日光温室主动蓄放热冠层增温系统性能研究

【目的】设计日光温室主动蓄放热冠层增温系统(Active heat storage-release system for canopy warming,AHSCW)并进行实地试验,分析该系统对番茄冠层的增温效果,为进一步探讨主动蓄放热热能的高效应用方式和作物局部增温系统的设计提供参考。【方法】在第六代主动蓄放热系统基础上设计AHSCW,以太阳能为热源,白天通过水循环将太阳能以热能的形式收集于蓄热水池内,夜间通过冠层增温管道释放热量,对番茄冠层进行局部增温。以使用AHSCW的日光温室为试验温室,未加温的日光温室为对照温室,通过测定太阳辐射强度、番茄冠层空气温度、水温及水泵耗电量参数及不同时期番茄的株高、茎粗和产量,对系统的增温效果进行测试与分析。【结果】白天AHSCW的蓄热量为166～194 MJ,夜间放热量为129～142 MJ,能量利用效率为67%～86%;该系统能够提高番茄冠层区域气温1.4～3.0℃;AHSCW温室果实产量为1.14 kg/m~2,是对照温室(0.64 kg/m~2)的1.77倍。【结论】AHSCW可以明显提高番茄冠层气温,保证番茄的越冬生产,促进番茄生长,增加其产量并可使果实提前成熟上市。     

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"。     

酒糟沼渣基质对番茄生长及其品质的影响

本试验基于番茄有机基质栽培模式,研究酒糟沼渣不同粗细渣配制的基质ZH(细渣∶粗渣=2∶1)、ZX(细渣∶粗渣=1∶0)、常规基质草炭(CT)及椰糠(YK)对番茄植株生长、产量及品质指标的影响。结果表明,沼渣基质的有机质和总养分含量较高,重金属和有害生物都远低于相关标准,四种抗生素在0. 75 mg/kg为检出限情况下未检出,理化指标都在合理范围内,p H和EC值相对较高。沼渣基质可以促进番茄生长、改善果实品质、增加产量,其中ZH处理的株高、茎粗、叶面积高于其它3个处理,但无显著差异,仅根冠比显著高于其它处理; ZH处理产量最高,比最低产量处理YK增产11. 58%,但4个处理间差异均不显著;沼渣基质较椰糠和草炭基质提高果实可溶性总糖、还原糖(果糖、葡萄糖)和VC含量,降低可滴定酸含量。ZH处理果实可溶性蛋白显著高于其它处理。主成分分析表明,ZH处理番茄综合品质评价最好;相关性分析得出,植株叶片C/N与番茄可溶性糖、可滴定酸、可溶性蛋白存在显著或极显著相关。本研究结论为沼渣基质可作为有机栽培基质,综合生物学、产量、品质性状分析结果认为,细渣与粗渣为2∶1的配比基质是有机基质栽培番茄的最佳配方。     

基于CFD模型的大跨度温室自然通风热环境模拟

大跨度温室作为一种新型南北走向的钢骨架覆膜温室,解决了传统日光温室土地利用率低、空间狭小的问题。为了研究在自然通风条件下大跨度温室的温度和气流场的分布规律,以及不同室外风速条件下通风口开度对大跨度温室温度和气流场的影响,利用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)软件构建三维稳态大跨度温室模型,模拟自然通风条件下大跨度温室内的温度场和气流场,并采集典型晴天下通风口开启50%时大跨度温室内13个测点的温度,将各测点的测量值与模拟值进行比较,最后利用已验证模型模拟分析通风口开度(25%、50%、75%、100%)在不同室外风速(1、2、3、4 m·s~(-1))条件下的大跨度温室温度和气流场。验证结果表明:模型模拟值与实测值的绝对误差在0.2~2.8℃,均方根误差为1.6℃,最大相对误差为9.9%,平均相对误差为4.1%,表明模拟值与实测值吻合良好。模拟结果显示,温室顶部温度高,底部温度低;室外冷空气从西侧通风口进入,温室内西侧温度低于东侧;温室内平均风速从南到北逐渐减小;温室中部风速明显小于东西两侧。大跨度温室上通风口及侧通风口全开时,温室内温度分布较均匀。温室通风口开度一定时,温室内通风率与室外风速呈显著线性正相关。考虑温室内温度及风速对作物的影响,以降温为主要目的时,建议通风口开度取75%~100%,若室外风速大于3m·s-1且室内温度能满足作物生长,则建议通风口开度75%。     

