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引言
日光温室是一种以太阳能为主要热源、可在非种植季为蔬菜作物生长提供适宜环境的农业设施。白天，太阳能辐射到温室内部，在改善室内环境的同时，提高墙体和土壤的蓄热量；夜晚，室内环境温度降低，墙体和土壤中蓄集的热量又不断的向室内环境释放，其中尤以墙体放热量最为重要。晴天夜间，墙体单位面积放热量是土壤的1.4倍。因此，欲保证日光温室为蔬菜高产增效提供最佳的适宜条件，先进科学的日光温室建筑热工设计理念和设计方法是基础，先进且高性能的材料与装备是保障。
自20世纪80年代日光温室技术出现后，国内一些学者就开始对日光温室的建筑设计与建造方法进行研究。白义奎等[1]针对沈阳地区日光温室，研究了朝向对进光量的影响，发现朝向在南偏西5°～6°时，日光温室进光量最大。李军等[2]总结了西北型日光温室朝向和前屋面角的设计原理，并给出在西北地区温室朝向宜为正南或南偏西5°～8°。王永宏等[3]以兰州地区日光温室为例，分析了光照随太阳高度角、地理纬度的变化规律，确定了兰州地区日光温室跨度取6 m、脊高取2.8 m、后坡仰角取37.5°、后坡屋面水平投影取1 m、后墙高度取2.03 m、温室长度在40～60 m之间为最佳，冬至日前后透光率达到60.3%。陈秋全等[4]也对高寒地区日光温室结构进行了优化，提出了北纬48°～49°地区日光温室的最佳结构参数为方位角5°～7°、跨度6～6.5 m、前屋面角37°～38°、后坡屋面仰角30°、后坡水平投影长度1.5 m、脊高去3.4～3.5 m。
近些年来，随着经济的发展和能源供需矛盾的激化，国内学者也逐渐开始将先进且高性能的材料与设备引入日光温室墙体。王宏丽等[5]制备了硬脂酸正丁酯与石蜡/稻壳定形相变材料，并构筑了日光温室墙体，试验结果表明，相变温室室内气温波动幅度减小4.1 ℃，最低气温升高1.7 ℃，并有利于室内番茄的生长。郭靖[6]比较了应用于日光温室的内渗型相变材料、外挂型相变材料的效果，发现两种类型相变材料温室均具有一定蓄热保温性能，但是内渗型优于外挂型。梁浩等[7]设计了一种以日光温室后墙为结构支撑的温室蓄放热帘增温系统，白天利用该系统的集放热板吸收太阳辐射热，并通过水介质将热量储存于蓄热水池中；夜晚通过水介质的循环将蓄积的热量释放到温室中。试验结果表明：蓄放热帘增温系统在晴天能使温室夜间空气温度平均提高4.6 ℃，在阴天平均提高4.5 ℃。
纵观日光温室的研究发展历程，虽然农业领域学者对日光温室的建筑设计与建造方法、先进且高性能的材料与设备引入等方面已经进行了大量的研究。但由于缺乏对建筑热工设计理论必要的认识和理解，现有的研究多是沿用传统而落后的农业设施方法，或是简单仿照或照搬他人的方法。其结果是，日光温室太阳能利用率仍然有限，土地利用率仍然较低，室内热环境仍然不断受到挑战。
为此，本研究从日光温室建筑体系一体化设计的角度，结合太阳光热理论、建筑热工理论、相变贮能理论、数值传热学等理论，重点研究日光温室朝向、日光温室“五度”空间参数、日光温室墙体保温与蓄热、日光温室热环境可控技术之间的互为耦合关系，形成一套可为蔬菜高产增效的日光温室绿色建筑设计新理念。
日光温室建筑朝向与结构的优化设计
日光温室的主要热量来源于太阳辐射，然而受太阳运动轨迹动态变化的影响（图1），太阳辐射强度是动态变化的，这种变化规律直接影响日光温室前坡屋面接受太阳辐射强度的大小与有效照射时数。因此，要保证日光温室反季节生产蔬菜高产增效，条件之一是确保日光温室前坡屋面可最大化地截获太阳能；条件之二是确保进入日光温室内的太阳能被高效利用、热能损失最小。为了满足这两个条件，科学确定日光温室朝向是关键问题一，合理确定日光温室的“五度”空间参数（跨度、脊高度、后墙高度、后坡屋面仰角与长度）是关键问题二。
日光温室最佳建造朝向的确定方法
