日光温室后墙夜间非稳态导热特性研究

【目的】对日光温室后墙夜间的非稳态导热特性进行研究,为发挥后墙保温作用提供理论依据。【方法】在位于山东泰安的试验温室内,分别于温室后墙距地面0.1,1.1,2.1,3.1和4.1m处及地面距离后墙0.1m处设置测点,选取2015年越冬季某一晴天和阴天,在18:00至翌日06:00,每隔1h测定后墙各测点的温度和热流密度,计算各测点温度变化率、热流密度积分值、后墙内部热量流动量,以及后墙与地面之间的热量流动量,研究夜间温室后墙不同高度蓄热量变化与放热量之间的关系、地面温度与后墙温度之间的关系,以及后墙内部和后墙与地面之间的热量流动。【结果】晴天夜间后墙中上部蓄热量变化基本相同且大于后墙下部蓄热量变化,后墙中上部放热量逐渐降低然后趋于平稳,后墙下部放热量逐渐增多,后墙中部放热总量最多;后墙温度24:00之前高于地面温度,24:00之后低于地面温度,后墙与地面之间存在热量流动;后墙内部热量流动数量占后墙放热总量的比值为14.2%。阴天夜间后墙中上部蓄热量变化基本相同且大于后墙下部蓄热量变化,后墙放热量从上到下逐渐增多;后墙温度低于地面温度,地面流入后墙热量占后墙放热总量的比值为3%;后墙内部热量流动数量占后墙放热总量的比值为25.5%。【结论】后墙高度、后墙不同高度蓄热量影响后墙不同高度放热量;后墙高度对放热量的影响贯穿后墙放热过程的始终,后墙蓄热量对放热量的影响主要集中在后墙放热前期;后墙热量存在自上而下的整体迁移流动。     

日光温室后墙夜间非稳态导热特性研究

【目的】对日光温室后墙夜间的非稳态导热特性进行研究，为发挥后墙保温作用提供理论依据。【方法】在位于山东泰安的试验温室内，分别于温室后墙距地面0.1，1.1，2.1，3.1和4.1 m处及地面距离后墙0.1 m处设置测点，选取2015年越冬季某一晴天和阴天，在18：00至翌日06：00，每隔1 h测定后墙各测点的温度和热流密度，计算各测点温度变化率、热流密度积分值、后墙内部热量流动量，以及后墙与地面之间的热量流动量，研究夜间温室后墙不同高度蓄热量变化与放热量之间的关系、地面温度与后墙温度之间的关系，以及后墙内部和后墙与地面之间的热量流动。【结果】晴天夜间后墙中上部蓄热量变化基本相同且大于后墙下部蓄热量变化，后墙中上部放热量逐渐降低然后趋于平稳，后墙下部放热量逐渐增多，后墙中部放热总量最多；后墙温度24:00之前高于地面温度，24:00之后低于地面温度，后墙与地面之间存在热量流动；后墙内部热量流动数量占后墙放热总量的比值为14.2%。阴天夜间后墙中上部蓄热量变化基本相同且大于后墙下部蓄热量变化，后墙放热量从上到下逐渐增多；后墙温度低于地面温度，地面流入后墙热量占后墙放热总量的比值为3%；后墙内部热量流动数量占后墙放热总量的比值为25.5%。【结论】后墙高度、后墙不同高度蓄热量影响后墙不同高度放热量；后墙高度对放热量的影响贯穿后墙放热过程的始终，后墙蓄热量存在自上而下的整体迁移流动。     

