几种新兴节能技术在温室建造中的应用
随着能源危机、环境污染、能源枯竭等问题越来越严重，社会各界对清洁、可再生能源的可持续性发展日益重视，新型能源以及提高能源使用效率和开发可再生能源的节能技术成为了国际学术界和各国研究、开发的重点。
在农业生产体系中，设施园艺是相对高耗能、高投入、高产出的产业。目前对设施园艺的新材料、新技术和新能源的研究中，主要倾向于发展对太阳能和浅层地热的利用，作为替代能源，通过非晶硅太阳能薄膜电池。复合相变材料、地源热泵等节能技术，实现可持续农业的发展，取得经济、节能、环保三重效益。非晶硅太阳能薄膜技术。
在众多的可再生能源中，太阳能受地理环境或气候因素的限制相对较少，而且太阳能光伏电池是一种重要的可再生能源，能够达到零污染排放，实现了对太阳能的环保、节能的利用。太阳能电池的类型。
太阳能电池主要分为单晶硅电池、多晶硅电池和非晶硅薄膜电池。其中，单晶硅和多晶硅电池在生产过程中需要消耗大量能源，排放有毒物质，成本和造价比较昂贵，我国自2009年开始已将多晶硅列为产能过剩行业，以避免对环境的进一步污染。而用硅量极少、成本较低、环保、既是高效能源产品，又可作为新型建筑材料的非晶硅薄膜电池成为了太阳能电池行业发展的主流技术。
非晶硅太阳能薄膜电池，是一种以非晶硅化合物为基本组成的太阳能电池。通过将非晶硅薄膜太阳能电池安装在温室的顶部，利用透明薄膜太阳能光伏夹层玻璃替代传统的大棚薄膜，不仅可以滤掉紫外线，让红光穿透进来(还有部分的蓝光透过)，让植物在温室内进行正常的光合作用，同时电池板产生的直流电能也可直接用于照明、补光或多层的植物工厂的营养液循环等活动，将光能转化为电能，实现低成本光能发电。
◎制造工艺简单，可连续、大面积、自动化批量生产。
◎制造过程消耗电力少，能量偿还周期短。
◎温度系数低。太阳能光谱分布比较宽，而晶体硅电池只能吸收能量比自己带隙高的光子，其他光子被吸收转换为热量或将能量传递给材料分子，使材料发热，这些热效应会使晶体硅电池的发电效率下降，非晶硅带隙相较比晶体硅宽，温度系数影响明显低于晶体硅。
◎弱光性能强。由于非晶硅的价带电子能级低，在弱光条件下非晶硅电池也可具有良好的光电效率。
◎转换效率较低。由于Staeller—Wronski效应(光衰现象)，商品化的单结非晶硅电池一般大约只有5％的稳定转换效率。而多结电池的理论转换效率比单结电池高出许多，因此为进一步提高效率，生产上常采用多结电池的结构。
◎稳定性问题。非晶硅太阳能电池在强光辐照下其光电导率和暗电导率下降，经160℃的温度进行热处理，又恢复到原来的数值，即光衰现象，是影响其大规模生产的重要因素。目前主要采用氢稀释和开发多结电池两种方法来提高材料质量、稳定转换效率，通过这些措施，已使大面积生产的稳定效率高于10％。
◎成本问题。非晶硅太阳能电池投资额是晶体硅太阳能电池的5倍左右，且成本回收周期较长，有一定的资金壁垒。
太阳能利用在时间和空间上的不匹配问题成为了限制其利用率的主要障碍。而热能储存是提高太阳能源利用率的一种新技术，将不用或多余的热能通过一定的介质储存起来，需要时再释放利用，有助于提高能效和开发可再生能源。
相变储能材料可以在其本身发生相变的过程中吸收环境的热(冷)量，并在需要时向环境放出热(冷)量，从而达到控制周围环境温度的目的，较好地解决了能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾，有效地提高了能量的利用率。同时，相变储能材料在相变过程中温度基本上保持恒定，能够用于调控周围环境的温度，并且能重复使用。
传统日光温室的结构较为简单，保温和蓄热性能较差。夏季，白天常需通过湿帘冷风机降温，以避免棚内温度过高；冬季，晚上又需烧煤供暖以维持棚内温度。不但太阳能没有得到充分利用，而且消耗了大量常规能源，废气的排放还对环境造成了污染。利用相交复台材料不仅能为温室储藏能量，还具备自动调节湿度的功能，降低了温室的运行费用和能耗。因此，利用相变材料改造温室结构是解决温室大棚夏季降温、冬季供暖和有效利用太阳能等问题的有效手段。