直膨式太阳能热泵用于温室番茄根际-空气加温的试验研究

针对直膨式太阳能热泵所集热能利用率低,温室加温不足的问题,采用直膨式太阳能热泵为集热系统,根际-空气加温为放热系统,对大跨度主动蓄能型温室在不同天气仅根际加温和根际与空气同时加温的加温效果,集、放热系统运行性能,集热效率,热能利用率,节能率和集热系统的优化运行模式进行研究。结果表明:1)连续阴天和连续晴天,放热系统的热能利用率分别高于97.2%和92.7%;2)不同天气试验区的根际温度在17.9℃以上,比对照区高1.5℃,空气温度在11.6℃以上,比对照区高3.6℃,相对湿度在90.8%以下,比对照区低3.2%;3)不同天气整套系统的节能率R在47.2%以上,性能系数在1.9以上;4)不同天气集热系统均能在设定时间内达到设定集热温度目标,且其集热性能系数COPc在2.3以上,其集热效率在149.6%以上;5)9:30—11:30集热系统COPc随太阳辐射强度的增大,从1.4增大至3.0,11:30—14:50集热系统的集热性能系数均高于3.8,15:10以后,蓄热水池水温高于47℃时,集热性能系数由3.2最终降至0.8。该研究表明根际与空气结合的加温方式不仅提高了温室加温效果,还提高了热能利用率和直膨式太阳能热泵的集热性能。此外,根据集热条件调节集热系统的运行模式,可提高集热性能,达到温室加温节能的目的。     

植物工厂现状与发展战略

正近年来,植物工厂在东亚、欧美,尤其在日本、中国、韩国、美国、新加坡等国家和地区发展迅速,一些国际知名企业(如飞利浦、GE、三菱等)也纷纷介入植物工厂的技术研发与产业推广,全球植物工厂呈现极为活跃的发展势头。植物工厂通常被定义为一种通过设施内高精度环境控制,实现作物周年连续生产的高效农业系统,是由计算机对作物生长过程的温度、     

密闭式植物种苗工厂的设计及其光环境研究

密闭式植物苗工厂具有节能、环保、控制精度高、生产成本低等特点，发展前景广阔。利用不透光的绝热材料建设人工光型密闭式植物工厂，设计开发了高精度的环境控制系统，为植物生长提供优化的物理环境。研制了种苗繁育LED光环境调控装置、光照距离可调式荧光灯板，有效地改善植物生长所需的光环境，提高植物的光能利用率。通过对环境控制系统的试验研究以及相关的生物学试验，为密闭式植物工厂以及人工光源在育苗领域的应用研究提供了理论和试验依据。LED、荧光灯与自然光条件下黄瓜育苗对比试验表明LED光环境下植株生长速率高于其他处理，表现出一定的生长优越性。     

LED光源不同光质对叶用莴苣幼苗叶片气体参数和叶绿素荧光参数的影响

采用发光二级管(LED)调制光质和光量,研究不同光质处理对叶用莴苣品种‘奶油生菜’和‘美国大速生’幼苗叶片气体交换参数及叶绿素荧光的影响.结果表明:LED光源光质提高了叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总含量及叶绿素a/b值,品种间叶绿素含量差异显著,‘奶油生菜’‘美国大速生’;光质对叶用莴苣幼苗叶片光合速率的影响是由非气孔因素引起的,蓝光LED增大了叶片Gs,‘奶油生菜’以蓝光LED的光合速率最高,而‘美国大速生’以荧光灯处理最高;LED-红∶蓝下叶用莴苣各品种均具有最高的原初光能转化效率、开放的PSII中心有效光化学转化效率、PSII的电子传递速率和叶片PSII潜在活性;与荧光灯相比,LED光源对提高叶用莴苣叶片光合能力具有明显优势,有利于提高叶片的PSII活性和QA的还原速率.     

太阳能光伏发电系统在植物工厂中的应用初探

从降低植物工厂运行成本的角度出发,将太阳能光伏发电系统与植物工厂相结合,可将太阳能转变成电能后为植物工厂的运行提供能源。太阳能技术的应用,将有望降低植物工厂的运行能耗,减少植物生产对常规能源的依附。     

设施园艺与观光农业系列(8)叶菜立体观光栽培技术

观光农业的叶菜栽培,需要注重品种的多样化搭配和栽培模式的艺术化、立体化,赋予栽培过程的科技、文化、艺术内涵.如采用立体柱式栽培可以在高低起伏的地形上布置成"蔬菜森林"的景观,也可布置成"蔬菜迷宫"景观;采用墙体栽培可以布置成"生态院墙"、 "绿色小屋"等景观;采用管道式栽培可以布置成空中"景观长廊"或"立体景墙"景观;采用自然的竹木资材做成立体栽培装置更具艺术性等.