大跨度保温型温室的热环境模拟

大跨度保温型温室为拱型钢骨架结构,南北走向,相邻温室间距仅2m,相比于传统日光温室土地利用率提高到91%,且仍具有日光温室节能的特点。为分析和评价该温室的蓄热保温性能,基于温室热传导、对流换热、太阳辐射、天空辐射、作物蒸腾、自然通风等热物理过程,构建了温室内热环境变化模型,并利用Matlab软件对其进行求解,模拟在冬季连续4个典型工作日无加温条件下,每10min的室内空气温度和作物根区温度,并将模拟值与实测值进行对比分析。结果表明,模型对大跨度温室内空气温度模拟的平均绝对误差在±1.3℃之内,模拟值与实测值间直线方程的决定系数（R2）为0.99（n=576）,回归估计标准误差（RMSE）和相对误差（RE）分别为1.6℃和16.4%;作物根区温度实测值与模拟值的绝对误差在±0.6℃之内,直线方程的R2为0.91（n=576）,RMSE和RE分别为0.76℃和6.7%。模型模拟值与实测值较为一致,可为温室环境精准调控和结构优化设计提供理论依据。     

日光温室热环境模拟模型的构建

该文建立了日光温室热环境模拟模型,定量描述了日光温室内的太阳辐射、对流换热、辐射换热、热传导、自然通风和水分相变带来的潜热对日光温室热环境的影响,根据质能平衡和传热学理论,得到一组关于覆盖物、室内空气、温室分层后墙、分层地面土壤、分层后坡和作物热平衡的微分方程组。利用MATLAB的强大计算能力与VB的良好用户界面建立模拟计算软件,可求得温室各组成部分的温度。通过试验验证,该模型能够比较准确预测日光温室环境温度。     

多层覆盖连栋温室热环境模型构建

建立了多层覆盖连栋温室的温、湿度动态机理模型，定量描述了温室内的对流换热、土壤热传导、太阳辐射、长波热辐射、植物蒸腾、地面蒸发、水汽凝结、机械通风和自然通风等物理过程，根据质能平衡原理，对覆盖材料、室内空气、作物、土壤等建立了质能平衡方程。在给定的边界条件下，通过求解质能平衡方程，可求得室内温、湿度和各组成部分如覆盖材料、土壤、植物等的温度以及各部分间的能流、蒸汽流密度。利用有效辐射的概念，推导出了内外遮阳幕、内外覆盖材料、作物冠层、地表、室外天空之间的辐射热交换计算方法。利用压力分布法，推导出了具有顶窗、侧窗和湿垫等多个通风口时的风压和热压通风量计算式。与其他研究者提出的温室环境模型相比，本模型具有更为广泛的适用性。     

地面加热系统温室热环境测定与经济分析

温室加热系统对温室冬季耗能有一定的影响。地面加热系统能够合理地利用加热系统的供暖热能，使之充分有效地供给座落在地面上的植物，并降低植物冠层上部温室空间的气温，减少了温室的能耗，这也是温室冬季节能的一种非常有效的方法。该文研究了应用地面加热系统的温室热环境，测试结果表明，温室有较好的空气温度分布。温度水平分布均匀，南北方向上温度差异在1℃左右；温度垂直梯度分布为从地面附近到保温幕下气温逐渐降低，但温度降低幅度比较小，在1℃以内，与传统加热方式的保温幕下高地面附近低的温度垂直梯度分布有明显不同。温室夜间植物根部温度在19～25℃。与传统加热方式相比，采用地面加热的温室热环境比较有利于植物生长。该文还以传统加热系统为比较对象，简单分析了地面加热系统的节能效果、散热器投资和运行效益，结果表明地面加热系统比传统加热系统节约能源28%，散热器投资费用可以节省34.1%，每年降低运行费用3万多元。     