日光温室最佳朝向的科学设计与确定是确保蔬菜生长期最大限度获得太阳能的关键因素之一。国内外很多学者针对不同地域、不同室外气象参数条件、不同日光温室结构特点也展开了相关的研究。但由于我国幅员广阔、太阳运动规律的动态性、作物生长期对光热需求的复杂性，致使已有研究结果的可参照性不够。
为此，本研究基于前期大量关于日光温室建筑热性能理论分析与试验研究的成果，依据建筑热过程、传热学、数学极值理论，以蔬菜生长期日光温室前坡屋面截获太阳辐射能力最大为约束条件，提出了一种关于日光温室最佳建造朝向的简化计算方法。当已知建造日光温室所处地理纬度、温室前坡屋面仰角、蔬菜生产光热需要确保的时期段，即可确定对应条件下日光温室的最佳朝向（方位角γ）（图2）。
结合不同地区太阳辐射强度以及室外气象参数的变化规律，根据上述所提简化计算方法，可给出北京、西安、敦煌、兰州、沈阳、寿光以及乌鲁木齐等太阳能优势地区最佳建造朝向的推荐值（表1），对应的计算时段期为11/1～2/28。
日光温室“五度”空间参数优化方法
日光温室建筑“五度”空间参数不仅影响日光温室太阳能截获量，也影响日光温室环境的热损失，更影响作物生长空间。从日光温室光热环境的角度考虑，确保作物生长期间进入温室太阳能最大、通过日光温室墙体与屋面散失的热量最小是关键。基于此，本研究结合建筑热过程与数值传热学等知识，分析了日光温室热量传递过程，以作物生长关键时期段太阳能截获量与散热量之差综合最大为控制目标，构建日光温室“五度”空间参数优化计算方法。表2为根据该优化方法，以北京地区10 m跨度的日光温室为例，给出的日光温室“五度”空间参数推荐值，对应的计算时段期按11/1～2/28考虑。
日光温室墙体热工性能设计方法
日光温室墙体集蓄热与保温于一体，尤以蓄热最为重要，它是夜晚维持室内环境温度的重要热源。然而，早期的日光温室更多的关注了墙体的保温性能，如采用草苫、加气砖、聚苯乙烯保温板等材料作为日光温室墙体材料，但这类轻质材料的共同特点是导热系数比较小，主要起到保温的作用，蓄热能力甚微；当然还有采用厚重砖墙、土墙、碎石料等作为日光温室墙体材料的，但这类材料导热系数相对比较大、保温性能相对前者要差，另外这类材料虽然质量大，但属于显热（温差）蓄热材料，其蓄热能力直接受周围温度环境影响，即墙体蓄热快、放热也快，白天蓄积的热量在上半夜前期几乎就释放完了。因此，如何科学合理的构筑温室墙体，合理选配温室墙体材料的热工性能，对有效提高进入温室太阳能利用率、最大化减少温室墙体热损失具有至关重要的影响。 新型相变蓄热墙体材料与被动式“三重”结构墙体
根据建筑热工理论，日光温室墙体应选择将保温性能好的轻质材料放置在墙体的外侧层（如保温板等），将保温与蓄热兼而有之的重质材料（如砖、碎石料等）放置在墙体的中间层，将蓄热性能好的材料放置在墙体的内侧层，即被动式“三重”结构墙体体系（图3）。
基于上述思想，本研究团队开发了适于日光温室应用的高性能GH-20型相变蓄热墙体材料，适应于放置在墙体的内侧。该材料相变温度为20～30 ℃，相变潜热为80 kJ/kg，具有无毒无味、蓄放热能力强、物化性能稳定、寿命长等特点，可以实现在较低温度条件下蓄集大量的热量，显著提高吸收太阳能的能力；还可以实现放热过程中独特的热量“开关”作用，即，温室环境温度低于相变蓄热墙体温度幅度越大，墙体的放热速度越大，显著提高热量的有效利用率。
图5为北京地区日光温室应用GH-20型相变蓄热墙体材料的实例。2013年实测结果表明，应用了相变蓄热墙体材料的“相变温室”较“普通温室”的西红柿产量和品质有了显著提高：植株定植23天后，“相变温室”的平均株高较“普通温室”
高出7.6 cm；开花期，前者平均株高高出22.3 cm；坐果期，前者平均株高高出27.6 cm；果实完熟期，“相变温室”的果实横径和纵径均达到“普通温室”的1.4倍，单位种植面积的总产果重量也增长70%。
