外遮阳对连栋塑料温室内光环境的影响研究

为探索外遮阳网材料对温室内光环境的影响，借助热辐射的相关理论，在详细分析太阳辐射在温室内传播过程的基础上，建立了在外遮阳覆盖条件下连栋塑料温室内光环境的预测模型。通过对相同透射率、不同反射率外遮阳材料覆盖下模型温室内光照度的测试显示：模拟结果和实测值吻合较好，且遮阳网的反射率越高，温室内光照环境越好。     

利用多余光照光伏发电的温室透明覆盖材料的研制

针对高于光饱和点的多余光照对植物生长没有意义的问题,该文研究了一种可利用多余光照实施光伏发电的新型实体复合抛物面聚光(compound parabolic concentrate)温室透明覆盖材料。利用光学仿真软件对不同入射角的太阳光进行追踪,并对该透明覆盖材料在实际天气下的透过率和发电功率进行试验研究。仿真结果与试验输出功率以及覆盖材料实际透过率的趋势相吻合,在正午阳光强烈时覆盖材料透过率低,最低时只有32%;而上、下午透过率相对较高,在60%左右。研究表明此新型温室覆盖材料可以较好地调节光照,使温室内的光照度更加均匀,进而改善温室内光热环境,同时利用多余光照发电,实现太阳能综合利用。     

双膜双被装配式日光温室在郑州地区的小气候测试

2020年11月1日-2021年2月28日,在河南郑州地区对冬春季双膜双被装配式日光温室内外温度、光照和湿度小气候进行测定,以探明其温光性能。在温室内外分别布置环境自动记录仪,每台记录仪均连接温湿度传感器和光照传感器,实现数据的自动监测与传输。结果表明：观测期内,温室内旬平均气温为11.4～21.4℃,旬平均最低气温为9.4～16.7℃;温室内0.1m深处旬平均土壤温度为15.4～22.9℃,旬平均最低土壤温度为15.0～22.1℃,温室内外最大气温差和土温差分别为17.0℃和15.6℃。全年最冷时段（1月上旬）温室外旬平均最低气温为−7.9℃,0.1m处土壤温度旬平均最低值为2.2℃,而此时段温室内旬平均最低气温和0.1m处土壤温度旬平均最低值分别达到9.9℃和15.8℃。11月−翌年2月,温室内光照度逐渐增大,晴天光照度在2000～22000lx,11月、12月、1月和2月晴天日平均透光率分别为42%、52%、49%和45%,12月透光率最高,不同月份透光率存在明显差异;阴天温室光照度在300～4000lx,各月阴天日平均透光率分别为34%、35%、36%和33%,透光率差异不明显。11月下旬−1月下旬,温室内夜间湿度为95.4%～99.0%,夜间叶片沾湿时长占比为89.1%～99.5%,温室内湿度大。观测结果说明双膜双被结构日光温室在黄淮地区冬春季具有较好的保温性能,有利于进行喜温果菜类的越冬生产,具有一定的推广应用价值,但是存在温室透光率偏低、光照弱等问题。     

连栋温室可移动式双层内保温幕保温节能效果初探

在连栋温室内用聚乙烯膜、镀铝膜(单层镀铝,镀铝面朝下)设置可移动式双层内保温幕,与对照温室和双层充气膜温室相比较研究其保温节能效果和对温室内光照度的影响。结果表明在甘肃榆中地区,连栋温室内使用可移动式双层内保温幕在初冬时节可以使供暖设施启动的时间推延1个月左右,具有明显的节能效果;在启动供暖设施后,可以使温室内凌晨的温度提高2.5～3.5℃,其保温效果优于双层充气膜;在阴雪天气下,与双层充气膜相比可以提高正午12:00温室内气温;对温室内光照度的影响有3种情况:在晴天,室内光照低于对照但高于双层充气膜的温室;在阴雪天,室内光照度略低于双层充气膜的温室;在多云天气下,对一个座北朝南的温室而言,可移动式双层内保温幕的聚乙烯膜正午在温室内距地面不同高度的平面上对光照度的影响面积占温室总面积的比因温室结构和当日正午太阳高度角的不同而不同,可由公式:A=1-(β-x)/(α?tgα)确定     