适宜填料提高温室甲鱼养殖废水曝气生物滤池处理效能

温室甲鱼养殖废水的无序排放已成为长三角农村地区重要污染源之一,特别在温室甲鱼养殖密集区尤为明显。为了探索曝气生物滤池处理温室甲鱼养殖废水的可行性,并筛选适合于温室甲鱼养殖废水水质的生物滤池填料,为处理工艺的实际应用提供参考。该文以斜发沸石、生物陶粒和砾石等3种填料及以此作为填料的曝气生物滤池为研究对象,研究不同填料对温室甲鱼养殖废水N、P的吸附性能及其净化废水的效果。研究结果表明,3种填料的N吸附容量为0.469～0.563 mg/g,3种填料对N的吸附量差异不大（P>0.05）,P吸附容量0.003～0.114 mg/g,其中沸石对P的吸附量最高。在某典型温室甲鱼养殖场建立温室甲鱼养殖废水曝气生物滤池处理中试工程,经过122 d的运行,结果表明沸石、砾石和陶粒滤池对COD、NH4+-N、TN（总氮）以及TP（总磷）等污染物均具有良好的去除作用,整个运行过程中COD去除率59.4%～61.1%,NH4+-N去除率达93.2%～97.2%,TN去除率54.4%～71.1%,TP去除率为62.7%～84.3%,沸石滤池对TN去除作用最佳,砾石和陶粒滤池对TP的去除率较好。生物滤池对氮磷的去除是填料吸附和微生物共同作用的结果,填料种类对废水的处理效能影响较小,考虑到填料的成本和来源,砾石是曝气生物滤池处理温室甲鱼养殖废水时较为理想的填料。若在温室甲鱼养殖场位于环境敏感区,对氮的去除要求较高,则可采用沸石为填料。综上所述,曝气生物滤池处理工艺具有较高的推广应用价值,适合中国温室甲鱼养殖场废水的处理。     

日光温室的热环境理论模型

该文考察了日光温室各部件的湿热平衡，建立、求解并验证数学模型，证明了模型的准确性。分析表明，室内气温主要受室外太阳辐射的影响，而室外气温只具有次要的作用；温室后墙对保证温室热环境具有重要作用，而且其夜间的作用大于白天；随着保温性能的提高，温室的热环境得到稳定改善，特别是当使用透光保温合一型材料时，温室的热环境得到更大的改善。     

4种用于温室除湿的亲水翅片管蒸发器热湿传递性能分析

温室冬季高效除湿需求已经成为制约中国温室产业高质量发展的技术难题之一。为了提高温室用冷冻除湿系统中亲水翅片管蒸发器的热湿传递性能,该研究建立了低温高湿工况下平翅片、带涡产生器平翅片、波纹翅片、开缝翅片4种亲水翅片管蒸发器空气侧的数值传热模型,采用蒸发器的换热量Q、努塞尔特数Nu、摩擦因子f、单位翅片面积析湿量和强化传热因子JF等评价参数,对比分析了低温高湿工况下4种亲水翅片管蒸发器空气侧热湿传递性能。结果表明,与平翅片相比,带涡产生器平翅片、波纹翅片、开缝翅片空气侧的Nu、Q和f均高于平翅片,且开缝翅片的Q和f在相同条件下均最大;4种翅片的f随入口风速的增大而大幅度减小,而相对湿度对f的影响较小;单位翅片面积析湿量均随入口风速和相对湿度的增大而增大,波纹翅片的除湿能力最优;在入口风速1～4 m/s和相对湿度80%～95%条件下,波纹翅片管蒸发器的JF因子平均值最大,其热性能最优;在冬季寒冷地区低温高湿的温室中,推荐选用波纹亲水翅片管蒸发器对温室内空气进行除湿。该研究可为温室低温高湿环境下除湿系统用亲水翅片管蒸发器的设计与应用提供参考。     

