日光温室是一种可在寒冷季节为反季节作物提供适宜生长环境的设施农业建筑。但传统温室仅利用墙体内表面吸收太阳辐射能蓄热,蓄热深度浅,且墙体材料依靠显热方式蓄热,蓄热量较少,特别是我国西北地区冬季气候寒冷,夜间温室散热量大。在以上多种因素的综合作用下,夜间温室内气温往往较低,难以维持温室作物生长所需的热环境。为改善日光温室作物生长环境,提高温室墙体对其室内热环境的调控能力,本文提出一种主被动相变蓄热温室墙体系统,采用实验与数值模拟分析相结合的方式,重点围绕主被动相变蓄热墙体的构筑方法及其对温室热环境的改善作用,并针对墙体中蓄热用相变材料的选型及系统的放热风速优化等方面开展了一系列研究。首先,开展了广泛的文献调研,归纳总结了当前国内外学者在改善温室热环境方面取得的进展,分析了传统日光温室墙体在蓄热和放热性能方面不足。结果表明,将相变材料置于墙体内,可对日光温室热环境产生“削峰填谷”、维持稳定的作用,但被动的蓄热方式仍难以有效挖掘提升温室墙体内部的蓄热性能。为提高墙体对温室热环境的调控能力,本文结合墙体相变蓄热、主动蓄热相关研究存在的优势,提出一种主被动相变蓄热墙体系统。该墙体顶部设有聚光型集热器,内部蓄热层嵌入充满相变材料的不锈钢箱体,通过不锈钢盘管连接系统各部,以空气为热媒,利用变频风机提供动力,使得热量在系统内流动。白天主动蓄热时,盘管连接集热器与墙体蓄热层,将集热器提供的热量直接储存于箱体内相变材料及蓄热砖层中,以提高墙体的蓄热量;夜间盘管开式连接墙体蓄热层与温室内空气,以通风形式主动放热,提高墙体放热量,改善温室热环境。其次,搭建了主被动相变蓄热温室实验台,对温室热环境的改善效果进行了实验测试,选取3日典型晴天条件下实验数据进行分析,并与同尺寸的普通温室进行对比。实验结果表明,在辐射得热以及主动蓄热的共同作用下,墙体蓄热量大幅提升,与普通温室相比,主被动墙体内表面温度提高了2.96℃,土壤表面温度提高了2.73℃,被动放热条件下夜间温室内气温提高了约1℃,主动放热条件下提高了1.34℃,日有效积温提高了71.06%～84.2%,有效缩短了每日不舒适生长时间3～4 h。对温室系统能耗进行测量,测得系统每日耗电量约为0.5 kWh～1 kWh,系统运行成本较低。第三,建立了与实际温室结构、尺寸相同的传热模型,带入实际材料参数以及气象边界条件进行实验验证。结果表明,数值计算结果与实验测试各温度测点最大绝对误差1.99℃,平均绝对误差1.04℃,平均相对误差6.09%,数值计算结果与实测数据拟合良好,此传热模型可用于主被动相变蓄热温室的传热特性分析。第四,增强墙体蓄热能力是提升其对温室热环境调控能力的重要途径,相变材料作为本墙体系统中重要蓄热元件,其蓄热能力将直接影响墙体总体蓄放热能力,为此,本文选取相变峰值温度分别为20.5℃,25.5℃,30.5℃,35.5℃,40.5℃,以及焓值为217.2J/g,162.9 J/g,108.6 J/g的15种相变材料进行模拟计算。结果表明,墙体主动蓄热量及主动放热量随相变材料的熔点降低以及随焓值提高而提高。选用焓值为217.2 J/g,相变峰值温度为20.5℃的相变材料时墙体蓄放热能力最强,在典型晴天条件下(当日累积太阳辐射照度为19.80MJ/m~2),其主动蓄热量及主动放热量分别为28.70MJ及7.12MJ。第五,对于主被动相变蓄热墙体系统,调节放热风速是提升墙体对温室热环境调控能力的另一重要途径。本文选用放热风速为2m/s,3m/s和4m/s三种主动放热工况及无通风被动放热工况,运用实验测试的数据作为边界条件进行模拟分析。结果表明,墙体总放热量随风速提高而增大,在当日室外气温为0.1～8.9℃条件下,放热风速为2m/s,3m/s,4m/s以及被动放热条件下墙体放热量分别为13.31MJ,14.49MJ,15.55MJ以及10.80MJ。相较于被动放热,夜间室内气温分别提升了1.1℃,1.6℃,1.9℃。分析发现,放热风速3m/s与4m/s对温室内热环境影响区别较小,在保证墙体对室内热环境有效调控的基础上应尽量减小耗电量以及其热量损失,因此温室内夜间放热较优风速为3m/s。将第三、四章结论结合,即选用焓值为217.2J/g,相变峰值温度为20.5℃的相变材料作为蓄热元件,并选定3m/s为温室内夜间放热风速进行模拟运算。通过与普通温室对比可知,在典型晴天条件下(当日累积太阳辐射照度为19.80MJ/m~2,室外气温为0.1～8.9℃),墙体蓄热量提高了28.09MJ,放热量提高了9.84MJ,放热效率提高了3.84%,夜间室内最低气温提升3.59℃,室内温度场均匀性提高了26.6%,为温室内作物提供了更为舒适的生长环境。本文提出并建立新型主被动相变蓄热温室墙体系统,分析其对温室热环境的改善效果,并使用数值方法对温室整体热环境进行运算分析,可为西北地区新型日光温室设计建造及其热环境调控提供参考。