谢毅，贾兵，高林朝，贺立三，郝庆英
河南省科学院能源研究所有限公司，河南 郑州450008
摘要:相变蓄热材料在蓄热方面具有蓄能高、蓄能过程近似等温等优势，达到提高太阳能热利用效率和改善日光温室热环境的目的。温室用的相变蓄热材料主要分为有机类和无机类，并分析讨论了相变蓄热材料在当前温室大棚应用中存在的问题及其发展趋势, 为节能环保提供新思路[1]。
关键词: 相变蓄热材料; 蔬菜大棚; 发展
1、前言
北方冬季比较寒冷，温室大棚在北方现代设施农业中有着举足轻重的作用，它能克服冬季寒冷的自然气候条件，开发农产品新品种，提高农产品产量等方面具有突出的优势[2]。温度控制是温室大棚种植非常重要的一部分，直接影响农作物的产量。然而很多农户对温度控制的重要性认识不清，或者没有经验，导致大棚室内温度不能很好的满足蔬菜作物的生长要求。在温度突然发生变化的情况下，没有做好应急措施，造成严重的后果。因此在温室大棚内配备合适的升温和降温系统，以适应温室外的气候变化，尤其是严冬的夜晚和酷暑的白天，所以温室大棚内是否考虑升温和降温系统对蔬菜的产量和质量有很大的影响[2]。
2、目前我国温室蔬菜大棚冬季蓄热保温措施的现状
温室大棚室内热环境受室外太阳辐射、墙体结构、前坡屋面的覆盖物、土壤热湿特性等的影响。而其中集蓄热、保温于一体的温室大棚墙体，对温室大棚室内温度影响尤为重要，它是温室大棚夜间重要的加温热源，其白天蓄集太阳能的能力越强，夜间提供给温室内的热量也越多[3]。
目前我国温室大棚中冬季常用的主要升温措施有烟道加热、蒸汽加温、电加热器加温、热风炉加热、空气能加热等；主要降温措施有遮阳、喷雾降温、自然通风、强制通风、超声波雾化降温、室内水膜降温、屋面喷淋等降温措施。这些措施普遍存在高能耗和高运行成本等问题，且这些加热、降温所使用的能源都来自化石燃料煤炭，煤炭的燃烧产生大量的CO2，SO2，NOX等有害气体，对环境造成二次污染[2]，且煤炭是不可再生能源，不符合我们国家现在的环保和节能减排政策，上述的这些升温降温措施从长远来看是要被淘汰的。因此新型相变材料在温室大棚中对室内温度的调控模式，便成了我国温室大棚工程技术领域追求的新目标。
3、相变蓄热材料在温室蔬菜大棚中的应用
相变蓄热材料是利用物质在相变过程中吸放热量进行储存释放潜热，与显热储能和化学反应储能材料相比具有储能密度大、温度控制恒定、易于控制等优点[4]。
通常物质的相变包括以下几种形式: 固态－气态、液态－气态、固态－液态及固态－固态[5]。
固－液相变是温室蔬菜大棚中常用的形式，对于固－液相变来说，具有以下特点:
1) 材料的固液相变潜热远大于其显热，因此可以用较小的体积储存较多的热量；
2)蓄放热过程可以在恒定温度下或者很小的温度范围内进行；
3)固－液相变过程中体积变化较小[5]。
从以上三个特点看出，固－液相变是实际应用得较多的相变蓄热方式，现在的温室大棚也普遍采用固－液相变蓄热材料，考虑到温室大棚蓄热的节能特点, 相变温度在18－35℃的固液相变材料值得关注, 包括无机水合盐、有机石蜡和低共熔混合物。20世纪70年代以来, 这类物质在温室冬季蓄热中的效果得到了深入的研究[6]。
固－液相变蓄热材料主要用于温室大棚的东、西、后墙，可以做成相变蓄热墙体，白天充分吸收并蓄积照射在东、西、后墙表面的太阳热能，夜间再将蓄积的热量释放出来，以改善温室的热环境，提高温室东、西、北墙太阳能利用率、减薄温室墙体厚度、提高土地利用率[3]。
4、相变蓄热材料在温室大棚应用中存在的问题
目前国内外对相变蓄热材料的研究已经取得了一些成果[7]，相变蓄热材料在建筑、医学等领域的应用已经得到了一定程度的推广，但是在农业设施领域的发展还是在初级阶段，没有得到全面的推广和应用主要是受到投资成本、材料、政策等方面因素的制约。因此相变蓄热材料在温室大棚中应用有以下几方面因素的阻碍。
1）在材料自身方面,在材料的制备和应用过程中，要找到完全满足要求温度的相变材料非常困难。如固—液相变材料存在过冷和易相分离的缺点，液态具有流动性，必须容器盛装或封装，防止相变材料损失或污染环境,具有较大的技术困难[8] [9]。
2）在相变传热方面，相变传热是较为复杂的能量传递过程，蓄热装置的设计结构和性能直接影响传热效果[9]。
3）在投入成本方面，相变蓄热材料相比于传统的升温降温措施前期投入成本较高。
5、结语
相变蓄热材料作为一种新型的功能型材料，在太阳能利用与资源环境保护方面发挥着重要的作用[10]。经过国内外学者的不断探索，相变蓄热材料及相变蓄热技术已取得了一些进展，但在实际应用中还有待探索绿色廉价高效的相变蓄热材料，相变储能封装技术[10]。能够在温室大棚的应用上得到大力的推广和发展。随着能源日益减少短缺，节能材料、技术和设备的开发和利用已经成为各个行业发展的重点，在温室大棚中利用相变蓄热材料达到提高太阳能利用率的目的，完全符合节约能源，保护环境的国家政策[11]。因此将相变蓄热技术更好的应用到实际生活当中，是相变蓄热技术研究今后的发展趋势和方向[12]。
参考文献
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科研开发专项：200606086