基于土壤蓄热的日光温室逆温现象分析

为探究日光温室土壤温度偏低的原因,以传热学对流换热理论为基础,以土壤蓄热温差占温室垂直方向上最大空气温度与地面温度之差的比例(温差比例)为研究对象,针对日光温室垂直方向上的温度分布开展研究。在位于山东泰安的日光温室内,选取温室中部后墙南5.4m,距离地面0,0.1,1.1,2.1,3.1,4.27,4.37m高度处为测点,分别设置温度传感器T1～T7,地面设置热流板H1;选取试验期间土壤蓄热量高、中等、低3天试验数据,对不同高度各测点温度之间的关系进行研究;计算垂直高度上的最高空气温度,计算不同太阳辐射情况下的温差比例。试验数据验证了温室空气温度自下而上逐渐升高,然后逐渐降低;温室空气存在逆温层和对流层,存在逆温现象;逆温层上部空气密度小于下部空气密度,上部高温空气不能流动到地面,逆温层两端温差较大。计算结果表明:不同太阳辐射情况下垂直方向上最大空气温度积分与地面温度积分之差分别为890℃、770℃、175℃,土壤蓄热温差积分分别为310℃、200℃、68℃,温室散热温差积分分别为120℃、20℃、27℃,土壤蓄热时间分别为6h 55min、4h 50min、2h 20min;后墙南5.4m处逆温层、对流层高度分别为0～3.1m、3.1～4.37m;试验期间不同太阳辐射情况下温差比例分别为34.8%、26%、38.9%。结果表明:太阳辐射强度高时土壤蓄热温差和蓄热时间多于太阳辐射强度低时的土壤蓄热温差和蓄热时间;对流层空气产生自然对流,温室热量向温室外部大量散失;逆温现象造成的温差比例偏小是造成土壤总体蓄热量少、土壤温度偏低的主要原因。     

宁夏两种结构日光温室墙体与地面传热特性分析

针对宁夏二代日光温室和引进的山东五代日光温室进行传热特性分析,得出无论从晴、阴天还是从长季节观测分析,山东五代日光温室的墙体放热量均极显著大于宁夏二代温室的墙体放热量;山东五代日光温室的地面放热量显著小于宁夏二代温室的地面放热量;通过计算整个冬季的墙、地放热总量可知,山东五代日光温室的墙、地放热总量比宁夏二代日光温室的墙、地放热总量高9.9%。并且以整个长季节观测数据为基础,计算得到了两种类型日光温室的墙体与地面对温室热量的贡献率,在整个冬季,宁夏二代温室的墙体放热量低于地面放热量2%,山东五代温室的墙体放热量高于地面放热量34%。     

日光温室墙体非稳态导热过程的理论分析

运用非稳态导热"层"的概念,以衰减度为研究对象,对墙体内外两侧表面温度周期性变化引起的墙体非稳态导热过程进行研究。研究表明:墙体蓄热层功能是由墙体内侧的非稳态导热过程来完成,墙体御冷层功能是由墙体外侧的非稳态导热过程来完成;计算了示例墙体衰减度为零时蓄热层、御冷层理论厚度分别为0.6、0.6 m,计算了示例墙体蓄热层30 cm蓄放热量占墙体总蓄放热量的比例为94%。结果表明,墙体非稳态导热过程是由外界温度周期性变化引起的自然过程,其特点由墙体热工参数决定;温室保温作用是通过外侧墙体蓄放热过程抵御外界低温影响、通过内侧墙体蓄放热过程在夜间向温室内部释放热量;示例墙体理论厚度为1.2 m。     

典型天气情况下含内拱棚的日光温室 温湿度分析与稳态模拟

为研究内蒙古地区含有内拱棚的日光温室内温度、湿度在不同天气条件下的变化分布规律,采用密集布点的方式采集温室内一个竖直截面内的空气、土壤的温湿度数据,并采用计算流体动力学(CFD)的方法对试验数据进行稳态模拟。数据分析及试验模拟表明:(1)含有内拱棚的日光温室在打开通风口后可以有效地降低温室内空气湿度且作物冠层区域的温度仍然维持在作物生长所适宜的范围内。(2)晴天时温室内的热量源于外界的日光辐射,雪天时温室内的热量源于内部土壤和黏土墙的辐射放热。(3)模拟结果显示,晴天正午在内拱棚下部区域和作物冠层跨度方向的中间位置湿度高于其他区域,说明在该区域有水分聚集。雪天正午日光温室内的湿度分布均匀,不论在高度上还是在跨度上都没有明显差异。(4)模拟结果与实测数据对比误差不超过5%,证明了本试验所用温室模型的可靠性。     

