熱水箱系統(tǒng)的氣體溫度下降2.4℃（平均每小時(shí)降溫0.13℃）；傳統(tǒng)磚墻系統(tǒng)的氣體溫度下降2.8℃（平均每小時(shí)降溫0.16℃）；空苯板箱對照組的氣體溫度下降3.0℃（平均每小時(shí)降溫0.17℃）。以水作為蓄放熱介質(zhì)，在夜間放熱較為平緩，能夠?yàn)樽魑锾峁┮粋€(gè)較為適宜的溫度環(huán)境。在3 種水介質(zhì)系統(tǒng)中，太陽能集熱板的蓄放熱性能最好，放熱階段平均氣溫與傳統(tǒng)磚墻、空苯板箱相比分別提高1.68℃和3.68℃。

圖7 典型陰天條件下不同系統(tǒng)夜間內(nèi)部氣溫變化規(guī)律Figure 7 Variation of air temperature in different systems under cloudy condition

由圖8可知，在蓄熱階段，太陽能集熱板系統(tǒng)的蓄熱量為6.13MJ（單位時(shí)間蓄熱量1.02MJ·h-1）；循環(huán)水管系統(tǒng)的蓄熱量為5.54MJ（單位時(shí)間蓄熱量0.92MJ·h-1）；集熱水箱系統(tǒng)的蓄熱量為3.61MJ（單位時(shí)間蓄熱量0.60MJ·h-1）；傳統(tǒng)磚墻系統(tǒng)的蓄熱量為3.37MJ（單位時(shí)間蓄熱量0.56MJ·h-1）。在放熱階段，4 種系統(tǒng)的放熱量分別為5.38，5.21，3.36，3.23MJ，單位時(shí)間放熱量分別為0.30，0.29，0.19，0.18MJ·h-1。可見，以水作為蓄放熱介質(zhì)，能夠蓄積和釋放更多的熱量，但靜止的水介質(zhì)意義不大，水循環(huán)系統(tǒng)的影響尤為重要，水循環(huán)運(yùn)行模式是影響蓄放熱性能的關(guān)鍵所在。

圖8 典型陰天條件下不同蓄放熱系統(tǒng)的蓄熱量及放熱量Figure 8 Comparison of heat storage and heat release of different systems under cloudy condition

2.3 日均蓄放熱量分析

由圖9可知，在蓄熱階段，太陽能集熱板系統(tǒng)的蓄熱總量為117.64MJ，日均蓄熱量為9.80MJ；循環(huán)水管系統(tǒng)的蓄熱總量為99.63MJ，日均蓄熱量為8.30MJ；集熱水箱系統(tǒng)的蓄熱總量為90.22MJ，日均蓄熱量為7.52MJ；傳統(tǒng)磚墻系統(tǒng)的蓄熱總量為81.18MJ，日均蓄熱量為6.77MJ。在放熱階段，太陽能集熱板系統(tǒng)的放熱總量為106.17MJ，日均放熱量為8.85MJ；循環(huán)水管系統(tǒng)的放熱總量為93.75MJ，日均放熱量為7.81MJ；集熱水箱系統(tǒng)的放熱總量為87.50MJ，日均放熱量為7.29MJ；傳統(tǒng)磚墻系統(tǒng)的放熱總量為78.12MJ，日均放熱量為6.51MJ。蓄熱量略大于放熱量，符合一般規(guī)律。太陽能集熱板系統(tǒng)的蓄熱量和放熱量最高，其次分別是循環(huán)水管系統(tǒng)、集熱水箱系統(tǒng)和傳統(tǒng)磚墻系統(tǒng)。并且水介質(zhì)蓄放熱系統(tǒng)都要好于傳統(tǒng)磚墻系統(tǒng)，說明以水作為蓄放熱介質(zhì)具有重要潛力。