连栋玻璃温室采暖热负荷计算方法

采暖热负荷是温室采暖系统设计中最基本的参数,为了研究随着内保温幕等设备的普及应用和温室密闭性的改善,现行标准体系下计算出的温室热负荷是否仍旧适用,该研究比较了中国和美国的共6个标准中的采暖热负荷计算方法,并以北京地区连栋玻璃温室为例进行采暖热负荷的定量分析。研究表明,基础墙传热热损失约占围护结构总热损失的0.1%,地面热损失占温室总热负荷的1%左右,两者均不是影响温室采暖热负荷的主要因素。计算表明,按照6个标准分别计算出的温室单位面积采暖热负荷最小为230.10 W/m²,最大为305.24 W/m²,相互之间差异较大,而且与温室实际配置散热器的散热量139.61 W/m²相比整体存在明显差距。在考虑内保温幕保温作用后温室的单位面积采暖热负荷最小为101.56 W/m²,最大为176.69 W/m²,如剔除中国民用与工业建筑中由于没有考虑玻璃拼缝造成冷风渗透热损失偏低的最小值,温室专用标准的热负荷计算方法基本符合实际情况。为此,研究提出在温室采暖热负荷计算中应充分考虑温室保温幕...     

连栋温室地中热交换系统贮热加温的试验

为解决连栋温室冬季能耗大、费用高的问题,进行了采用地中热交换系统部分代替燃煤的贮热加温试验。测定了空气和管道周围土壤贮、放热前后的温度等参数变化,系统在夜间加温能力可达加温热流量６０Ｗ／ｍ^２,可有效保证夜间室内气温高于室外１１℃以上。     

优化日光温室热环境与建构的工程技术研究进展

温室冬季高效除湿需求已经成为制约中国温室产业高质量发展的技术难题之一。为了提高温室用冷冻除湿系统中亲水翅片管蒸发器的热湿传递性能,该研究建立了低温高湿工况下平翅片、带涡产生器平翅片、波纹翅片、开缝翅片4种亲水翅片管蒸发器空气侧的数值传热模型,采用蒸发器的换热量Q、努塞尔特数Nu、摩擦因子f、单位翅片面积析湿量和强化传热因子JF等评价参数,对比分析了低温高湿工况下4种亲水翅片管蒸发器空气侧热湿传递性能。结果表明,与平翅片相比,带涡产生器平翅片、波纹翅片、开缝翅片空气侧的Nu、Q和f均高于平翅片,且开缝翅片的Q和f在相同条件下均最大;4种翅片的f随入口风速的增大而大幅度减小,而相对湿度对f的影响较小;单位翅片面积析湿量均随入口风速和相对湿度的增大而增大,波纹翅片的除湿能力最优;在入口风速1～4 m/s和相对湿度80%～95%条件下,波纹翅片管蒸发器的JF因子平均值最大,其热性能最优;在冬季寒冷地区低温高湿的温室中,推荐选用波纹亲水翅片管蒸发器对温室内空气进行除湿。该研究可为温室低温高湿环境下除湿系统用亲水翅片管蒸发器的设计与应用提供参考。

     

南方双层塑料大棚智能增温器的研制及试验

为了提高大棚农业生产中的冻害防御能力,该文研制了用于南方塑料大棚冻害防御的温室大棚智能增温器,并实际试验了该增温器的使用效果和使用成本。该增温器以酒精作为燃料,以置于温室大棚内关键位置的温度传感器作为启动和关闭的信号源,能够根据棚内实际温度变化进行精确加温。在试验棚（增温器加热,长度和跨度为8 m×40 m的双层塑料大棚）和对照棚（不加热,长度和跨度为8 m×40 m的双层塑料大棚）进行了连续12 d的对比试验。试验表明,在夜间试验棚的温度比对照棚高2～3℃,维持此状态6 h所需要耗费的成本仅为30元左右。该增温器具有操作方便、费用较低、增温快速、使用环保的特点,为设施农业生产提供了一个高效的冻害防御工具。     