基于图像技术的温室光分布研究

温室内光照环境对作物生长有重要影响,然而受温室形状、方位、覆盖材料、天气等各因素的影响,温室内光分布一直是研究的难点。该文提出基于计算机视觉技术和基于图像的光照技术来采集温室内真实环境的光分布,通过高动态范围图像的制作,以及从图像中的光源信息的提取,得到温室内光分布的辐射度图,该图能够真实反映不同天气情况下以及一天中不同时刻、不同方向的光照强度分布,能较好地模拟场景周围的自然光照。该研究将为温室内复杂光源分布的获取和作物冠层顶部入射辐射的研究提供准确的光照模型。     

日光温室内光照特点及其变化规律研究

对日光温室内的光照时间、太阳总辐射量、太阳辐射透过率的季节变化和日变化，光照度的空间分布规律进行了较为系统的研究；并对各季节不同天气条件下日光温室内外太阳辐射的关系，日光温室内太阳总辐射量与时间的关系进行了回归相关分析，建立了相应的回归方程。利用该组方程可以对各季节不同天气条件下、不同时间日光温室内的太阳辐射量进行估算分析。     

彩钢板保温装配式节能日光温室的温光性能

针对传统日光温室防雨、防雪、防风、防火能力差,以及室内光温环境分布不均匀等问题,研制开发彩钢板保温装配式节能日光温室,该温室骨架为半圆弧形钢结构,采用岩棉彩钢板滑动保温覆盖形式和可移动保温山墙方法,温室跨度12 m、脊高5.5 m、长度65 m,屋面采光角高达41.5°。该日光温室采用水循环系统和空气-地中热交换系统代替土墙和砖墙等蓄热体,解决了装配式日光温室的蓄放热问题,实现了日光温室部件的工厂化生产和安装的标准化装配。与对照（辽沈Ⅲ型土墙日光温室）比较,彩钢板保温装配式节能日光温室脊高前移、位于温室中部,温室后部遮光减少,土地利用率提高20%以上,屋面采光角增加16.3°,采光率提高5.3%,晚间室外大气温度在-25.8℃时,室内气温在13℃以上,室内外温差达到39.1℃,比对照温室提高2.3～3.5℃。彩钢板保温装配式节能日光温室栽培空间大,采光好,升温快,室内横向和纵向光照和温度分布均匀,植株生长整齐,有效解决了传统日光温室抵御雨、雪、风、火自然灾害能力差的问题。该温室集成了大型连体温室温光分布均匀和传统日光温室蓄热保温好的优点,提高了太阳能的利用效率,温室总体温光性能超过对照温室,且滑动覆盖易于实现日光温室保温覆盖件的精准控制,为中国日光温室的自动化控制和现代化提供新途径。     

不同光质与光照度对水稻温室立体育秧秧苗素质的影响

水稻温室立体育秧技术具有节省秧田、减少土地浪费,利于标准化集中育秧等特点,但立体育秧中秧架各层之间光线互相遮挡造成的秧苗采光不足的问题,需要采用补光技术来改善秧架内光照条件以保证秧苗生长。该文基于植物光学理论分析确定水稻秧苗生长所需的红蓝光通量比(简称红蓝光比)范围,运用光照分析理论确定温室内光照度,并采用Ecotect软件进行温室内光环境模拟仿真。在理论分析和仿真结果的基础上研究不同补光条件对水稻秧苗生长质量的影响,采用LED植物补光灯分别对立体秧架上除顶层外的各层秧苗进行补光,设计红蓝光比、光照度及秧层间距3个因素的正交试验,分析不同红蓝光比、光照度和秧层间距对水稻秧苗素质的影响。试验结果表明,红蓝光比10:1、光照度2 500 lx的光处理对水稻苗茎伸长生长促进作用更好;红蓝光比8:1的光处理则对水稻幼苗干物质积累和根系盘结作用更好,而且比红蓝光比10:1和6:1的光处理的壮苗指数要高。分析得出各个因素对水稻秧苗素质影响的主次顺序为:红蓝光比光照度秧层间距,最佳的补光条件为:红蓝光比8:1,光照度2 500 lx,秧层间距45 cm。该文的研究结果为水稻工厂化立体育秧技术提供了参考。     