分析其原因，其中重要原因之一是仅50 mm厚的相变蓄热墙体板的蓄热能力远大于同厚度砖墙的，加之相变蓄热墙体材料的热量“开关”作用，可以将白天蓄存的太阳能在后半夜温室环境最需要热量的时候释放出来，确保温室环境温度总是维持在作物适宜温度区。以2013年1月17日试验结果为例（图6），墙体沿厚度方向的蓄热量分布50 mm的相变蓄热墙体材料层与同厚度的砖墙层显著不同，相变蓄热墙体材料层的有效蓄热量是4.0 MJ/m2，是普通砖墙层的2.1倍；并且内侧层相变蓄热墙体层单位体积有效蓄热量为80.0 MJ/m3，是中间层砌块砖的10倍。
多曲面太阳能空气集热器与主-被动式“三重”结构墙体体系
虽然相变蓄热墙体材料具有很强的蓄热能力，但受墙体传热特性的限制，透过前坡屋面薄膜照射到墙体表面的太阳能影响的墙体深度仅为200～300 mm（如图7），墙体内部层的温度受太阳辐射影响远小于内表面层的，中间厚重墙体层的温度较低，墙体的蓄热能力没有得到充分发挥。
结合本研究团队研发的多曲面太阳能空气集热器（图8），本研究进一步提出了主-被动式“三重”结构墙体体系（图9）。其基本设计理念是，利用多曲面太阳能空气集热器聚光能力强、集热效率高、出风温度高、不受低温结冻影响、体积小、安装维护方便等特点，将集热器加热的空气通过中间层空心砌块砖自上而下形成的墙内空气通道传导给中间墙体层，以此不断循环加热提高中间墙体层温度，达到显著提高中间墙体层显热蓄热量的目的。
2015年12月新疆乌鲁木齐地区实际日光温室应用结果表明，晴天，16 m长多曲面太阳能空气集热器出口空气温度最高可达94 ℃，12：00～17：00集热器出口空气温度始终高于70 ℃，集热器单位面积集热量为7.3 MJ/m2，约为普通墙体的2倍；白天，相变温室墙体内表面温度较普通温室平均提高5.2 ℃、室内环境温度平均提高4.9 ℃；夜间，相变温室墙体内表面温度较普通温室平均提高3.1 ℃、室内环境温度平均提高3.8 ℃，温室墙体整体蓄热能力显著提升。另外，利用该墙体体系可实现温室热湿环境的可控调节。
结论
本文从日光温室建筑体系一体化设计的角度，研究了日光温室朝向、日光温室“五度”空间参数、日光温室墙体保温与蓄热、日光温室热环境可控技术之间的相互耦合关系，并形成相应的设计理念。
◆ 蔬菜作物生长关键期，确保日光温室前坡屋面总是截获太阳辐射能力最大是前提，根据本研究提出的日光温室最佳建造朝向简化计算方法，给出了我国优势地区日光温室冬季生产最佳建造朝向推荐值。
◆ 日光温室建筑“五度”空间参数科学确定，是确保进入日光温室太阳能获得最多、流失最少的重要保证，本研究以作物生长关键时期段太阳能截获量与散热量之差综合最大为控制目标，构建了日光温室“五度”空间参数优化计算方法，并据此给出了北京地区日光温室 “五度”空间参数推荐值。
◆ 日光温室墙体的蓄热能力直接关系到温室夜晚环境温度高低，合理选配温室墙体热工性能、科学构筑温室墙体，对有效提高进入温室太阳能利用率、最大化减少温室墙体热损失具有至关重要影响。为此，本研究基于研究团队研发的高性能相变蓄热墙体材料，提出了温室墙体的外侧层应是高性能的保温板等材料、中间层应是保温与蓄热兼而有之的重质砖墙等材料、内侧层应是具有潜热性能的相变蓄热材料的温室“三重”墙体结构设计理念。
◆ 考虑到透过前坡屋面薄膜照射到墙体表面的太阳能透过墙体的深度有限，通常为200～300 mm，本研究结合研究团队研发的多曲面太阳能空气集热器，进一步提出了主-被动式“三重”结构墙体体系，旨在通过主-被动蓄热的方式，由面到内整体提升温室墙体的太阳能蓄热能力，同时利用该主-被动通风蓄热系统实现温室热湿环境的可控调节，为温室蔬菜生产的高产增效提供全方位的光热环境保证。■
【参考文献】
[1] 白义奎，刘文合，王铁良，等. 日光温室朝向对进光量的影响
分析[J]. 农业机械学报，2005（02）： 73-75.
