设施农业是在可控环境条件下进行农业生产的一种新型农业生产技术体系,设施农业削弱了自然环境制约,对于转变农业生产方式、实现农民增收和农业现代化具有重要的现实意义。然而,为了营造设施内适宜生产的环境,低温环境下的温度调控和能源消耗问题,是保证温室内的植物生长的关键技术之一。目前较为常见的温室增温设备的燃料大多为煤炭、油、电等不可再生能源,不仅造成了环境污染,而且也增加了温室生产成本。据统计,西北地区冬季温室能耗约占其运行总成本的20-40%。因此,节能、环保、高效的温室调温系统对于西北地区设施农业的发展具有重要意义。本文在总结了国内外太阳能、热泵技术的基础上,将太阳能和空气源热泵有机地结合,搭建了太阳能联合空气源热泵温室调温系统,全面展开系统设计、系统建模、优化计算、调温试验及效果分析等研究,主要研究工作和结论如下：1.依据西安地区气候条件和园艺生产需要,针对50m2西北型日光温室,进行了热平衡分析,计算了温室的冬季采暖热负荷为122.15W/m2(有保温被保温条件下)。以此为依据设计了一套太阳能联合空气源热泵温室调温系统,包括：太阳能集热系统、空气源热泵系统、调温系统末端及其他配套系统,系统集成了现有技术先进的热泵设备组件。2.建立了太阳能集热系统和空气源热泵系统的数学模型,采用Visual Basic可视化程序设计语言编写了模拟计算软件,对空气源热泵系统和太阳能联合空气源热泵系统进行了模拟计算分析,结果表明：通过降低冷却水出口水温和增大压缩机输入频率的方法可以提高空气源热泵系统制热量。在最低室外温度工况下,太阳能联合空气源热泵温室调温系统平均供热功率为6169.3W,COP(Coefficient of Performance性能系数)为2.91,可以满足温室加热需要。在模拟优化的基础上,提出了太阳能供热、空气源热泵供热、太阳能联合空气源热泵供热三种运行模式,并制定了基于节点温度的控制策略。3.在西安市白鹿原搭建了太阳能联合空气源热泵调温系统试验平台。通过试验温室和对照温室对比分析了太阳能联合空气源热泵的调温性能,结果表明：从加温效果看,太阳能联合空气源热泵系统用于温室夜间供热的能力充足,加温效果稳定而且明显。相比对照温室,冬季夜间系统提高温室平均气温3℃,平均地温多云天提高2.9℃、阴天提高1.7℃,同时,系统有效降低了温室内10.17%的相对湿度。从热力经济性看,太阳能联合空气源热泵系统在不同天气条件下,系统COP在2.09～10.9之间。太阳能联合热泵供暖运行模式下系统的COP要比热泵单独运行模式下系统的COP要高0～10.9之间,所以温室采用太阳能联合热泵供暖运行模式是首选的加热方式。采用地暖联合风机盘管作为末端供热方式,能够维持10℃以上的室内气温和13.3℃以上的土壤温度。4.用太阳能联合空气源热泵的调温系统进行了育苗和番茄栽培试验。在育苗生产中,相比对照温室,试验温室内的番茄种苗根尖数和根表面积分别增加了9.8%和39.5%。用于早春季节番茄生长,可提早上市10d。由于减轻了番茄灰霉病的病情指数,早春茬番茄生产增产幅度可达23.3%。同时,相比对照温室,试验温室内番茄的番茄红素、维生素C和可溶性糖含量均显著提高,糖酸比增加36.2%,改善了番茄品质和口感。通过经济性分析,太阳能联合空气源温室调温系统的能耗费用是使用燃煤、燃气等其它加热设备能源成本的30.7%和22.57%,CO2排放量是燃煤热水供暖系统的44.6%,成本节约效果显著,环境效益突出,在设施农业中应用潜力巨大。