【摘 要】
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日光温室在设施农业中占据重要地位。日光温室蓄热墙体通过蓄放热维持室内温度稳定,保证作物生长。但传统日光温室北墙多采用粘土、砖墙作为蓄热层材料,存在破坏环境、浪费资源、施工成本高等问题,已不能满足现代化日光温室的发展需求,亟需开发新型、低成本、节能环保蓄热墙体材料。相变材料（PCM）是通过物理相变过程吸放热实现热量的存储与释放,能维持温室内温度稳定在其相变点附近,从而达到调节室温、促进作物生长的目的
【基金项目】
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陕西省技术创新引导专项（2021QFY08-01）,大型智能蓄热装配化温室结构关键技术研究；
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日光温室在设施农业中占据重要地位。日光温室蓄热墙体通过蓄放热维持室内温度稳定,保证作物生长。但传统日光温室北墙多采用粘土、砖墙作为蓄热层材料,存在破坏环境、浪费资源、施工成本高等问题,已不能满足现代化日光温室的发展需求,亟需开发新型、低成本、节能环保蓄热墙体材料。相变材料（PCM）是通过物理相变过程吸放热实现热量的存储与释放,能维持温室内温度稳定在其相变点附近,从而达到调节室温、促进作物生长的目的,成为新型蓄热墙体材料的研究热点。本研究采用相变材料Na2SO4·10H2O和Na2HPO4·12H2O二元体系做蓄热基材,研究两相组成比例对二元体系相变潜热、熔点温度、结晶温度和过冷度的影响;以KCl作为相变温度调节剂、高吸水性树脂作为载体对二元相变体系进行改性研究;运用物理法制备二元体系复合定形相变材料,采用3因素5水平正交试验,确定二元体系复合定形相变材料各参数的最佳配比。对相变温室各层材料选择和温室结构设计,以期获得一种用于相变温室的轻质装配式日光温室结构。利用comsol进行温室模拟得出各层最佳厚度,最后进行等比缩小温室模型进行验证。主要结论如下:（1）Na2SO4·10H2O-Na2HPO4·12H2O体系改性试验研究。Na2HPO4·12H2O增加,Na2SO4·10H2O的结晶点、过冷度和相变潜热值呈波动,熔点温度与理论值相接近;KCl增加,二元体系的结晶点、熔点和相变潜热值逐渐降低,过冷度呈现波动;高吸水性树脂增加,二元体系的过冷度先减小后增大,结晶温度和相变潜热值先增大后减小,相变材料无相分层,无液相产生。（2）复合定形工艺参数优化及性能测试。最佳参数优化组合是KCl含量6.11wt%、树脂含量6.99 wt%、Na2SO4·10H2O含量18 wt%;经验证结果相变潜热值145.18 J/g、熔点21.45℃、结晶点12.91℃、过冷度1.55℃,试验结果与优化结果基本相符。最终制备的复合定形相变材料宏观加热无液相泄漏,100次循环后,相变潜热为127.8 J/g,比循环1次衰减了11.2%,具有良好热物性和循环稳定性。通过场发射扫描电子显微镜（SEM）微观形貌观察,复合无机相变盐类大部分被包裹在高吸水性树脂的三维网络结构中。（3）基于comsol温室传热模拟及温室模型试验研究。保温层材料选择EPS泡沫聚苯板;隔热层选择软木;对墙体结构进行优化改进,设计出适用于相变蓄热材料的墙体;进行comsol模拟仿真,EPS泡沫聚苯板厚60 mm,软木块厚200 mm,相变材料厚20 mm;通过等比缩小的温室模型进行试验,晴天、阴天、雨天、极限晴天和极限阴天相变温室的一天室内最低温度与室外最低温度差值相对其他两种温室至少提高4.402℃、1.08℃、0.35℃、2.606℃和2.106℃,相变温室的夜间室内平均温度与夜间室外平均温度差值相对其他两种温室至少提高5.242℃、1.348℃、0.052℃、4.119℃和1.544℃。故相变材料在各种天气条件下都可以提高温室室内温度,其中晴天提升效果最佳,阴天其次,雨天最差;极限天气下,晴天最佳,阴天最差。
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