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研究背景
日光温室是中国进行蔬菜越冬生产的主要园艺设施，其主要特点是在不加温或少量加温的条件下保持较高的室内气温，满足作物生长需求，具有节约能源、生产效益好等优势。日光温室的快速发展，保障了北方冬季蔬菜供应，改善了人民生活质量，对于推动精准扶贫和乡村振兴具有非常重要的意义。2018年，设施园艺信息网数据显示中国日光温室面积已达到866万亩（5.7×105 hm2）[1]。
传统日光温室的后墙兼具保温和蓄热双重功能，可在日间储蓄太阳能，并在夜间向室内释放，是维持室内气温的重要构件[2]。为了储蓄热量，传统日光温室的后墙需要使用夯土、黏土砖等重质材料建造（图1），使得日光温室施工质量和施工效率较低、建造成本较高，不利于日光温室的可持续发展。另外，我国近年来面临着城镇化和老龄化进程的加快，设施蔬菜生产劳动力不足的问题愈加突出，迫切需要实施“机器换人”。但日光温室室内空间狭小，不利于农机装备的高效作业。因此，传统的日光温室必须进行变革以适应新时代设施园艺产业发展的要求，更好地为我国国民经济的发展提供助力。
在上述发展背景下，日光温室最近几年出现两种发展趋势：一种是使用轻质保温后墙替代传统墙体，该墙体使用聚苯板等保温板材或砌块建造[3]，可装配化施工，具有施工效率高、建造成本低等特点，得到了较多应用。此外，还可以使用柔性保温材料替代保温板材[4]或砌块建造后墙[5]，以进一步提高施工效率。另一种是彻底取消温室后墙，加大跨度，形成大跨度外保温塑料大棚[6-7]。这种新型塑料大棚一般南北走向，跨度16～20 m，脊高6 m左右，外侧覆盖可卷放保温被，具有较好的保温性能。与日光温室相比，大跨度外保温塑料大棚不仅造价低，而且土地利用率高，还具有较大的室内空间，能够满足大多数农机装备的作业需求。
但上述2种类型的新型园艺设施，与传统日光温室相比存在共同的弱点：缺乏蓄热构件，日间蓄热能力低，致使冬季夜间室内气温较低，很难满足室内植物的温度要求，从而限制了上述设施的大面积推广应用及对设施园艺产业的推动作用。
针对上述问题，研究团队研发了一种日间收集并储存温室空气中的热能、夜间再释放出来提升室内气温的主动集放热系统——表冷器-风机集放热系统。该系统通过悬挂在室内空间高位处的表冷器-风机，以水气换热方式，日间收集空气中的盈余热量并储存起来，夜间再将这部分热量向室内释放以提高室内气温。表冷器-风机体积小且在紧靠温室屋脊的下方安装，不会对室内作物的采光产生影响。
为验证该系统对保温后墙日光温室和大跨度外保温塑料大棚室内气温的调节效果及其应用可行性，团队于2018年1～3月、2018年12月～2019年3月、2019年12月～2020年2月，在三地4種新型温室（北京市轻型保温后墙日光温室、宁夏回族自治区银川市兴庆区南北向大跨度外保温大棚和柔性保温后墙日光温室、内蒙古自治区赤峰市宁城县东西向大跨度外保温大棚）开展了试验（图2），以期为推动上述新型温室的发展提供技术和装备支撑。
表冷器-风机集放热
系统组成与工作原理
表冷器-风机集放热系统主要包括表冷器-风机、供水管路、回水管路、潜水泵、蓄热水池、PLC控制系统、控制系统的气温及水温传感器等，如图3所示。日间集热过程中，由于水温低于气温，表冷器-风机内空气中储存的热能通过强制对流换热方式转移到水中，最终储存在蓄热水池中;夜间室内气温较低时，由于水温高于气温，表冷器-风机内水中储存的热能通过强制对流换热方式转移到空气中，提高室内气温。如图4所示，系统的核心换热部件表冷器-风机，日间集热时的功能是集热，夜间放热时的功能是放热。
对轻质保温后墙日光温