根据相变前后形态的变化，相变材料主要分为固一固相变材料、固一液相变材料、固一气相变材料及液一气相变材料。其中，固一气相变材料和液一气相变材料在相变过程中有大量气体存在，材料体积变化较大，很难应用于相变墙领域。因此，现有的研究主要集中在固一固相变材料和固一液相变材料。
根据相变材料的物质性质，相变材料可分为无机材料、有机材料和复合材料。无机相变材料主要包括结晶水台盐、熔融盐、金属台金等无机物：有机相变材料主要包括石蜡、羧酸、酯、多元醇等有机物；复合相变材料主要是有机和无机共融相变材料的混合物。
目前，在温室建造上常将各类相变材料按照一定比例复台后，能够克服它们各自由于相变温度过高而失去应用价值的缺点，使复合物的相变温度控制在适宜的温度范围内。所以发，可以将各类相变材料按比例与其他建筑材料通过直接浸泡法、微胶囊法、定形法或多孔材料吸附法等方法复合，构成具有特定相变温度和较高相变焓的相变复合建筑材料，能够扬长避短，充分利用不同材料的优点，克服各自的不足，经过相应的后处理，就可根据实际需求应用到温室的建造中。
用于温室结构中的理想相变材料，不仅要满足节能建筑的要求，还要满足植物对生长环境的要求，综台归纳为以下几点：①相变温度在温室设计温度要求控制的范围内，并且在植物生长的适宜温度附近：②相变时。体积膨胀或者收缩率小，③相变潜热值大；④相变的可逆性好，稳定性好，过冷或者降解现象少；⑤相变材料的成本较低，制造方便，经济实用；⑥无毒、无腐蚀性、不泄漏、不污染环境。
农业温室中常用的相变材料为CaCl2·6 H2O、Na2SO4·10H2O、石蜡、聚乙二醇、脂肪酸类等。由于这些材料本身特性的限制，在应用中还存在着许多问题。
◎无机水合盐类。
CaCl2·6H2O和NO2SO4·10H2O是温室储热常用的无机水合盐材料，具有潜热大、导热系数高、相变过程稳定、体积变化小等优点，可以达到良好的储热节能和除湿效果，但是在放热过程中存在较严重的过冷现象和相分离，导致放热不稳定和寿命缩短，一般可以通过加八成核剂、增稠剂或改变。
晶体结构添加剂等办法进行改良。
◎石蜡：石蜡具有较高的潜热值，价格低廉，物理性能良好，热稳定性较好，无腐蚀性，温度范围宽泛等优点，但同时石蜡也存在导热系数低、体积变化大的缺点。在应用中往往加^金属填充物或采用翅片管等方法以提高其导热性能，以及利用塑料容器来解决熔化和凝固过程中体积变化过大的问题，常常用作复合相变材料的原材料，以提高熔解潜热。
◎脂肪酸类脂肪酸具有相对其他相变材料更好的熔化和凝固特性，且性质稳定、无毒、体积变化小、相变潜热大，相变温度范围在30℃—40℃之内，适合在被动式太阳能建筑中作为蓄能材料。但有机类材料通常导热系数小、熔点较低、易挥发。可通过加入一定比例的碳纤维来提高它的热导率，同时也可达到耐腐蚀的效果。浅层地热泵。
浅层地热能是指地下200m以内土壤和地下水中所蕴藏的地温热能。和其他能源相比，具有分布广泛、可循环再生、储量巨大、可就近利用等优点，是一种非常重要的新型清洁能源。目前，地源热泵技术是最有效的开采浅层地热的方法，该技术利用了地下浅层地温变化较小和蓄能的特点，兼具加温和制冷双重功能。其工作原理是通过消耗部分电能或其他高品位能驱动热泵机组运行。冬季，以大地为低温位热源，通过热泵机组从大地中提取热量，供给室内采暖．夏季，则以太地为高温位热源，将室内的热量输送到大地土壤中，以达到制冷的目的。在高呼节能减排、可持续发展的今天，地源热泵技术使得我们对浅层热能的开发利用成为现实。
在农业温室生产中，传统温室耗能较高，效率较低，而且冬季的加温设施容易对大气造成污染。而地热源温度较为恒定，常年维持在18度左右，在冬夏两季可分别提供相对较低的冷凝温度和较高的蒸发温度。此外，地源热泵系统中的地下?埋管换热系统在地下运行，从而减小了对地面空气的热及噪音污染，而且它不向外界排放任何废气、废水和废渣。因此，将地源热泵技术应用于温室的供热与降温系统，不仅能够充分开发浅层地热，也是一种理想的可再生能源室调技术，符合农业可持续发展的要求，在设施农业领域得到了广泛的应用。