日光温室冬春两季环境因子变化研究

在正常生产管理条件下,利用温室智能监控系统,自动监测记录冬、春两季日光温室内外空气温度、光照强度,温室内空气湿度、土壤温度,研究冬、春两季日光温室环境因子日变化差异及环境因子间的相互关系差异。结果表明,土壤温度与温室内外光照及温室内湿度的相关性,春季显著大于冬季;温室内湿度与温室内、外光照强度、温室内外温度以及温室外温度与温室的相关性,春季显著小于冬季。土壤温度与温室内、外温度的关联程度,春季温室内温度强于温室外温度,冬季温室外温度强于温室内温度。温室外温度与温室内、外光照、土壤温度的关联程度,春季温室内、外光照强于土壤温度,而冬季土壤温度强于温室内、外光照。冬季温室内湿度显著高于春季,日变化幅度显著小于春季。春季最低温室内要高于冬季最低温度10 ℃以上,日变化幅度明显小于冬季;春季温室内、外最大光照强度是冬季的2倍,且春季光照时间长。春季室外温度平均高于冬季12 ℃以上,春季温室内土壤温度始终要高于冬季10 ℃以上。     

散射膜日光温室中种植垄向对番茄生长和产量的影响

在普通薄膜覆盖下的中国日光温室中,普遍采用南北垄向的种植方式,但较短的南北种植距离限制了农机具的使用和作业效率的提高。该研究在散射光日光温室中(散射膜的雾度55%,透光率85%),对南北、东西2种垄向种植的番茄的光环境、生理和产量指标进行了测试分析,以探讨在散射光日光温室中采用东西种植垄向的可行性。结果表明:东西与南北垄向番茄冠层的光照累积量无显著性差异;东西和南北方向种植的番茄的叶面积指数(LAI)分别为4.34和4.29,SPAD值分别为(42.7±1.0)和(43.1±0.6),叶片净光合速率分别为12.8和12.4μmol/m~2·s,差异均不显著;2016年12月至2017年4月番茄的实测总产量,东西和南北垄向分为2 537.6和2 421.1 kg,也没有明显差异。因此,在散射光日光温室中种植垄向对番茄的生长和产量没有产生影响,可以采用东西垄向的种植方式来替代南北垄向进行番茄生产。     

日光温室后坡漫反射幕应用方法及效果验证

日光温室东西垄向栽培可有效提高机械作业效率,但冠层遮挡易造成光照不均,从而影响作物生长发育。针对该问题,该研究提出了适用于日光温室后坡的漫反射幕应用方法,并于试验温室内设置4个东西方向垄,依据理论方法在试验区后坡张挂漫反射幕,以此验证张挂漫反射幕对温室番茄冠层光环境的影响。结果表明：冬季上午,外界光强相对较弱,漫反射幕对冠层光环境的影响较小;中午时,试验区各垄北向来光在冠层1.0和1.4 m高度相比对照组均有显著增强（P<0.05）,提升10.4%～68.8%,上方来光光强在冠层1.0 m高度相比对照组显著增强（提升16.3%～30.4%,P<0.05）,在1.4 m高度除第三垄外,影响均不显著（P>0.05）;下午,与对照区相比,试验区各垄在冠层1.0和1.4 m高度北向来光光强均有增强,最高提升102.0%;相对对照区,试验区第二、三、四垄上方来光光强显著增强（P<0.05）,提升范围为19.7%～54.3%。因此,漫反射幕可将入射到日光温室后坡的光照反射至各栽培垄北侧,从而改善东西向栽培各垄番茄冠层光照环境。     

大棚型日光温室设计及光效应初探

大棚型温室是针对目前北方高寒地区日光温室春夏秋主要生产季节光照条件差的问题而设计的.通过实验测试、分析及建造成本比较认为大棚型温室的建造成本比土打墙日光温室稍高,而显著低于砖墙日光温室.大棚型温室内光照条件在5、6、7月份,无论晴天还是阴天均优于日光温室,特别在温室的北部表现更为突出.良好的光照条件为温室高产、优质奠定了基础.     

