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在提倡农业清洁生产的今天，日光温室在我国得到了长足的发展。但日光温室由于自身结构原因，对温室内环境温湿度调控能力不足，需要辅助设施调节室内的热湿环境。传统调节手段会消耗大量能源，增加碳排放和产生环境污染等问题。而日光温室利用可再生能源调节热湿环境既节能环保，又可以减少环境污染。土壤-空气换热器是一种利用浅层地热能的热湿调控技术，在冬季对换热管内空气进行升温处理，在夏季进行降温，应用于日光温室热湿环境调控有良好的使用效果和经济效益。因此本文以日光温室内的土壤-空气换热器为研究对象，对换热管内空气的热湿变化规律进行了试验与模拟研究。
在太原市小店区的一栋日光温室内搭建试验平台，对土壤-空气换热器的夏季和冬季运行期进行了实地测试。试验结果表明：（1）在日光温室内，土壤-空气换热器的潜热换热量不能忽视，应用全热换热量综合考量土壤-空气换热器的换热性能。（2）在夏季运行期内，换热管长度相同时，换热管内空气流速越小，空气的出口温度越低，温度也越平稳。管长17.2m时，管内空气流速为2m?s-1，4m?s-1，6m?s-1，运行期平均温降分别为8.78℃，7.84℃，6.26℃。随着换热管管长增加，单位管长温降逐渐下降，采取增加管长方式来获取更低的出口空气温度是不经济的。管内空气流速越大，管长对土壤-空气换热器的换热增益效果越差。建议土壤-空气换热器换热管使用短管并联方式连接。当处理的空气流量相同和使用的管材长度相同时，采用多根短管并联方式，每根换热管的空气流速也更小，换热将更充分。（3）土壤-空气换热器冬季运行期，管内空气热湿变化规律与夏季相类似。管长17.2m，运行期内换热管内空气平均温升为4.43℃，在冬季对温室有一定的加热效果。管长越长，管内空气温升越大，换热管换热量越大。由于换热管有水分蓄积，导致换热管的空气在换热过程吸收了水分，管内空气含湿量总的趋势变化是沿管长升高，由于温度升高，管内空气相对湿度沿管长下降。换热管内换热量的总体变化趋势仍然是换热量随管长逐渐升高。
通过Fluent软件建立了包含0.5m厚土壤且考虑管内空气冷凝发生的三维数值模拟模型，将模拟结果与试验数据进行对比，验证了模型的准确性。利用响应面法，设计试验方案，分析模拟结果，建立了可以预测换热管出口空气温湿度和换热量的数学模型。基于已经建立的数学模型，进一步分析了进口空气温度Tin、进口空气相对湿度?in、管径D、管长L、空气流速v和土壤温度Ts等6个参数对土壤-空气换热器换热性能的影响。结果表明：（1）对于类似日光温室这类高温高湿的环境，很适合采用土壤-空气换热器。（2）进口空气相对湿度?in与换热管进出口空气含湿量的差值dio成正相关，与换热管进出口空气温度的差值Tio成负相关，但对Tio的影响很小。进口空气温度Tin与Tio、dio成正相关，并且dio随进口空气温度升高呈现指数增长。管径D越大，换热越不充分，Tio和dio越小，且减小率逐渐降低。Tio、dio随着管长L呈现对数增长。空气流速v、土壤温度Ts与Tio、dio成负相关关系，且空气流速对Tio的影响逐渐减小，Tio的降低率逐渐减小。（3）除了土壤温度Ts与制冷量成负相关，进口空气相对湿度?in与显热制冷量呈负相关外，其他参数均与制冷量成正相关关系。制冷量随进口空气温度Tin升高呈现指数增长，随管长L和空气流速v增加呈现对数增长，增长率逐渐降低。管径D、土壤温度Ts几乎与制冷量成线性关系。
在太原市小店区的一栋日光温室内搭建试验平台，对土壤-空气换热器的夏季和冬季运行期进行了实地测试。试验结果表明：（1）在日光温室内，土壤-空气换热器的潜热换热量不能忽视，应用全热换热量综合考量土壤-空气换热器的换热性能。（2）在夏季运行期内，换热管长度相同时，换热管内空气流速越小，空气的出口温度越低，温度也越平稳。管长17.2m时，管内空气流速为2m?s-1，4m?s-1，6m?s-1，运行期平均温降分别为8.78℃，7.84℃，6.26℃。随着换热管管长增加，单位管长温降逐渐下降，采取增加管长方式来获取更低的出口空气温度是不经济的。管内空气流速越大，管长对土壤-空气换热器的换热增益效果越差。建议土壤-空气换热器换热管使用短管并联方式连接。当处理的空气流量相同和使用的管材长度相同时，采用多根短管并联方式，每根换热管的空气流速也更小，换热将更充分。（3）土壤-空气换热器冬季运行期，管内空气热湿变化规律与夏季相类似。管长17.2m，运行期内换热管内空气平均温升为4.43℃，在冬季对温室有一定的加热效果。管长越长，管内空气温升越大，换热管换热量越大。由于换热管有水分蓄积，导致换热管的空气在换热过程吸收了水分，管内空气含湿量总的趋势变化是沿管长升高，由于温度升高，管内空气相对湿度沿管长下降。换热管内换热量的总体变化趋势仍然是换热量随管长逐渐升高。
通过Fluent软件建立了包含0.5m厚土壤且考虑管内空气冷凝发生的三维数值模拟模型，将模拟结果与试验数据进行对比，验证了模型的准确性。利用响应面法，设计试验方案，分析模拟结果，建立了可以预测换热管出口空气温湿度和换热量的数学模型。基于已经建立的数学模型，进一步分析了进口空气温度Tin、进口空气相对湿度?in、管径D、管长L、空气流速v和土壤温度Ts等6个参数对土壤-空气换热器换热性能的影响。结果表明：（1）对于类似日光温室这类高温高湿的环境，很适合采用土壤-空气换热器。（2）进口空气相对湿度?in与换热管进出口空气含湿量的差值dio成正相关，与换热管进出口空气温度的差值Tio成负相关，但对Tio的影响很小。进口空气温度Tin与Tio、dio成正相关，并且dio随进口空气温度升高呈现指数增长。管径D越大，换热越不充分，Tio和dio越小，且减小率逐渐降低。Tio、dio随着管长L呈现对数增长。空气流速v、土壤温度Ts与Tio、dio成负相关关系，且空气流速对Tio的影响逐渐减小，Tio的降低率逐渐减小。（3）除了土壤温度Ts与制冷量成负相关，进口空气相对湿度?in与显热制冷量呈负相关外，其他参数均与制冷量成正相关关系。制冷量随进口空气温度Tin升高呈现指数增长，随管长L和空气流速v增加呈现对数增长，增长率逐渐降低。管径D、土壤温度Ts几乎与制冷量成线性关系。