新型复合相变墙日光温室性能实测分析

日光温室墙体在温室蓄热保温方面起着非常重要的作用,对温室热环境有直接的影响。为此,对复合相变墙温室和普通温室进行了温度测试,通过对照分析发现低温条件下相变墙温室保温性优于普通温室,高温条件下相变墙温室室内温度波动幅度明显小于普通温室,相变墙内外表面温差波动幅度较普通温室墙体大幅减少,可以有效减少外界环境通过墙体对室内温度的扰动。试验结果表明:将复合相变材料应用于日光温室墙体中,可起到降低温室能耗,改善温室热环境,节能环保的积极作用。     

日光温室集散热增温蓄热系统的优化与试验研究

为研究设计适用于南疆和田地区日光温室冬季夜间增温蓄热设备,设计了日光温室集散热增温系统,改进了系统集散热器,测试了系统冬季夜间增温蓄热效果,分析了系统对日光温室空气温度、相对湿度以及0cm深土壤温度和15cm深土壤温度的影响和系统集放热效率。试验结果表明：系统在典型晴天试验温室较对照温室温度可以增温4.3℃,试验温室较对照温室平均相对湿度降低8.65%;阴天试验温室较对照温室平均温度增温2.4℃,平均相对湿度降低6.8%,且系统综合平均集热效率为52.6%,表明该日光温室增温系统在和田地区富余的光热资源条件下具有显著效果。     

基于RBF神经网络的温室温度调控研究

根据光合作用对温室环境因子的非线性,结合RBF神经网络对非线性的良好辨识能力,研究出一种温度调控技术。结合温室光照、温度变化规律,运用RBF神经网络建立温室生菜光合速率与二者的量化模型,通过生菜的光合作用速率来衡量生菜生长状况,在温室小气候里实现对生菜产量的量化控制。该模型预测精度较高,可作为温室测控系统环境因子调控依据。     

不同方式封装的相变材料蓄热效果研究——基于日光温室

相变材料应用于日光温室中可以将温室白天多余的热量转移至夜间,起到调节温度的作用。为此,测试了经过两种不同方式封装后的相变材料在日光温室中的实际应用效果。通过与普通砖墙温室对照分析发现:两种类型相变材料温室均具有一定蓄热保温性能。内渗型相变材料温室比普通日光温室室温晴天夜间平均高0.9℃,阴天夜间平均高0.3℃;外挂型相变材料温室晴天比普通砖墙温室夜间温度平均高0.7℃。通过对两种类型相变材料温室综合应用效果比较发现,内渗型优于外挂型。此结果为相变材料在温室中的应用提供参考。     

日光温室后墙保温系统试验研究

为减少冬季日光温室加温能耗,基于空气流动原理设计了温室后墙保温系统。该系统利用风机将温室白天蓄积的热量储蓄在后墙的夹层中与后墙的保温室内,经过热量传导与交换,保证太阳能的高效利用。试验结果表明,在冬季白昼为晴朗、连阴雾霾天(极端天气)下蓄热温室夜间空气温度分别比对照温室平均高3.12和3.17℃,土壤温度分别比对照温室平均高3.2和2.78℃。日光温室蓄热能力的提高,实现了番茄的安全过冬生产。该研究成果对日光温室结构的改进、温度调控有重要意义。     

不同灌溉方式下生菜根系生长模型研究

为探明不同栽培方式对蔬菜根系生长的影响,采用滴灌、微喷灌2种灌溉方式和醋糟与草炭复配而成的4种栽培基质对生菜根长、根深和根区半径进行了试验研究。结果显示:不同灌溉方式下可用同一个预测模型;相同灌溉方式下,不同基质栽培生菜根系特征值差异不显著(P0.05),可用同一组模型参数来表示。以试验数据为基础,采用有效积温作为定量发育进程的尺度,构建了预测生菜根长和根深的动态生长模型;以根深和有效积温为自变量,建立了根区半径动态变化模型。运用重复试验数据对所建模型进行验证,滴灌和微喷灌生菜的根长、根深和根区半径的预测值与实际值之间回归估计标准误差和相对误差最大分别为290 cm、0.81 cm、0.63 cm和15%、12%、13%,表明所建立的3个动态变化模型具有较高的预测精度,可为节水型设施基质栽培生菜提供理论依据和决策支持。     

基于1D CNN-GRU的日光温室温度预测模型研究

准确预测日光温室温度是实现温室高效调控的关键,对作物生长发育具有重要意义,但因温度具有时序性、非线性及多耦合性等特征,难以实现连续、精准、长时化预测。提出了一种基于1D CNN-GRU(One dimensional convolutional neural networks-gated recurrent unit)的日光温室温度预测模型,通过温室内外监测平台获取内外环境因子,以斯皮尔曼相关系数获取相关性强特征,构造特征与时间步长的二维矩阵输入网络进行温度预测,模型在测试集上预测1～4 h后的决定系数为0.970～0.994,均方根误差为0.612～1.358℃,平均绝对误差为0.428～0.854℃,绝对值的最大绝对误差为0.856～1.959℃。并在不同清晰度指数K_T下进行验证,结果表明,模型在K_T≥0.5(晴)时预测效果最好,且在其他K_T下模型相对误差在10%以内,可以达到温室生产所需的预测精度要求,为日光温室精准高效控温提供了重要依据。     