大棚型日光温室设计及光效应初探

大棚型温室是针对目前北方高寒地区日光温室春夏秋主要生产季节光照条件差的问题而设计的。通过实验测试、分析及建造成本比较认为：大棚型温室的建造成本比土打墙日光温室稍高，而显著低于砖墙日光温室。大棚型温室内光照条件在5、6、7月份，无论晴天还是阴天均优于日光温室，特别在温室的北部表现更为突出。良好的光照条件为温室高产、优质奠定了基础。     

基于日光温室相变材料的梯形墙体热特性分析

将以石蜡为主的固-液复合相变材料喷涂到日光温室梯形北墙体内表面,对相变涂层温室梯形墙体和普通温室梯形墙体的热流量、北墙内的温度,以及室内外气温进行典型天气和月度变化的测试分析,以探究相变材料应用于日光温室梯形墙体后对室内热环境的影响。结果表明：晴天和阴天,相变涂层温室墙体的日间蓄热量和夜间放热量均显著高于普通温室墙体（P＜0.05）。相变涂层温室墙体与普通温室墙体在同一典型时刻相同部位温度存在一定差异,这种差异随着墙体深度的增加而逐渐减弱,0-300mm墙体内差异最显著（P＜0.05）。相变涂层温室墙体的累积蓄热量日平均值比普通温室墙体高8.1%,累积放热量日平均值比普通温室墙体高14.8%,相变涂层墙体表面和墙体内各层的月平均温度与普通温室墙体温度差异显著（P＜0.05）,相变涂层温室、普通温室和室外的月平均气温分别为9.93、8.63和-8.91℃。说明相变涂层墙体可有效增加墙体蓄放热量,提升温室气温尤其是夜间气温。     

辽沈Ⅰ型日光温室环境及保温性能试验研究

东北型节能日光温室——辽沈I型日光温室在采光设计、保温设计、结构设计等方面性能优越,具有较齐备的配套设施。该文通过试验对沈阳农业大学工厂化中心9#日光温室的温、光、湿等环境及保温性能进行了综合分析。测试分析表明,测试期间,室内最低温度8.2℃、最高温度32.3℃,室内平均温度15.0℃,室外平均温度-17.3℃,室内外平均温差32.3℃;土壤1、3.5、50 cm的平均温度基本相同,分别为14.2、14.2、14.8℃。墙体的平均蓄热为8.35 MJ/(m²·d),夜间向室内放热1.69 MJ/(m²·d),通过墙体向外散失的热量2.61 MJ/(m²·d);后坡平均蓄热3.45 MJ/m²·d,夜间向室内释放的热量较小,仅为0.07 MJ/(m²·d),后坡的热损失较大,平均2.04 MJ/(m²·d);通过地下5 cm处土壤热流量分析,土壤的平均蓄热0.75 MJ/(m²·d),夜间平均释放热量0.48MJ/(m²·d);前坡的平均散热量为7.55 MJ/(m²·d),散热量较大。     