地源热泵的类型。
根据对浅层地热的利用形式，地源热泵可以分为：地下埋管式地源热泵(土源热泵)、地下水源地源热泵和地表水源地源热泵3种主要形式。
常用的地下埋管式地源热泵，又根据其地下管线的排布方式，太体上可以分为水平管线地源热泵、垂直管线地源热泵、水源热泵和开放型地源热泵。地源热泵的特性。
◎绿色环保，高效节能，运行费用低。地源热泵能耗仅为传统供热方式的20％—30％，运行费用降低30％以上，节能效果显著。
◎实现了能源的可持续利用，对环境无污染。利用热泵系统供暖制冷，总体上冬季采出热量可与来自地层下的传导热量以及夏季储存热量实现平衡，不对周围环境产生任何污染，环保效果相当显著。
◎运行稳定可靠，使用寿命长，自动化程度高，易于管理。
◎一机多用，节省土地资源，应用范围广泛。
地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，资源条件到处具备．从严寒地区至热带地区均可采用浅层热泵的方式对其进行利用。地源热泵在应用中存在的问题。
◎推广、建造成本较高。在设施农业中应用地源热泵的初期投资较大，以中国农业大学上庄实验站温室地源热泵系统为例，于2006年建成的地下水地源热泵空调系统，总投资超过了73万元。如此高的初投资费用对干以生产农副产品为主的温室产业来说，推广及建造还存在着许多困难。但已有一些以政府补贴方式经营的农业生态园区中开始推广使用地源热泵空调系统，运行、维护费用低，使用寿命长以及环保等优点使其具有很大的发展潜力，随着能源危机和环境恶化的不断加剧，热泵技术的不断研究与完善，地源热泵系统的优势将更加明显。
◎降温效果还有待提高。由于热泵系统制冷是采用显热降温的原理，所以在夏季利用地源热泵空调系统对温室降温，与利用传统的湿帘一风机系统潜热降温的效果还存在一定差距。因此，在实际使用时，可以采用两者联合降温，不仅克服了湿帘一风机系统导致的温室湿度大的缺点，也可以降低运行成本，达到最好的降温效果。
◎热泵长期运行后稳定性下降、对地质环境有一定影响。埋管式地源热泵系统由于需要较大的换热温差和较高的埋设密度，对局部地温场的干扰比较大。并且地下水热泵系统中的回灌技术目前还不够成熟，易造成回灌井的堵塞以及不同程度的水质污染。如果系统长时间运行，地下水或地埋管周围土壤温度短时间内难以恢复，则会导致系统的性能下降。一方面可以通过添加冷却塔降温系统或开发冰蓄冷削峰填谷技术作为降温的辅助手段，以缓解系统的运行强度，保证制泠效果；另一方面需要对地下水以及土壤层内温度的变化进行长期监测，及时掌握地温变化动态、水土质量和地面变形情况，防止对环境造成污染或产生地质问题。
结论。
从2010年开始，非晶硅太阳能薄膜电池技术已经在江苏、山东等地区的农业生态项目中得到应用，实现了棚顶发电、棚内种菜，并通过夜间应用LED灯调节植物的生产周期，使得产量及品质得到了大幅提高，对于农业结构的调整、升级和“三农”问题的解决有重要作用。但对于非晶硅太阳能电池的转换率以及稳定性方面的提高，还有待于进一步的研究。
目前，相变材料在温室节能领域已有一定的进展，并已经开展了相应的研究。针对生产中面临的许多问题，对于相变储能材料在温室应用的研究方向上，开始着力于开发更好的具有合适的相变温度与相变焓、性价比高的材料，提高相变速率的方法和与建筑材料相容后的储热、传热特性等。随着这些研究的深入和实施，相变材料将极大的推动温室节能技术的发展。
浅层热泵已经开始在部分城市级区域的建筑上推广应用，虽然运行费用相对燃油锅炉和普通空调要低的多，但初期投资较大，在设施农业中应用地源热泵仍存在一定的资金壁垒。今后可尝试在一些面积较大、档次较高的设施项且上采用地源热泵作为供暖和降温手段，进一步研究在温室中的应用模式以及控制参数，以降低初期投资和运行成本，同时又能满足植物的生长环境需求，最大限度地发挥浅层地能的作用。