圖9 整個(gè)試驗(yàn)期間不同蓄放熱系統(tǒng)的日均蓄熱量及放熱量Figure 9 Comparison of heat storage and heat release of different systems throughout the experiment period

3 討論與結(jié)論

從以上研究結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)試驗(yàn)期間，不論是晴天還是陰天，以水作為蓄放熱介質(zhì)的蓄放熱能力都要優(yōu)于傳統(tǒng)磚墻，能夠使溫室內(nèi)部熱環(huán)境維持在一個(gè)較高的水平，尤其是在陰天條件下，蓄熱量和放熱量都要遠(yuǎn)高于磚墻，說明在惡劣的外界環(huán)境條件下仍能使溫室內(nèi)部維持較高環(huán)境溫度，可以顯著提高溫室作物在極端惡劣環(huán)境下的生長能力。水循環(huán)蓄放熱系統(tǒng)在夜間的放熱較為平緩，能夠使溫室內(nèi)部始終維持在一個(gè)較高的溫度水平，有利于作物的夜間生長。隨著農(nóng)業(yè)設(shè)施“工廠化”進(jìn)程的快速推進(jìn)，快裝式節(jié)能日光溫室已經(jīng)成為未來溫室發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)，傳統(tǒng)磚墻不僅在性能上難以突破瓶頸，而且不適合快裝。與之相比，成本更低的水介質(zhì)蓄放熱系統(tǒng)不僅性能更加優(yōu)秀，而且適應(yīng)性更強(qiáng)。以水作為蓄放熱介質(zhì)，不論是管網(wǎng)系統(tǒng)還是中空板系統(tǒng)，不論是外掛式還是水幕簾式，水循環(huán)都是其中的核心環(huán)節(jié)，對蓄熱能力和放熱能力的提升至關(guān)重要。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)的3種水介質(zhì)蓄放熱系統(tǒng)中，在相同的蓄熱時(shí)間、流速、總水量和有效集熱面積下，太陽能集熱板系統(tǒng)的蓄熱性能和放熱性能最好。盡管太陽能集熱板在夜間的放熱能力較差、損耗較多，但其在白天的蓄熱能力較強(qiáng)，可以通過增加散熱器的方法來彌補(bǔ)放熱能力的不足。此外，水循環(huán)運(yùn)行模式對水介質(zhì)蓄放熱系統(tǒng)的性能影響顯著，因此必須設(shè)計(jì)合理的水循環(huán)系統(tǒng)才能保證蓄熱及放熱能力的最大化。總而言之，水介質(zhì)蓄放熱系統(tǒng)建造成本低，運(yùn)行效果好，具有一定普適性，在溫室設(shè)施環(huán)境控制和系統(tǒng)節(jié)能方面表現(xiàn)優(yōu)異，以水作為蓄放熱介質(zhì)具備替代傳統(tǒng)磚墻的巨大潛力。

本研究結(jié)果表明，以水作為蓄放熱介質(zhì)的熱性能優(yōu)于傳統(tǒng)磚墻，在3 種水介質(zhì)系統(tǒng)中，太陽能集熱板的蓄放熱性能最為優(yōu)越。在晴天條件下，太陽能集熱板系統(tǒng)的水溫和氣溫與磚墻相比可以分別提高12.12℃和3.68℃，蓄熱量、放熱量可以分別提高3.70MJ 和3.00MJ。在陰天條件下，太陽能集熱板系統(tǒng)的水溫和氣溫與磚墻相比可以分別提高11.14℃和1.68℃，蓄熱量、放熱量可以分別提高2.76MJ和2.15MJ。在整個(gè)試驗(yàn)期間，太陽能集熱板系統(tǒng)的日均蓄熱量與磚墻相比可以提高3.03MJ，日均放熱量可以提高2.34MJ。對于節(jié)能日光溫室，水循環(huán)蓄放熱系統(tǒng)成本低、效果好，具備替代傳統(tǒng)磚墻的重要潛力。