文 献 综 述

一、地下埋管蓄热系统的含义

地下埋管蓄热系统一般将水管或风管水平埋于地下，用水或空气作为蓄热介质，在泵或风机的作用下通过管壁与土壤进行热量交换，温室内热量富余时向土壤蓄热，热量短缺时从土壤取热。

二、研究背景

能耗问题是目前温室生产的突出问题，它是制约设施农业发展及其生产效益的重要因素。日前，世界各国设施农业的能源消费量在逐年增加，其数量在能源的总消费中比重也不断上升，据联合国的统计，每年农业生产中耗能量有35%用于温室的加温，能源消耗费用占温室作物生产总费用15%-40%，欧洲用于温室加热和制冷的能量大约占欧洲能源总消费量1.5%，其南部地区的温室内平均每年每平方米栽培面积消耗电能大约相当于7.5L石油的能量，加热系统使温室投资和运行费用增加了30%。荷兰地处于温和气候带，其温室也是一种高能耗的产业，全国每年温室消耗的天然气可达42亿，占到全国天然气消耗量的12.6%。全国能量总消耗的6.1%，但荷兰温室所生产的能耗仅占生产成本的10%左右，它是一个能源、资金、技术密集且高产值、高效益的农业支柱型产业。我国北纬30#176;-40#176;左右的这些地区，温室冬季里加温能耗分别约占运行总成本的30%-40%， 40%-50%，北纬43#176;以上的地区占60%-70%，此外，炎热的地区温室夏季降温能耗也是不可忽视的。所以，温室加热和降温能耗是温室生产成本的重要组成部分，而且是制约设施农业及其经济效益的重要因素。

表1 我国部分温室加温燃料消耗状况

将地下热交换系统用于日光温室，这不仅充分利用了太阳能．节省了非再生能源及大量的电能．而且还能有力的提高日光温室的经济效益。

三、国外研究成果

山本雄二郎在试验基础上提出了有关空气-土壤热交换器储能系统温室的能量模型，可是受一些因素的限制，模型还是不能根据温室的结构参数及外界的气象参数预测室内的环境条件。高仓直和山川健一在1981年提出了空气土壤热交换器贮能系统的一维稳态的数学模型。该模型不仅包括温室结构、环境参数等影响地中传热量的因素与管道热交换量的计算公式，并且推导出室内平均气温和管道出口处的计算式，这是第一个以土壤作为蓄热材料，较为完整的温室数学模型。它将管道蓄、放热量用结构参数和环境条件等因素明确表达出来，在一定程度上能够反映空气-土壤热交换器储能温室各个状态变量间的数量关系。20世纪70-90年代，有一些科学家提出一维单管模型，单管轴对称模型和瞬态单管轴对称模型等，使得土壤热交换器储能技术不断地发展。1995年，Mihalakakou等提出了能够预测建筑物下各种深度的温度模型，该模型也可用于确定建筑物下有空气-土壤热交换器系统条件下的地下温度场，管子附近一定位置的温度通过地下热交换器引起的土壤温度变化及地面温度引起的土壤温度变化的叠加来确定。1997年Carol Gauthier等提出了用于空气-土壤热交换器贮能系统的完全瞬时三维传热模型，该模型可用于处理多层埋管、非均匀土壤特性、绝热边界、瞬时边界条件、管内冷凝及蒸发。该模型通过实验得以验证。从20世纪70年代开始，日本许多学者对空气-土壤热交换器贮能系统的温室进行了试验，对其实用性、经济性及设计参数的确定进行了较深入的研究，并应用于生产实际中，获得了较好的效果。1985年，Coffin设计了一种小型试验温室，将直径为10cm的空气管道分两排埋在地下30cm和60cm处，室内气温可保持比室外最低气温高10。1987年，Benier等用 16根塑料管，埋于玻璃覆盖的温室地下0.45m和0.75m深处，每根管道长12m，直径10.2cm，空气循环量为3240msup3;/h该系统可满足温室的年增温需求量的35%。1987年，Bascetinselik在一座835㎡聚乙烯覆盖的温室内采用了空气-土壤热交换器贮能系统，将10cm直径的塑料管埋在地下0.5m处，轴流风机流量为10000，在1-2月期间，温室内平均气温保持高于外部气温5℃，同时室内相对湿度减小到 65%。K.Kurata与T.T akakura研究表明，太阳能季节贮存系统不能有效实现太阳能地下贮存，太阳能 日贮存系统可利用的热能与所消耗的电能之差仅6.52，系统效率低的主要原因是热量从未隔热的蓄热区域边界流失

四、国内研究成果