室室内气温的调控效果
试验温室
试验日光温室位于北京市通州区潞城镇中农富通园艺有限公司的通州国际农业科技园内（39.8?N，116.7?E）。东西长50 m，南北跨度8 m，脊高3.8 m，后墙高2.6 m，后屋面长1.5 m，后坡仰角45?。温室后墙、后屋面及两侧山墙均采用150 mm聚苯乙烯发泡板装配而成，泡沫板两侧涂抹抗裂砂浆，墙体只有保温功能，没有蓄热功能。前屋面覆盖0.1 mm PVC塑料薄膜。保温被被芯为针刺毡，无其他加温设备。沿温室东西方向中间位置用PC板将测试温室均分为东、西两部分，分别作为试验温室和对照温室。
试验期间温室内栽培番茄，两间温室同时定植，采取完全相同的管理措施。8：00～9：00揭开保温被，16：30左右关闭保温被。晴天的10：00左右通过卷膜器打开温室上通风口进行自然通风，13：00左右关闭。通风口安装有防虫网。试验现场如图5所示。
集放热系统组成及其运行模式
试验温室内的表冷器-风机集放热系统，由3台表冷器-风机、进水管路、回水管路、保温蓄热水池、1台潜水泵、PLC控制系统、控制系统的气温和水温传感器组成。表冷器-风机悬挂于屋脊下方、距地面3 m高度处，分别与供水管路和回水管路相连。风机将室内空气由北侧经表冷器后吹向前屋面，以利于气流循环。蓄热水池位于温室内，挖建而成，底部及四周粘贴发泡聚苯板进行保温，长4.26 m，宽2.40 m，深1.60 m，实际蓄水量为4.6 m3。潜水泵位于蓄热水池中。
白天（8：00～16：30），当控制系统监测到温室气温高于22℃且高于水温5℃时，启动风机和潜水泵，潜水泵将蓄热水池中的水媒以一定压力和流量泵入表冷器，水与空气在表冷器中通过强制对流的方式进行热交换，吸收空气中的热能后回流至蓄热水池中。水媒在系统中不断循环，温度逐渐升高，便将日光温室内空气中的盈余热能收集并储存起来。当温室气温低于22℃，或气温与水温的差值
日光温室是中国进行蔬菜越冬生产的主要园艺设施，其主要特点是在不加温或少量加温的条件下保持较高的室内气温，满足作物生长需求，具有节约能源、生产效益好等优势。日光温室的快速发展，保障了北方冬季蔬菜供应，改善了人民生活质量，对于推动精准扶贫和乡村振兴具有非常重要的意义。2018年，设施园艺信息网数据显示中国日光温室面积已达到866万亩（5.7×105 hm2）[1]。
传统日光温室的后墙兼具保温和蓄热双重功能，可在日间储蓄太阳能，并在夜间向室内释放，是维持室内气温的重要构件[2]。为了储蓄热量，传统日光温室的后墙需要使用夯土、黏土砖等重质材料建造（图1），使得日光温室施工质量和施工效率较低、建造成本较高，不利于日光温室的可持续发展。另外，我国近年来面临着城镇化和老龄化进程的加快，设施蔬菜生产劳动力不足的问题愈加突出，迫切需要实施“机器换人”。但日光温室室内空间狭小，不利于农机装备的高效作业。因此，传统的日光温室必须进行变革以适应新时代设施园艺产业发展的要求，更好地为我国国民经济的发展提供助力。
在上述发展背景下，日光温室最近几年出现两种发展趋势：一种是使用轻质保温后墙替代传统墙体，该墙体使用聚苯板等保温板材或砌块建造[3]，可装配化施工，具有施工效率高、建造成本低等特点，得到了较多应用。此外，还可以使用柔性保温材料替代保温板材[4]或砌块建造后墙[5]，以进一步提高施工效率。另一种是彻底取消温室后墙，加大跨度，形成大跨度外保温塑料大棚[6-7]。这种新型塑料大棚一般南北走向，跨度16～20 m，脊高6 m左右，外侧覆盖可卷放保温被，具有较好的保温性能。与日光温室相比，大跨度外保温塑料大棚不仅造价低，而且土地利用率高，还具有较大的室内空间，能够满足大多数农机装备的作业需求。