[2] 李军. 西北型节能日光温室光温环境研究[D].西北农林科技
大学， 2003.
[3] 王永宏，张得俭，刘满元. 日光节能温室结构参数的选择与
设计[J]. 机械研究与应用，2003， 16（z1）： 101-103.
[4] 陈秋全，杨光勇，刘及东. 北方高寒地区高效节能型日光温
室优化设计[J]. 内蒙古民族大学学报： 自然科学版，2003
（03）： 257-259.
[5] 王宏丽，李晓野，邹志荣. 相变蓄热砌块墙体在日光温室中的
应用效果[J]. 农业工程学报，2011（05）： 253-257.
[6] 郭靖，邹志荣，刘玉凤. 不同方式封装的相变材料蓄热效果
研究——基于日光温室[J]. 农机化研究，2012（02）： 137-140.
[7] 梁浩，方慧，杨其长，等. 日光温室后墙蓄放热帘增温效果的
性能测试[J]. 农业工程学报，2013（12）： 187-193.
适宜的日光温室光热环境，是确保日光温室冬季蔬菜生产高产增效的关键之一，而日光温室建筑热工性能是影响日光温室光热环境的重要影响因素之一。本研究结合作者近十年的研究成果以及开发研制的相变蓄热墙体材料、多曲面太阳能空气集热器，从日光温室建筑体系一体化设计的角度，结合太阳光热理论、建筑热工理论、相变贮能理论、数值传热学等理论，阐述日光温室朝向、日光温室“五度”空间参数、日光温室墙体保温与蓄热、日光温室热环境可控技术之间的互为耦合关系，并提出了日光温室建筑热工性能优化设计的新理念及其相应的设计方法，以期为日光温室建筑构造理念创新、材料创新、方法创新提供方法参考，为温室蔬菜生产高产增效提供光热环境有效调控新理念。
日光温室是一种以太阳能为主要热源、可在非种植季为蔬菜作物生长提供适宜环境的农业设施。白天，太阳能辐射到温室内部，在改善室内环境的同时，提高墙体和土壤的蓄热量；夜晚，室内环境温度降低，墙体和土壤中蓄集的热量又不断的向室内环境释放，其中尤以墙体放热量最为重要。晴天夜间，墙体单位面积放热量是土壤的1.4倍。因此，欲保证日光温室为蔬菜高产增效提供最佳的适宜条件，先进科学的日光温室建筑热工设计理念和设计方法是基础，先进且高性能的材料与装备是保障。
自20世纪80年代日光温室技术出现后，国内一些学者就开始对日光温室的建筑设计与建造方法进行研究。白义奎等[1]针对沈阳地区日光温室，研究了朝向对进光量的影响，发现朝向在南偏西5°～6°时，日光温室进光量最大。李军等[2]总结了西北型日光温室朝向和前屋面角的设计原理，并给出在西北地区温室朝向宜为正南或南偏西5°～8°。王永宏等[3]以兰州地区日光温室为例，分析了光照随太阳高度角、地理纬度的变化规律，确定了兰州地区日光温室跨度取6 m、脊高取2.8 m、后坡仰角取37.5°、后坡屋面水平投影取1 m、后墙高度取2.03 m、温室长度在40～60 m之间为最佳，冬至日前后透光率达到60.3%。陈秋全等[4]也对高寒地区日光温室结构进行了优化，提出了北纬48°～49°地区日光温室的最佳结构参数为方位角5°～7°、跨度6～6.5 m、前屋面角37°～38°、后坡屋面仰角30°、后坡水平投影长度1.5 m、脊高去3.4～3.5 m。