日光温室调控系统设计与实现

目前日光温室调控的算法较多,而面向日光温室通用设施调控的实用系统研究较少。以北方日光温室中常见的卷帘、卷膜和滴灌阀门为研究对象,结合传感技术、无线传输等技术,研制一套适用于日光温室中的调控系统,该系统由温室现场设备、服务器后台及网站组成,实现温室设施的自动化调控和用户远程调控。测试结果表明:该系统有效解决温室设施中卷帘、卷膜机使用过程中常见问题,如走偏、越位和烧毁电机等;系统能稳定运行在恶劣环境中,实现日光温室内设施的自动化调控。     

基于SSA-LSTM的日光温室环境预测模型研究

构建日光温室环境预测模型,准确预测温室环境变化有助于精准调控作物生长环境,促进果蔬生长。而温室小气候环境数据多参数并存、耦合关系复杂,且具有时序性和非线性,难以建立准确的预测模型。针对以上问题,提出一种基于麻雀搜索算法(SSA)优化的长短期记忆网络(LSTM)温室环境预测模型,实现了温室环境数据的精准预测。实验结果表明,采用SSA自动进行参数选优的方式,解决了LSTM模型参数手动选择的难题,大幅缩短模型训练时间,且最优的网络参数能够发挥模型的最佳性能。对日光温室内空气温湿度、土壤温湿度、CO₂浓度和光照强度6种环境参数进行预测,SSA-LSTM平均拟合指数高达97.6%,相比BP、门控循环单元(GRU)、LSTM,其预测拟合指数分别提升8.1、4.1、4.3个百分点,预测精度明显提升。     

日光温室空气-土壤源双效热泵系统设计与性能测试

为探索一种节能高效的日光温室热环境调控模式,基于热泵技术,设计搭建了一种空气-土壤源双效热泵系统,并对系统性能进行了测试分析。该系统将空气、土壤2种不同热源热泵有效复合,采用串联板式换热模式,通过温控器和电磁阀可实现4种供热模式:空气源热泵单板换热模式、空气源热泵双板换热模式、土壤源热泵单板换热模式和土壤源热泵双板换热模式。通过日光温室供暖水箱加温测试,分析双效热泵系统在不同模式下的性能系数(COP)和节能效果。春季测试期间,空气源单板换热模式下热泵COP平均值为2.1,双板换热模式下热泵COP平均值为3.1,与温室燃煤加温锅炉相比平均节能50.4%;土壤源单板换热模式下平均性能系数为2.2,双板换热模式下平均性能系数为2.3。冬季测试期间,典型晴天里空气源热泵双板换热模式可有效提升温室模型内气温,与室外气温相比平均提升15.7℃。测试结果显示,相同热源条件下,冷凝端采用双板换热模式时机组COP高于单板换热模式,双板换热模式可提高机组整体换热效率和节能效果。空气-土壤源双效热泵系统可以有效利用空气能和地热能,在日光温室热环境调控方面具有较好的应用前景。     

基于Simulink的温室热环境仿真模型研究

为了在改变温室通风口开度的条件下模拟室内气温,根据热量平衡原理,考虑太阳辐射、长波辐射、对流、通风及作物蒸腾等5个主要模块,对温室系统的热量交换进行描述,构建了温室气温动态变化的数学模型,然后通过Simulink仿真平台搭建了以通风为输入以室温为输出的模型仿真框图,并利用典型天气条件下的实测数据对仿真结果进行检验。仿真结果证明了该模型的有效性:在晴天和阴雨天,标准误差分别为0.755 8℃和0.096 3℃,仿真有效性指数分别为92.29%和92.76%。     

日光温室晚春茬生菜渗灌技术试验研究

采用埋深 1 0 cm的微孔渗灌管对日光温室晚春茬生菜进行了渗灌试验 ,并与沟灌进行了对比。结果表明 ,晚春茬生菜采用渗灌有明显的节水增产效果 ,与沟灌相比可节水 1 9.0 %、增产 1 5 .4 %。通过与栽培措施相结合采用渗灌成功地进行了生菜的定植。渗灌管浅埋灌水可以使表层土壤较快地湿润 ,并达到蔬菜生长所要求的水分 ,同时显著减少灌溉水的深层渗漏 ,提高灌溉水的利用率。温室生菜的田间蒸散量与温室内的蒸发力有直接关系 ,生育期内的日平均田间蒸散量为 2 .0 8mm/d,比沟灌温室内的高。     

青海省3种日光温室冬季温光性能对比

为掌握近期设计建造的新型日光温室的保温采光性能,以青海省传统砖混结构日光温室为参照,持续监测了设施蔬菜越冬生产过程中的日光温室空气温度和光照强度等环境参数,对3种日光温室的保温采光性能进行了比较和分析。结果表明:C型温室在秋冬季节保温能力较强,光照环境较好;A型温室次之;B型温室平均气温较低且在外界温度较低的情况下保温性能较差,光照环境也较差。      

