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太陽能相變蓄熱日光溫室技術應用案例本項目屬於新能源與可再生能源利用科學技術領域，涉及農業日光溫室太陽能光熱利用關鍵技術、相變材料技術、太陽能集熱裝置開發及工程應用。

一、背景

1.技術應用所屬行業特點、機遇與挑戰

隨着我國國民經濟高速增長、人們生活水平大幅提升、城鎮化快速發展，北方地區老百姓已經不再滿足於冬季只能吃到大白菜這類葉菜的生活狀況，需要四季都能吃到番茄、黃瓜這類喜溫的果菜，我國已是世界上最大的蔬菜生產國和消費國。保障城鄉居民蔬菜安全供給是國家重大民生工程，這同時也給設施農業帶來了極大挑戰：如何利用科學理論、方法與技術，用越來越少的耕地資源、越來越貴的勞動力、以及得天獨厚的太陽能資源條件，產出更多、質量更好的鮮食果菜，滿足老百姓豐富餐桌的需要、以及農民收入不斷提高的需要。

2.技術應用所解決的行業難點、熱點問題，必要性及重要意義

日光溫室建設屬於農業工程學科，是我國獨創的用于越冬蔬菜生產的一種農業設施，創始於20 世紀 80 年代，其利用建築圍護結構及其內部微氣候環境，與蔬菜構成半封閉系統，被動式利用通過透明前屋射入溫室內太陽能，為冬季蔬菜生長發育營造所需的光熱環境。日光溫室作為設施農業，為解決長期困擾我國北方地區冬淡季鮮食蔬菜供應問題以及發展「三農」事業做出了巨大貢獻，更是當今西部地區脫貧後農民致富的重要生產手段之一。

本項目從建築設計、相變材料、太陽能集熱裝備、工程實踐應用等方面進行創新，提出可適應地域氣候的高性能日光溫室建築技術體系，顯著提高日光溫室耕地利用率、光熱環境控制能力、太陽能保證率，實現北方地區冬季日光溫室越冬高效生產喜溫果菜，對提高農民收入、促進行業發展，具有很重要的社會、政治與經濟意義。

二、應用案例

1. 項目概述

（以應用為切入點，介紹包括但不限於：應用項目地點、資源及負荷等主要應用場景，以及項目規模、生產能力、關鍵實施步驟、主要功能與創新點、主要實施單位等）

本項目以寧夏回族自治區吳忠國家農業科技園區工程應用為案例進行介紹。吳忠國家農業科技園區總面積 576 km2，種植業核心區占地總面積近 6000 畝，已形成吳忠市區最大的設施蔬菜生產基地及新品種試驗場，是自治區經濟核心區的重要組成部分。吳忠地區雖屬於

太陽能資源豐富地區，年日照時間 3000~3100h/a、年輻射總量 5247.88～6753.75MJ（/ m2·a）；

但冬季寒冷，平均溫度為-9℃、最低溫度達-22℃、最大凍土深度為 0.8~1.0m，傳統日光溫室冬季特別是夜間無法保障越冬生產番茄、黃瓜等經濟性喜溫果菜必須的溫度環境，致使大部分溫室冬季閒置，耕地利用率和經濟效益低。

項目團隊針對吳忠國家農業科技園區既有日光溫室越冬生產喜溫果菜存在的問題，1） 2020 年 7 月提出在園區內新建一棟跨度 9m 示範日光溫室、改造 2 棟既有老舊日光溫室的設計方案，包括相應的工程設計圖紙；2）協助施工單位制定相應的工程實施方案；3）提供示範工程需要的且具有自主知識產權的 GH-20 相變材料、雙集熱管多曲面槽式空氣集熱器產品；4）協助現場施工質量把控，2020 年 11 月工程驗收、交付使用；5）參與黃瓜越冬生產管理過程（2020 年 11 月~2021 年 6 月），並對溫室光熱環境數據進行實時採集和分析，提出溫室光熱環境高效管控運行策略。形成了一套可適於吳忠、銀川地區日光溫室越冬高效生產的太陽能相變蓄熱日光溫室技術體系。實施單位寧夏新起點現代農業裝備科技有限公司、寧夏吳忠市天禾農牧開發服務有限公司。

2. 主要效益

（通過可量化的關鍵指標，描述應用案例的經濟效益或社會效益）

新建日光溫室牆體厚度僅為既有老舊日光溫室的1/10，耕地利用率提高 30%。新建日光溫室在室外溫度低至-23.4℃的嚴寒條件下，溫室內後半夜最低溫度仍然高於 9℃，完全滿足黃瓜生長對溫度環境的需要，黃瓜產量提高12%，太陽能保證率 100%（圖 1）。既有老舊日光溫室改造後，溫室內後半夜最低溫度高於12℃，黃瓜產量提高 20%，太陽能保證率100%（圖 2），徹底改變了冬季無法正常生產越冬喜溫果菜的歷史，顯著提高了土地資源產出率。

三、技術要點

（關鍵技術描述，自主知識產權的設備、技術、產品、軟件等）

本項目基於太陽能光熱利用理論、建築熱工以及建築熱過程理論、相變貯能理論，創新性提出了可適應地域氣候的高性能日光溫室建築技術體系。主要技術要點如下：1）揭示了日光溫室適應地域氣候、全年低能耗高效生產的傳熱機理，發展了日光溫室建築熱工設計理論，提出了高性能日光溫室建築設計新方法；2）發明了高性能 GH-20 水泥基複合相變蓄熱材料及製備成型工藝與工業生產技術，相變材料產品通過了國家建築節能質量監督檢驗中心的性能檢測，GH-20 相變材料導熱係數 0.484W/（m·K）；3）發明了系列適應於日光溫室的高性能多曲面聚光、多管集熱槽式太陽能空氣集熱器製備及工業生產技術，集熱器產品通過了國家太陽能熱水器質量監督檢驗中心的性能檢測，截距效率達70%；4）基於研發的相變蓄熱、聚光型空氣集熱、牆體通風技術，構建了適應地域氣候的日光溫室設計技術體系。

四、應用前景

（行業前景、商業模式、推廣空間、問題挑戰等）

2021 年 1 月 27 日《國家能源局關於因地制宜做好可再生能源供暖工作的通知》：在農業大棚、養殖等用熱需求大且與太陽能特性相匹配的行業，充分利用太陽能供暖。日光溫室原本走的就是「陽光之道」，符合國家「雙碳」目標。隨着我國城鎮化不斷快速推進，巨大的蔬菜周年需求市場，無論是對設施農業的發展規模、生產能力都提出了極大挑戰。

日光溫室具有生產效益高、產業旺、就業好等優勢，是大田作物收益的 15~20 倍；每畝地就業崗位可比大田作物增加 15 倍以上，可帶動相關產業發展。建設標準化、大型化、節能化、機械化、自動化、數字化、信息化、智能化，將是現代日光溫室發展的重要方向和必經之路。隨着國家對日光溫室等設施農業高度重視、以及一系列配套農業政策的大力支持，本項目技術可望為全面提升我國日光溫室建造技術理念和水平、現代設施農業智能化高效運營管理水平、以及土地產出率和資源利用率，實現傳統方式向現代設施農業的轉型與升級，帶動農民就業增收、促進農村繁榮發展，提供重要理論、方法與技術支撐。