近些年来，随着经济的发展和能源供需矛盾的激化，国内学者也逐渐开始将先进且高性能的材料与设备引入日光温室墙体。王宏丽等[5]制备了硬脂酸正丁酯与石蜡/稻壳定形相变材料，并构筑了日光温室墙体，试验结果表明，相变温室室内气温波动幅度减小4.1 ℃，最低气温升高1.7 ℃，并有利于室内番茄的生长。郭靖[6]比较了应用于日光温室的内渗型相变材料、外挂型相变材料的效果，发现两种类型相变材料温室均具有一定蓄热保温性能，但是内渗型优于外挂型。梁浩等[7]设计了一种以日光温室后墙为结构支撑的温室蓄放热帘增温系统，白天利用该系统的集放热板吸收太阳辐射热，并通过水介质将热量储存于蓄热水池中；夜晚通过水介质的循环将蓄积的热量释放到温室中。试验结果表明：蓄放热帘增温系统在晴天能使温室夜间空气温度平均提高4.6 ℃，在阴天平均提高4.5 ℃。
纵观日光温室的研究发展历程，虽然农业领域学者对日光温室的建筑设计与建造方法、先进且高性能的材料与设备引入等方面已经进行了大量的研究。但由于缺乏对建筑热工设计理论必要的认识和理解，现有的研究多是沿用传统而落后的农业设施方法，或是简单仿照或照搬他人的方法。其结果是，日光温室太阳能利用率仍然有限，土地利用率仍然较低，室内热环境仍然不断受到挑战。
为此，本研究从日光温室建筑体系一体化设计的角度，结合太阳光热理论、建筑热工理论、相变贮能理论、数值传热学等理论，重点研究日光温室朝向、日光温室“五度”空间参数、日光温室墙体保温与蓄热、日光温室热环境可控技术之间的互为耦合关系，形成一套可为蔬菜高产增效的日光温室绿色建筑设计新理念。
日光温室建筑朝向与结构的优化设计
日光温室的主要热量来源于太阳辐射，然而受太阳运动轨迹动态变化的影响（图1），太阳辐射强度是动态变化的，这种变化规律直接影响日光温室前坡屋面接受太阳辐射强度的大小与有效照射时数。因此，要保证日光温室反季节生产蔬菜高产增效，条件之一是确保日光温室前坡屋面可最大化地截获太阳能；条件之二是确保进入日光温室内的太阳能被高效利用、热能损失最小。为了满足这两个条件，科学确定日光温室朝向是关键问题一，合理确定日光温室的“五度”空间参数（跨度、脊高度、后墙高度、后坡屋面仰角与长度）是关键问题二。
日光温室最佳建造朝向的确定方法
日光温室最佳朝向的科学设计与确定是确保蔬菜生长期最大限度获得太阳能的关键因素之一。国内外很多学者针对不同地域、不同室外气象参数条件、不同日光温室结构特点也展开了相关的研究。但由于我国幅员广阔、太阳运动规律的动态性、作物生长期对光热需求的复杂性，致使已有研究结果的可参照性不够。
为此，本研究基于前期大量关于日光温室建筑热性能理论分析与试验研究的成果，依据建筑热过程、传热学、数学极值理论，以蔬菜生长期日光温室前坡屋面截获太阳辐射能力最大为约束条件，提出了一种关于日光温室最佳建造朝向的简化计算方法。当已知建造日光温室所处地理纬度、温室前坡屋面仰角、蔬菜生产光热需要确保的时期段，即可确定对应条件下日光温室的最佳朝向（方位角γ）（图2）。
结合不同地区太阳辐射强度以及室外气象参数的变化规律，根据上述所提简化计算方法，可给出北京、西安、敦煌、兰州、沈阳、寿光以及乌鲁木齐等太阳能优势地区最佳建造朝向的推荐值（表1），对应的计算时段期为11/1～2/28。
日光温室“五度”空间参数优化方法
日光温室建筑“五度”空间参数不仅影响日光温室太阳能截获量，也影响日光温室环境的热损失，更影响作物生长空间。从日光温室光热环境的角度考虑，确保作物生长期间进入温室太阳能最大、通过日光温室墙体与屋面散失的热量最小是关键。基于此，本研究结合建筑热过程与数值传热学等知识，分析了日光温室热量传递过程，以作物生长关键时期段太阳能截获量与散热量之差综合最大为控制目标，构建日光温室“五度”空间参数优化计算方法。表2为根据该优化方法，以北京地区10 m跨度的日光温室为例，给出的日光温室“五度”空间参数推荐值，对应的计算时段期按11/1～2/28考虑。