但上述2种类型的新型园艺设施，与传统日光温室相比存在共同的弱点：缺乏蓄热构件，日间蓄热能力低，致使冬季夜间室内气温较低，很难满足室内植物的温度要求，从而限制了上述设施的大面积推广应用及对设施园艺产业的推动作用。
针对上述问题，研究团队研发了一种日间收集并储存温室空气中的热能、夜间再释放出来提升室内气温的主动集放热系统——表冷器-风机集放热系统。该系统通过悬挂在室内空间高位处的表冷器-风机，以水气换热方式，日间收集空气中的盈余热量并储存起来，夜间再将这部分热量向室内释放以提高室内气温。表冷器-风机体积小且在紧靠温室屋脊的下方安装，不会对室内作物的采光产生影响。
为验证该系统对保温后墙日光温室和大跨度外保温塑料大棚室内气温的调节效果及其应用可行性，团队于2018年1～3月、2018年12月～2019年3月、2019年12月～2020年2月，在三地4種新型温室（北京市轻型保温后墙日光温室、宁夏回族自治区银川市兴庆区南北向大跨度外保温大棚和柔性保温后墙日光温室、内蒙古自治区赤峰市宁城县东西向大跨度外保温大棚）开展了试验（图2），以期为推动上述新型温室的发展提供技术和装备支撑。
表冷器-风机集放热
系统组成与工作原理
表冷器-风机集放热系统主要包括表冷器-风机、供水管路、回水管路、潜水泵、蓄热水池、PLC控制系统、控制系统的气温及水温传感器等，如图3所示。日间集热过程中，由于水温低于气温，表冷器-风机内空气中储存的热能通过强制对流换热方式转移到水中，最终储存在蓄热水池中;夜间室内气温较低时，由于水温高于气温，表冷器-风机内水中储存的热能通过强制对流换热方式转移到空气中，提高室内气温。如图4所示，系统的核心换热部件表冷器-风机，日间集热时的功能是集热，夜间放热时的功能是放热。
对轻质保温后墙日光温
室室内气温的调控效果
试验温室
试验日光温室位于北京市通州区潞城镇中农富通园艺有限公司的通州国际农业科技园内（39.8?N，116.7?E）。东西长50 m，南北跨度8 m，脊高3.8 m，后墙高2.6 m，后屋面长1.5 m，后坡仰角45?。温室后墙、后屋面及两侧山墙均采用150 mm聚苯乙烯发泡板装配而成，泡沫板两侧涂抹抗裂砂浆，墙体只有保温功能，没有蓄热功能。前屋面覆盖0.1 mm PVC塑料薄膜。保温被被芯为针刺毡，无其他加温设备。沿温室东西方向中间位置用PC板将测试温室均分为东、西两部分，分别作为试验温室和对照温室。
试验期间温室内栽培番茄，两间温室同时定植，采取完全相同的管理措施。8：00～9：00揭开保温被，16：30左右关闭保温被。晴天的10：00左右通过卷膜器打开温室上通风口进行自然通风，13：00左右关闭。通风口安装有防虫网。试验现场如图5所示。
集放热系统组成及其运行模式
试验温室内的表冷器-风机集放热系统，由3台表冷器-风机、进水管路、回水管路、保温蓄热水池、1台潜水泵、PLC控制系统、控制系统的气温和水温传感器组成。表冷器-风机悬挂于屋脊下方、距地面3 m高度处，分别与供水管路和回水管路相连。风机将室内空气由北侧经表冷器后吹向前屋面，以利于气流循环。蓄热水池位于温室内，挖建而成，底部及四周粘贴发泡聚苯板进行保温，长4.26 m，宽2.40 m，深1.60 m，实际蓄水量为4.6 m3。潜水泵位于蓄热水池中。
白天（8：00～16：30），当控制系统监测到温室气温高于22℃且高于水温5℃时，启动风机和潜水泵，潜水泵将蓄热水池中的水媒以一定压力和流量泵入表冷器，水与空气在表冷器中通过强制对流的方式进行热交换，吸收空气中的热能后回流至蓄热水池中。水媒在系统中不断循环，温度逐渐升高，便将日光温室内空气中的盈余热能收集并储存起来。当温室气温低于22℃，或气温与水温的差值