海南地区几种常见设施大棚热环境参数试验研究

海南地区热带岛屿型气候特征使得栽培设施具有独特的特点。为此,通过以岛内常见设施类型(圆拱形薄膜温室、防雨大棚、防虫网棚等)为研究对象,系统地研究了其温度、湿度、光照强度等热环境参数的变化趋势。研究表明:各类设施内温度场受室外温度影响较大,圆拱形薄膜温室室内外最高温差达到6℃、防雨大棚为3.7℃,圆拱形薄膜温室室内最高温度达4 3.9℃;防虫网棚室内外温差较小;防虫网平棚内部相对湿度最高,其他两种温室室内相对湿度均低于室外;防虫网棚的透光率高于膜覆盖的防雨大棚和薄膜温室。由此可见:防雨棚和防虫网棚更适合海南地区夏秋季的设施生产,可根据栽培作物是否要求防暴雨来选择防雨棚和防虫网棚。     

室内置换通风与混合通风的效果对比

通过采用试验验证了的计算流体动力学模型开展数值模拟,从热舒适性和室内空气品质两方面,研究在商业厨房环境采用置换通风方式和混合通风方式的性能差异.研究发现,使用置换通风系统能够在不增大空调系统工作负荷的情况下,降低室内温度.在同样室内条件下,混合通风系统气流速度平均约为置换通风速度的2倍左右,并且上升下降气流相互交叉运动,气流相对不均匀.置换通风系统温度分布有明显的分层现象,从下到上逐渐递增,且大概在人呼吸的高度有较合适的温度值.其次,置换通风在呼吸区的空气质量,通常比在一个同样气流速度运行的混合系统要好.且在厨房环境中,呼吸区的平均空气年龄均小于100 s.通过适当的设计,置换通风能保持良好的热舒适环境,空气流速一般低于0.3 m/s,头和脚踝的温差小于2℃,呼吸区不满意百分数小于15,可以在人体所在区域提供更好的空气质量.     

日光温室中空板水循环集放热系统设计与集热性能试验

针对现有日光温室内置式水循环集放热装置存在的集热能力不足的问题,设计了中空板水循环太阳能集放热系统,通过理论分析,结合日光温室热环境模拟预测软件,验证系统可行性。理论计算表明,在室内地面面积400 m2聚苯板墙体日光温室内,系统集热总量可达350 MJ,可供日光温室2~3 d的夜间放热加温。通过现场试验测试系统的集热性能,试验结果表明:系统集热效率最大可达0.93;晴天条件下的系统日蓄热温升约比阴天条件下高1倍;在太阳辐射较弱时,中空板与室内空气的对流换热对集热效率影响显著;在3.3~5.9 m3/h的流量范围内,系统集热量随着水流量增大而增加。中空板系统作为装配式集热系统,建造成本低、简单实用,不占用室内栽培面积,适用于旧温室改造。     

干燥冷却空调系统的研究进展与应用

干燥冷却空调由低品位热源驱动,干燥转轮处理潜热负荷,蒸发冷却器处理显热负荷,实现温湿度独立控制。与传统空调相比,低品位热源与除湿转轮相结合的新型空调系统在人体舒适度、能源节约、保护环境等方面都具有优势。文章介绍了除湿转轮的工作机理,干燥冷却空调系统形式,太阳能及其他低品位热源在干燥冷却空调系统中的发展与应用情况。     

基于ANFIS的温室微气候通风调控模型

为实现通过控制温室通风口开度来调节室内温湿环境的目的,首先根据热量平衡和水汽质量平衡原理构建了温室气温和湿度的动态变化数学模型,然后基于自适应神经模糊控制系统(ANFIS),分别选择梯形和高斯型隶属度函数完成了2类通风控制器的设计,其中包括控制变量的选取、论域的量化、模糊集的定义、隶属函数的选择及控制器的训练等过程．最后将控制器与温室模型相结合,利用Matlab构建了以通风为输入、以室内温湿度为输出的Simulink仿真框图,并利用2类典型天气下的实测资料对控制系统进行了仿真检验．仿真结果表明:无论晴天还是阴雨天,采用梯形隶属度函数的温室模糊控制器比高斯型控制器更敏感,对室内温湿环境的变化具有更好的控制效果,有效减小了温湿度变化率的波动幅度,起到了优化调控作用．     

日光温室环境预测模型构建

在借鉴国内外温室环境模型成果的基础上，利用热平衡原理建立了日光温室环境预测模型，该模型综合考虑了自然通风、作物蒸腾、地面蒸发、土壤传热和后墙传热对日光温室室内温湿度的影响，利用室内外的环境参数、室内作物的生长状态和自然通风口开口大小等参数，可以预测日光温室内部温湿度的变化情况，对日光温室环境调控具有一定的指导意义。