日光温室墙体热工性能设计方法
日光温室墙体集蓄热与保温于一体，尤以蓄热最为重要，它是夜晚维持室内环境温度的重要热源。然而，早期的日光温室更多的关注了墙体的保温性能，如采用草苫、加气砖、聚苯乙烯保温板等材料作为日光温室墙体材料，但这类轻质材料的共同特点是导热系数比较小，主要起到保温的作用，蓄热能力甚微；当然还有采用厚重砖墙、土墙、碎石料等作为日光温室墙体材料的，但这类材料导热系数相对比较大、保温性能相对前者要差，另外这类材料虽然质量大，但属于显热（温差）蓄热材料，其蓄热能力直接受周围温度环境影响，即墙体蓄热快、放热也快，白天蓄积的热量在上半夜前期几乎就释放完了。因此，如何科学合理的构筑温室墙体，合理选配温室墙体材料的热工性能，对有效提高进入温室太阳能利用率、最大化减少温室墙体热损失具有至关重要的影响。 新型相变蓄热墙体材料与被动式“三重”结构墙体
根据建筑热工理论，日光温室墙体应选择将保温性能好的轻质材料放置在墙体的外侧层（如保温板等），将保温与蓄热兼而有之的重质材料（如砖、碎石料等）放置在墙体的中间层，将蓄热性能好的材料放置在墙体的内侧层，即被动式“三重”结构墙体体系（图3）。
基于上述思想，本研究团队开发了适于日光温室应用的高性能GH-20型相变蓄热墙体材料，适应于放置在墙体的内侧。该材料相变温度为20～30 ℃，相变潜热为80 kJ/kg，具有无毒无味、蓄放热能力强、物化性能稳定、寿命长等特点，可以实现在较低温度条件下蓄集大量的热量，显著提高吸收太阳能的能力；还可以实现放热过程中独特的热量“开关”作用，即，温室环境温度低于相变蓄热墙体温度幅度越大，墙体的放热速度越大，显著提高热量的有效利用率。
图5为北京地区日光温室应用GH-20型相变蓄热墙体材料的实例。2013年实测结果表明，应用了相变蓄热墙体材料的“相变温室”较“普通温室”的西红柿产量和品质有了显著提高：植株定植23天后，“相变温室”的平均株高较“普通温室”
高出7.6 cm；开花期，前者平均株高高出22.3 cm；坐果期，前者平均株高高出27.6 cm；果实完熟期，“相变温室”的果实横径和纵径均达到“普通温室”的1.4倍，单位种植面积的总产果重量也增长70%。
分析其原因，其中重要原因之一是仅50 mm厚的相变蓄热墙体板的蓄热能力远大于同厚度砖墙的，加之相变蓄热墙体材料的热量“开关”作用，可以将白天蓄存的太阳能在后半夜温室环境最需要热量的时候释放出来，确保温室环境温度总是维持在作物适宜温度区。以2013年1月17日试验结果为例（图6），墙体沿厚度方向的蓄热量分布50 mm的相变蓄热墙体材料层与同厚度的砖墙层显著不同，相变蓄热墙体材料层的有效蓄热量是4.0 MJ/m2，是普通砖墙层的2.1倍；并且内侧层相变蓄热墙体层单位体积有效蓄热量为80.0 MJ/m3，是中间层砌块砖的10倍。
多曲面太阳能空气集热器与主-被动式“三重”结构墙体体系
虽然相变蓄热墙体材料具有很强的蓄热能力，但受墙体传热特性的限制，透过前坡屋面薄膜照射到墙体表面的太阳能影响的墙体深度仅为200～300 mm（如图7），墙体内部层的温度受太阳辐射影响远小于内表面层的，中间厚重墙体层的温度较低，墙体的蓄热能力没有得到充分发挥。
结合本研究团队研发的多曲面太阳能空气集热器（图8），本研究进一步提出了主-被动式“三重”结构墙体体系（图9）。其基本设计理念是，利用多曲面太阳能空气集热器聚光能力强、集热效率高、出风温度高、不受低温结冻影响、体积小、安装维护方便等特点，将集热器加热的空气通过中间层空心砌块砖自上而下形成的墙内空气通道传导给中间墙体层，以此不断循环加热提高中间墙体层温度，达到显著提高中间墙体层显热蓄热量的目的。