温室多层覆盖传热的数值模拟与验证

为准确地掌握温室中不同材料和不同使用条件下多层覆盖的传热和保温特性,该文在前人研究的基础上建立了温室多层覆盖传热的理论模型,并开发了模拟其传热过程与计算传热量和传热系数的计算机程序,可根据覆盖材料的红外辐射特性、覆盖层构造参数以及工作环境等条件,定量分析覆盖层的传热情况,得出传热量以及传热系数的理论计算值。实测结果表明,传热量以及传热系数的理论计算值与试验测定值较为一致,表明该多层覆盖传热的理论模型具有较高的准确性。     

温室甜椒生长与产量预测模型

基于光温的作物生长模拟模型是进行温室作物和环境优化调控的有力工具。通过不同品种、不同生态地点的温室播期试验,定量分析辐射和温度对甜椒干物质分配和果实采收指数的影响,以及果实干物质量增长和鲜质量增长的关系,建立以辐热积为预测指标的甜椒干物质分配模型,并将其与光合作用驱动的干物质生产模型以及果实干物质量增长和鲜质量增长的定量关系相结合,建立温室甜椒生长动态与产量预测模型。利用与建模相独立的试验资料对模型进行检验,结果表明,模型对Venlo型连栋温室和日光温室中种植的不同品种甜椒的干物质生产与分配和产量的预测结果较好,建立的模型参数少且易获取,实用性较强,可以为中国温室甜椒生产中光温的管理提供决策支持。     

增施CO2气肥对温室流场影响的数值模拟及验证

CO2气体是温室作物光合作用的重要原料之一。为掌握温室CO2气肥增施性能,以温室CO2气肥增施为研究对象,采用计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）技术建立二维紊流数值计算模型。基于FLUENT软件,结合SIMPLE算法,采用有孔介质模型、模型、离心坐标（discrete ordinates,DO）模型,添加组分传输模型,对气肥喷射高度、气肥增施流量等因素对CO2增施性能进行数值模拟,得到温室内CO2浓度变化和分布规律。研究结果表明：气肥增施过程对作物区的温度场影响较小,温室的作物区域最大温度与最小温度差值不超过0.5℃,作物区域的气流流场以及温度场分布较为均匀;由于CO2的沉积效应,温室下部区域的CO2浓度相对较高;气肥喷射高度越高,CO2扩散的范围越大,沉积在作物区的CO2相对越少,CO2的浓度也相对较低;气肥增施流量越大,作物区域的CO2浓度上升越快。试验结果表明,CO2浓度模拟值与试验值差异不大于5 %,模拟结果与试验结果较吻合,证明了模型的正确性。该研究对掌握温室CO2气肥增施性能的流场变化规律,开展温室气肥增施装备的优化设计具有一定的参考价值。     

乌龟温室养殖水中悬浮颗粒物的沉降特性

养殖水体中固体颗粒物的沉降特性对养殖池和沉淀池的优化设计非常重要。在乌龟温室养殖中期,取距池底 10 cm处的养殖水作为沉淀原样进行静态沉淀试验,测得原样的悬浮颗粒物质量浓度为(763±15.3) mg/L,粒径分布范围是1～300 μm,其中粒径>100 μm的颗粒物体积占20.4%,50～100 μm的占39.1%,<50 μm的占40.5%。结果表明：在一定的深度范围内颗粒物沉淀速率不受沉淀池深度影响,但若沉淀池太浅且颗粒物浓度较高时会发生拥挤和压缩沉淀;对于乌龟养殖中期的水体,确定了沉淀池的溢流速率和颗粒物去除率之间的关系,当溢流速率为0.0167 cm/s,悬浮颗粒物的去除率为24.9%,且溢流出的水体中总体积90%的颗粒物粒径<98.4 μm,50%的颗粒物粒径<41.9 μm;在龟鳖温室养殖池中设置平流式沉淀池可有效地进行悬浮颗粒物的管理和去除,且随着养殖水体中细微颗粒物的增加,溢流速率可随之减小。     