冬夏兼用型日光温室内热湿性能分析与应用效果

日光温室是中国北方地区重要的农业设施类型,可进行春提早、秋延后与越冬栽培,但在夏季高温季节使用困难。为了提高苏北地区日光温室的利用效率,该文设计了一种后墙部分可拆装的冬夏兼用型日光温室,该日光温室的后墙包括上下两部分,上部分为镀锌钢架和秸秆块组成的拆装墙体,下部分为空心砌块砌筑的固定墙体。该文以当地传统空心砌块后墙日光温室为对照,首先监测两种日光温室最热月和最冷月的室内外温湿度变化;其次,比较分析了两种日光温室后墙材料热工性能、冬季后墙温度波动和热流密度的差异以及夏季室内空气流动速率的差异;最后,分析比较了两栋日光温室冬夏季室内作物生长状况、产量以及投入产出比。结果显示,冬夏兼用型日光温室固定墙体的热稳定性能和隔热性能分别高于传统空心砌块墙体10.8倍和18.3倍,昼平均热流密度高约19.0%,蓄热时间长约1.0 h,夜间平均热流密度高约18.3%,放热时间长约2.1 h。夏季拆除秸秆块后,冬夏兼用型日光温室内空气流速明显高于对照温室。田间监测发现,与对照温室相比,冬夏兼用型日光温室冬季白天室内平均气温高1.1℃,室内平均湿度低9.1%;夜间室内平均气温高1.0℃,室内平均湿度低6.8%,番茄单株产量显著提高16.7%;夏季通风口面积大,室内空气流速大,通过自然通风排除的热量多,白天室内平均气温低4.0℃,夜晚室内平均气温低3.1℃,日最高气温低1.4~8.1℃,不结球白菜单株鲜质量显著提高38.5%。统计结果显示,与对照温室相比,冬夏兼用型日光温室投入产出比高8.05%。综上,与当地传统空心砌块后墙日光温室相比,冬夏兼用型日光温室冬季保温性能和控湿性能好,夏季通风降温性能优良,能够实现作物的周年生产,在苏北地区具有一定的实用价值。     

装配加温除湿系统的轻简装配式日光温室设计及性能试验

针对中国传统日光温室土地利用率低、建设成本高、墙体构造各异及温度和湿度环境难以调控等突出问题,该研究设计出一种轻简装配式日光温室,并配套了基于温室主动蓄放热原理的冬季夜晚加温和除湿系统,其温室骨架可与主动蓄放热系统结合为一体。研究结果表明:相比于传统砖墙日光温室,轻简装配式温室冬季夜晚温度提高4.5℃以上;采用基于主动蓄放热系统热能的除湿系统,可将温室夜间相对湿度降低14%,相对湿度控制在80%以下;该温室可实现整体式装配安装,大大减少了施工时间和安装成本,温室后墙厚度为166 mm,与后墙为600 mm厚的砖墙温室相比,墙体占地面积减少72%,显著提高了土地利用率。     

北方日光温室北墙和后坡热通量日变化的谐波特征

为了确定日光温室北墙和后坡热通量日变化的谐波组成与相应周期,采用谐波分析法,以辽沈Ⅰ型日光温室为研究用温室,分别进行了有无作物条件下的试验.结果表明,无作物区日变化曲线由以π/72、π/36和π/24为周期的正弦曲线组成;作物区日变化曲线由以π/72、π/36为周期的正弦曲线组成,作物明显影响了日光温室北墙和后坡热通量日变化的谐波成分和相应周期.其中选定谐波所占比重均达到90％以上,说明日光温室北墙和后坡的热通量日变化可以用相应周期的谐波组合表达,并且可以利用谐波分析法进行日光温室热通量的日变化特征的研究.     

日光温室热工缺陷面积热红外图像测量方法

隔热层和气密性缺陷是日光温室保温蓄热性能差的重要因素,为了快速检测日光温室热工缺陷区域及测量该区域的面积,该文借助热红外成像仪和Lab VIEW软件平台,构建了基于热红外图像的日光温室热工区域面积测量方法。以陕西杨凌西北农林科技大学园艺场日光温室北墙风口为测试对象,通过现场实测数据与理论计算结果进行比较分析。首先,利用热红外成像仪实时检测出日光温室北墙通风口表面与墙体内表面存在的明显温度差异,其最大温差高达8.4℃。基于温度差异,能快速找出温室内围护结构不同位置所存在的明显散热区域。然后通过直方图法、均方根法和人工提取法分别计算了散热区域面积,其中直方图面积测量方法具有较好的效果,平均相对误差为5.4%;人工提取法次之,平均相对误差为6.0%,均方根法最大,平均相对误差为11.8%。研究结果表明,基于热红外图像的直方图面积测量方法能快速检测出热工缺陷区域的面积,为进一步自动定量分析整个日光温室热工缺陷区域的面积及散热量提供了理论方法,在温室围护结构热工损耗计算方面具有较大地应用潜力,可为农民和企业提出日光温室优化改造建议。