日光温室作为我国北方地区设施生产的重要组成部分,依靠太阳能来维持室内温度,实现农产品的四季生产。针对日光温室内太阳能利用率的研究,本试验选取山西晋中地区典型的砖墙结构日光温室为研究对象,总长43.0 m,总跨度9.75 m,脊高4.5 m,北墙高3.0 m,厚0.05 m,对温室墙体、地面、前后屋面、空气温度和室外太阳辐射强度进行实时测量,旨在构建起日光温室太阳能分配模型。根据日光温室能量平衡原理确定了前屋面覆盖物的热贯流系数,从而分析了日光温室内太阳能的分配规律并构建了太阳能分配模型;最后根据不同作物在不同的生育期内对温度要求的不同,共设置了 8℃、12℃、16℃低温层和26℃、30℃、34℃高温层,两两组合形成9个温度范围组合,应用该模型可计算出温室各部分能量与室内气温的关系,进而获得温室在不同的温度范围下富余或短缺的能量,并假设分析了在垄上放置黑色水袋进行太阳能利用的模拟。得到如下结论:1、根据能量平衡原理和日光温室夜间能量来源单一,气温变化对能量微量变化的敏感性确立了一种复合保温覆盖层热贯流系数的估算方法。试验温室复合保温覆盖层“塑料膜+保温被(3层杂棉+加强绒构成)”春季热贯流系数的变化范围在8～12 KJ·m-2·K-1·h-1之间,平均约为11.01KJ·m-2·K-1·h-1。通过夜间不覆盖保温被来计算透明塑料薄膜的热贯流系数,进行验证试验,与现有文献所给的数值接近,表明这种估算温室前屋面热贯流系数的方法是可行的。这种方法可用于对不同外保温材料热贯流系数的测定与比较。2、日光温室墙体、地面、前后屋面和空气能量随室内太阳辐射能的变化均呈不封闭的“环形曲线”状态,以室内最大太阳辐射能为界将曲线划分为上午和下午两部分,经线性回归分析得到各部分在上下午均呈线性变化趋势。其中,地面(-20～160 MJ)白昼的能量变化幅度高于墙体(-20～60MJ)的,这是因为地面的含水量高,且分别在室内能量低于235 MJ和135 MJ时开始释放热量;前后屋面在全天均处于散热状态,但前屋面为主要的散热体,这与前屋面的散热面积大、热贯流系数大有关;因温室密封性差和室外气象要素不稳定,空气能量变化在上午没有一定的规律,下午呈线性下降趋势。3、对日光温室2月24日—3月25日(共30d)各部分接受到的总太阳能和实际测量计算得到的总能量进行对比分析,太阳能利用率平均达82.1%。通过SAS统计解析,获得日光温室太阳能分配简要数学模型为:Y = 546.175 + 0.990X,+1.197X2-1.031X3-3.784X4-0.919X5(R2=0.97)其中,Y代表白天温室接受到的太阳能,X1代表北墙的能量变化,X2代表地面的能量变化,X3代表后屋面的能量变化,X4代表透明前屋面的能量变化,X5代表室内空气质能变化,单位均为MJ。北墙和地面前的系数在+1左右,相差不大,说明其在白天处于吸热状态且地面的吸热量稍高于墙体的,前屋面前的系数-3.8显著低于后屋面的-1.0,且都为负数,说明白天前屋面的散热量远高于后屋面的,空气前的系数为负,考虑到实际温室生产状况,认为可能与温室的密封性和保温效果有关。用标准差、相对误差、绝对误差和误差率等方法评估了该模型的准确性和可靠性,发现标准差、相对误差和绝对误差分别为188.07 MJ、1.11%和0.39 MJ,误差率分布范围在-11.26%～17.57%之间,在-5%～5%范围内的数据个数百分比达56.7%。4、应用该模型可获得日光温室各部分能量与室内气温的变化关系,由此可计算出温室能量的富余与短缺。在9个不同温度范围组合下,温室能量均表现为在11:30～16:30出现富余,16℃和12℃以上范围分别在0:00～9:30和5:00～8:30出现能量短缺,而8℃以上范围没有出现能量短缺时刻,除16℃和16℃～30℃范围下总能量分别短缺-157.3 MJ/d和-59.7 MJ/d外,其余温度范围下总能量富余在211.8～570.0 MJ/d之间。根据能量的盈亏可以制定相应的措施,如加温、自然通风、强制通风等,来维持温度的稳定;据此也可策划并计算温室的贮热方法与数量等,假设采用黑色水袋对温室多余能量进行蓄积并在短缺的时候释放出来,通过计算温差变化得到基本能满足预设的要求。从上述关系分析,日光温室全天各部分能量随室内气温的变化呈“环形曲线”状态,室内气温在10℃～20℃左右时,各部分能量较稳定,说明夜间能量变化受室内气温影响不大。5、该模型可用于日光温室环境控制、温室设计、贮热量计算等方面。