基于快速无损检测的温室黄瓜果实干质量的测定

为了获得高精度、连续性及同一样本的试验数据以建立温室黄瓜果实生长发育的动态模型,该文以研究快速无损检测（rapid non-destructive testing,RNDT）温室黄瓜果实干质量为目的,通过研究4种不同营养液浓度下的黄瓜果实的试验数据,构建了不同营养液浓度下黄瓜果实干质量与鲜质量、体积的模型。结果表明,不同营养液浓度下果实干质量的预测值与实测值的决定系数（R2）和回归估计标准误差（root mean square error,RMSE）分别为：0.987和0.281（营养液稀释倍数1:200）,0.993和0.607（营养液稀释倍数1:100）,0.925和0.616（营养液稀释倍数1:50）,0.96和0.502（营养液稀释倍数1:30）,模型的预测值与实测值之间的吻合度较好。因此,该模型可以无损、简单、快速和精确预测任意黄瓜果实的干质量,为温室黄瓜干质量分配模型的构建提供参考。     

相变蓄热墙体对日光温室热环境的改善

该文以北京市郊区某蔬菜种植基地日光温室为研究对象,将所研制的新型相变蓄热墙体材料应用于日光温室北墙内表面,通过提高温室墙体太阳能集热与蓄热能力,达到提高太阳能热利用效率和改善日光温室热环境的目的。采用40mm厚相变蓄热墙体材料板的试验温室与同尺寸的普通砖墙的对照温室比较,2010年12月21日至2011年1月18日的比较试验结果表明:草帘开启时段(白天),前者后墙表面温度平均提高1～2.7℃,耕作层(0～20cm)土壤平均温度提升0.5℃,室内环境平均温度提升0.2～2.1℃;草帘关闭时段(夜间),试验温室后墙表面温度平均提高2.1～4.3℃,耕作层土壤平均温度提升0.5～1.4℃,室内环境平均温度提升1.6～2.1℃。所研制的相变蓄热墙体材料较好地改善了温室作物生长热环境,提高了日光温室的太阳能热利用率。     

温室黄瓜叶片光合速率的类卡方模型

为了精确模拟不同光照下温室黄瓜光合作用的变化规律,提出了一种类卡方模型（QCSM）进行建模。使用Li-6400便携式光合测定系统测定了温度分别为16℃、20℃、24℃、26℃、28℃、30℃和光量子流通量密度（PPFD）为0～ 2000 μmol/(m2?s)动态条件下温室黄瓜叶片净光合速率（Pn）,以Pn测定值为基础对QCSM参数进行了模拟。结果表明：QCSM拟合得到的黄瓜叶片净光合速率估计值 与实测值Pn相符。经过前一年的数据验证,模型精度较高,拟合优度达0.9908,残差标准误差（RSE）为0.4537。与负指数模型（ME）相比,QCSM净光合速率估计值与实测值较接近,同时,QCSM能得到包括光饱和点、补偿点、最大光合速率、暗呼吸、表观量子效率等在内的五个光合作用参数值。与非直角模型（NRH）相比,由QCSM估计的光饱和点、补偿点、暗呼吸与实际较接近。     

基于热平衡模型的温室地表水源热泵系统供暖设计与试验

为降低长江三角洲温室冬季供暖能耗,提出一种采用温室运行热负荷预测技术进行开放式温室地表水源热泵供暖系统（surface water-source heat hump system,SWSHPS）的供暖设计方法。结合温室的工程运行实际和各种环境因素,建立了温室热平衡预测模型。并采用MATLAB/SIMULINK模块进行了8种温室环境条件下的能量数值模拟,计算了温室不同覆盖材料和保温幕状态的能耗,当室外空气温度为0℃时,纳米掺锑二氧化锡涂膜玻璃温室比普通浮法玻璃温室可减少能耗23%,夜间开启保温幕比收拢可减少能耗22%。最后进行了温室冬季供暖试验,试验结果表明：室内空气温度垂直分布较均匀,能够满足设计要求,1月份系统平均制热性能系数（coefficient of performance,COP）值为2.3。基于热平衡预测模型设计的温室地表水水源热泵供暖系统是可行的。