2015年12月新疆乌鲁木齐地区实际日光温室应用结果表明，晴天，16 m长多曲面太阳能空气集热器出口空气温度最高可达94 ℃，12：00～17：00集热器出口空气温度始终高于70 ℃，集热器单位面积集热量为7.3 MJ/m2，约为普通墙体的2倍；白天，相变温室墙体内表面温度较普通温室平均提高5.2 ℃、室内环境温度平均提高4.9 ℃；夜间，相变温室墙体内表面温度较普通温室平均提高3.1 ℃、室内环境温度平均提高3.8 ℃，温室墙体整体蓄热能力显著提升。另外，利用该墙体体系可实现温室热湿环境的可控调节。
结论
本文从日光温室建筑体系一体化设计的角度，研究了日光温室朝向、日光温室“五度”空间参数、日光温室墙体保温与蓄热、日光温室热环境可控技术之间的相互耦合关系，并形成相应的设计理念。
◆ 蔬菜作物生长关键期，确保日光温室前坡屋面总是截获太阳辐射能力最大是前提，根据本研究提出的日光温室最佳建造朝向简化计算方法，给出了我国优势地区日光温室冬季生产最佳建造朝向推荐值。
◆ 日光温室建筑“五度”空间参数科学确定，是确保进入日光温室太阳能获得最多、流失最少的重要保证，本研究以作物生长关键时期段太阳能截获量与散热量之差综合最大为控制目标，构建了日光温室“五度”空间参数优化计算方法，并据此给出了北京地区日光温室 “五度”空间参数推荐值。
◆ 日光温室墙体的蓄热能力直接关系到温室夜晚环境温度高低，合理选配温室墙体热工性能、科学构筑温室墙体，对有效提高进入温室太阳能利用率、最大化减少温室墙体热损失具有至关重要影响。为此，本研究基于研究团队研发的高性能相变蓄热墙体材料，提出了温室墙体的外侧层应是高性能的保温板等材料、中间层应是保温与蓄热兼而有之的重质砖墙等材料、内侧层应是具有潜热性能的相变蓄热材料的温室“三重”墙体结构设计理念。
◆ 考虑到透过前坡屋面薄膜照射到墙体表面的太阳能透过墙体的深度有限，通常为200～300 mm，本研究结合研究团队研发的多曲面太阳能空气集热器，进一步提出了主-被动式“三重”结构墙体体系，旨在通过主-被动蓄热的方式，由面到内整体提升温室墙体的太阳能蓄热能力，同时利用该主-被动通风蓄热系统实现温室热湿环境的可控调节，为温室蔬菜生产的高产增效提供全方位的光热环境保证。■
【参考文献】
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研究——基于日光温室[J]. 农机化研究，2012（02）： 137-140.
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性能测试[J]. 农业工程学报，2013（12）： 187-193.
适宜的日光温室光热环境，是确保日光温室冬季蔬菜生产高产增效的关键之一，而日光温室建筑热工性能是影响日光温室光热环境的重要影响因素之一。本研究结合作者近十年的研究成果以及开发研制的相变蓄热墙体材料、多曲面太阳能空气集热器，从日光温室建筑体系一体化设计的角度，结合太阳光热理论、建筑热工理论、相变贮能理论、数值传热学等理论，阐述日光温室朝向、日光温室“五度”空间参数、日光温室墙体保温与蓄热、日光温室热环境可控技术之间的互为耦合关系，并提出了日光温室建筑热工性能优化设计的新理念及其相应的设计方法，以期为日光温室建筑构造理念创新、材料创新、方法创新提供方法参考，为温室蔬菜生产高产增效提供光热环境有效调控新理念。