日光温室后墙温度和热流密度曲线解析

以非稳态导热理论为基础,对示例墙体温度变化和蓄放热特点进行解析。通过解析表明,后墙蓄热、温度升高过程是由于太阳辐射引起的被动过程,后墙蓄热量多少、温度升高特点由太阳辐射强度及其变化决定;后墙放热、温度降低过程是由于外界低温引起的被动过程,后墙放热量多少、温度降低特点由外界温度决定;后墙温度变化、蓄放热变化过程是受太阳辐射周期性变化引起的被动过程。分析结果表明,后墙蓄热保温原理是利用太阳辐射和温室效应来提高后墙非稳态蓄热温度,进而提高后墙放热温度;利用保温被阻挡来减少后墙放热量,延缓后墙温度下降速率,间接提高后墙非稳态放热温度;从而使得后墙非稳态蓄放热过程在较高温度水平上进行,实现后墙蓄热保温作用。针对后墙蓄热保温局限性提出了改善日光温室保温性能的方法:一是提高后墙放热温度;二是降低后墙放热量。     

基于气象因素的日光温室蓄放热研究

为探索寿光各代日光温室引进喀什地区后蓄热保温性能降低的原因，以气象学土壤热量收支平衡理论为依据，对2000—2020年越冬季潍坊市和喀什市的气象因素进行对比。结果表明，喀什市平均日照时数、地面接收到的太阳辐射强度分别为潍坊市的92.94%、91.55%～94.77%。喀什市白天最高气温比潍坊市最高气温低3.79℃;喀什市夜间最低气温比潍坊市最低气温低3.50℃,日光温室夜间放热量多。喀什市日光温室蓄放热更容易失去平衡，温室温度降低；外地引进寿光各代日光温室后，要对采光面倾斜程度、温室跨度、温室保温被厚度等进行调整，以适应引进地区的气象条件。     

日光温室夜间后墙不同高度放热量差异的理论分析

针对日光温室夜间后墙不同高度放热量差别较大的现象,运用物理学矢量原理、气体分子动理论,对外界低温通过覆盖面在后墙形成的放热机理进行推导,结合放热机理和后墙不同高度温度差别对后墙不同高度放热量差别的影响进行研究。结果表明:1)外界低温驱动力水平分量大小随后墙高度降低不断增大,外界低温驱动力水平分量密度随后墙高度降低不断减小,后墙放热驱动是外界低温驱动力水平分量大小和密度乘积的函数,随后墙高度降低不断增大。2)后墙放热后温度不断下降,后墙放热量自上而下逐渐增多,下侧放热量是上侧放热量的2～3倍。3)推导出的后墙放热机理能够解释后墙不同高度放热量差异,后墙不同高度放热量差异主要是由于外界低温通过覆盖面在后墙产生的放热驱动不同造成的;后墙放热是外界低温驱动下的被动放热。4)后墙温度较高时,后墙放热量受后墙温度和后墙放热驱动共同作用,此时后墙中部放热量也会较多;后墙温度较低时,后墙放热量主要受后墙放热驱动作用。     

日光温室温度变化与热量状态分析

对陕北和关中地区日光温室温度变化和热量状况的对比观测试验结果表明,陕北地区日光温室的最高气温、平均气温和10cm土温分别比关中高9.9～10℃、1.8～2.3℃和1.0～1.3℃,是理想的发展区域.日光温室夜间失热的主要途径为贯流放热,失热量占总热量76%以上;其次是土壤横向传热,失热量占总热量12.5%～13.2%,换气放热失热量最少,占总热量5.6%～10.7%.加强夜间草帘覆盖和挖防寒沟是保温的主要方法.     

日光温室墙体一维导热的MATLAB模拟与热流分析

为探明日光温室墙体层间温度变化及热量传递动态规律,采用有限差分法建立墙体一维非稳态导热模型,利用MATLAB编制相应的模拟程序,计算出日光温室墙体各点的温度和热流。结果表明:该模型能够比较准确模拟日光温室土墙的温度。墙体内侧存在有效蓄热层,它对日光温室室内热环境有积极的作用。墙体有效蓄热层的热流白天指向墙体外侧,夜间指向墙体内侧,因此它的厚度直接根据热流的方向确定。有效蓄热层与天气、墙体总厚度以及墙体热特性参数有关。2012-12—2013-01期间有效蓄热层厚度为0.26~0.45m不等,最大值出现在连续雪天。同时从理论上验证了3.0m厚的温室土墙内部存在热流相对稳定的"热稳定层"。     

日光温室土质墙体内温度与室内气温的测定分析

为研究日光温室土质墙体的保温性及室内温度环境特征,对日光温室的后墙、地面、空气进行了不同层次的温度监测和理论分析.结果表明:日光温室后墙在传热过程中,由内向外随墙体厚度的增大传入热量逐渐减少.在后墙垂直方向内表层0.2 m处,墙体中下部温度最高,顶部和基部温度较低;3月份一日内墙体表面温度平均比地表面温度高3.3℃;夜间放热时间比地面长约3 h,且单位面积墙体比单位面积地面放热多.白天,在温室南北方向由北向南气温逐渐增高;垂直方向气温由下到上逐渐升高;夜间,在南北方向由北向南气温逐渐降低,垂直方向气温没有明显变化.无论白天夜间,日光温室内南北方向气温差异比垂直方向气温差异大.     

日光温室墙体夜间放热量计算与保温蓄热性评价方法的研究

本文提出了以墙体夜间放热量作为评价指标的日光温室墙体保温蓄热性能评价的方法.在以付立叶级数形式表达的室内外气温等墙体工作条件下.根据一维非稳态传热的理论,采用有限差分算法,建立了日光温室墙体传热过程模拟与墙体放热量的计算方法,并开发了相应的计算机程序RGWSQCR.根据对几种墙体的夜间传热量计算结果进行非线性回归分析,建立了墙体夜问放热量简化计算的经验公式.     

基于有限元分析的日光温室土质墙体温度场模拟与验证

研究日光温室墙体中温度梯度及其变化规律对于日光温室墙体的蓄热保温性能分析评价、设计与建造有着重要的意义。2012年12月至2013年2月,采用自制多点温度测试仪,对山东泰安地区日光温室土质墙体的温度进行采集,并与ANSYS有限元模拟结果进行比较,发现温度场实测结果与模拟结果相吻合。进一步模拟结果表明,墙体蓄热/放热层一天中呈周期性变化,保温隔热层随外界温度变化较小,墙体下部温度较高,且在水平方向上温度梯度变化较小,在10~14℃持续时间长且稳定;距墙体内表面0.2 m处温度最高,并沿墙体厚度方向逐渐平缓降低,墙体外表面温度最低。基于模拟结果,对山东省泰安地区日光温室土质墙体进行结构优化,其最小厚度应为2.2 m,蓄热/放热层为0~0.5 m,保温隔热层为1.3~1.7 m。     

南方日光温室的结构、环境特点及应用效果

南方日光温室是一种冬季保温效果优良的设施类型,其长度50 m,跨度8 m,南面肩高1.7 m,北面顶高3.85 m。东、西、北三面由支柱、聚氨基泡沫板、多功能薄膜为主要材料构成可以拆卸的保温墙,南面由钢管弯曲而成的屋架、支柱及覆盖在屋架上的多功能薄膜、保温被和卷帘机组成。为了加强通风降温性能,在南、北屋面和北保温墙上都设计安装了通风窗。南方日光温室光照强度、温度的日变化呈现出早晨和傍晚较低、中午高的趋势,湿度则呈相反的趋势。与普通大棚相比,南方日光温室的总进光量较大。由于南方日光温室夜间有外保温被覆盖,与露地温差可达4.7～12.7℃,可使室内气温维持在5℃以上。南方日光温室的气温晴天上升较快,中午可达到40℃以上,需开窗通风降温。由于南方日光温室密封性较好、温度高、相对湿度高,需适当通风降湿。番茄种植的结果表明,南方日光温室可明显改善一月、二月和三月份番茄生长的环境条件,生长期和采收期可延长一个月,产量增加20%～50%。     

新疆砌块复合墙体和砖墙日光温室的传热数值模拟分析

【目的】 研究建立新的二维传热模型来模拟和优化日光温室,为日光温室墙体的设计、建设和维护提供科学合理的方法和依据。【方法】 采用ansys软件进行温度场和流场模拟,使用UG软件对日光温室造型,将顶部保温被等结构适当简化,计算域分为内部与外部空气两部分。运用DO辐射模型和湍流模型模拟,采用CFX-Post计算处理,得到温度云图 。【结果】 日光温室墙体为内外扰均为周期性非线性条件的二维非稳态热传导,白天14:00时2种墙体温室内超过12.0℃,各墙面间温差较小,对流传热不明显。夜间03:00时,砌块复合墙体日光温室地面上部有高度2.2 m、温度11.2℃的高温区。与北墙体表面距离相同的情况下,砌块复合墙体日光温室的温度值高于砖墙温度值,距离墙体表面越远,两日光温室温差逐渐降低,但砌块复合墙体日光温室温度始终高于砖墙日光温室。且随着时间的推移,两日光温室温差逐渐增加,到夜间06:00时,砖墙温度低于室内,没有散热;砌块复合墙体温度仍高于室内,继续散热。后屋面、脊高处是热量散失较多的部位。【结论】 砌块复合墙体日光温室的热性能明显好于砖墙日光温室,与实际栽培试验结果相同。     

砖墙日光温室结构传热特征的监测研究

砖墙日光温室是重要的温室类型,但建设成本高、越冬性能不佳。为明确砖墙日光温室结构蓄放热特点,为日光温室标准化设计提供指导,本研究监测分析了砖墙日光温室热环境及结构的蓄放热特征。通过不同时段的监测分析得到以下几个结果：(1)砖墙日光温室0~20cm深度的土壤为蓄热层;0~25cm的墙体为蓄热层;(2)栽培面和墙体在白天蓄热,在夜间室内气温降低后,逐渐向室内散热,但小于通过前后屋面散失的热量,测试期间散热比放热高0.64MJ.m^-1;(3)日光温室外表面一直处于散热状态。在不考虑其他散热损失的条件下,前屋面、后屋面、后墙、侧墙在夜间(18:00~次日8:00)的散热分别占总散热量的76.1%、10.7%、11.5%、1.7%。通过以上结果分析,改善日光温室热环境应采用综合的工程方法,以控制整体建设成本,即实现合理的蓄热保温。本研究对促进日光温室标准化的实现有重要指导作用,进而可以促进设施建设的向现代化、标准化方向发展。     

Determination and Analysis on Heat of Trapezoidal Soil Wall in Solar Greenhouse

Solar greenhouse with trapezoidal soil wall is widely used due to its good heat retaining property and cost efficiency.In this study, solar irradiance, heat flux and the temperature 0.05 and 0.3 m from the inner surface of the wall at the upper,middle and lower measured positions were determined to study the thermal condition of the trapezoidal soil wall in solar greenhouse. The results showed: first, both the solar irradiance and the temperature increased from the upper to the lower measured position. Second, the heat absorption also increased from the upper to the lower measured position. In clear day, the heat absorption at the three measured positions accounted for 31.4%, 32.6% and 36.0% of the total amount of heat absorption of the whole wall. In cloudy day, the heat absorption at the three measured positions were 0.249, 0.370 and 0.440 MJ/m~2, which accounted for 23.5%, 35.0% and 41.4% of the total amount of heat absorption of the whole wall. When P0.05, the heat fluxes were strikingly different between the upper and lower measured positions. But when P0.01, the heat flux had no big difference among the three measured positions. Third, in clear day, the heat emission was the biggest at the middle measured position and smallest at the upper measured position. The heat emission at the three measured positions accounted for 27.5%, 36.7%and 35.8% of the total amount of heat emission of the whole wall. And the heat emission between the middle and lower measured position was not strikingly different. In cloudy day, the heat emission was the biggest at the lower measured position and smallest at the upper measured position. The average heat emission at the three measured positions accounted for 26.1%,36.4% and 37.4% of the total amount of heat emission of the whole wall. Fourthly, correlativity, the solar irradiance directly influenced the heat absorption and had close relation with heat emission. And heat emission again had close relation with the temperature in the greenhouse. Solar irradiance directly influences the thermal condition of a solar green house. It is hoped that this study can be referred to optimize trapezoidal structure and to improve the thermal conditions of the solar greenhouse.     

随环境变化的土壤热波动特性研究

根据周期性变化的环境温度和土壤半无限大平壁假设,建立了土壤导热数学模型,并采用PHOENICS3.6软件求解,得出了不同温度波对土壤导热区域的影响。研究了不同频率、振幅的热波及不同物性参数的土壤对不同深度处热波响应特性的影响。指出该研究方法可以应用于冷热油交替输送管道的非稳态温度场研究。