日光温室薄膜清洗机设计及清洗效果试验

针对当前中国日光温室薄膜清洗效率低及清洗困难的问题,该文研制了一种半自动日光温室薄膜清洗机。整机包括清洗与行走部分,清洗部分主要包括直流电机、2组不同减速比减速器、清洁毛刷以及支撑滚筒,依靠拉绳收放完成升降,实现温室薄膜上下不同位置清洁;行走部分用来整体平移清洗部分,其上的放置平台采用偏心结构设计,方便清洗部分从薄膜放置到行走装置及再次清洗时移动到薄膜表面。以薄膜透光率为指标,开展了清洗速度、喷水压力与流量、刷毛长度对清洗效果影响的研究,得出合理的清洗爬升速度为2.8～5.6 m/min,喷水流量为2～3.5 L/min,毛刷接触薄膜长度为3 cm。通过对自然条件下使用3个月的新换薄膜进行试验,得到清洗后薄膜透光率最高可达90%,与同时更换未清洗薄膜相比提高15个百分点。该装置的使用在减小劳动强度的同时,提高了日光温室薄膜清洗效率、改善了棚内光照条件。     

日光温室前屋面采光性能的优化

应用网格优化理论,以透光量为目标函数,对日光温室前屋面的几何特性进行了优化分析,并通过实例分析,证明了该优化方法的可靠性。     

倾转屋面日光温室的采光及蓄热性能试验

为了实现了日光温室对太阳能的高效利用,该文提出了一种适用于高性能采光的倾转屋面日光温室。该文对倾转屋面日光温室的室内光照进行理论分析,试验测试了该日光温室的室内光照与蓄热性能,并与传统8和9 m跨的固定采光面温室分别进行了对比分析。试验结构表明,与普通固定采光面日光温室相比,倾转屋面日光温室的采光性能和温度指标有了明显提高。在晴天和多云采光天气条件下,倾转屋面日光温室室内的辐照度较普通8和9 m跨固定采光面日光温室均有较大幅度的增加,整体采光率分别提高41.75%和25.05%,对应的室内的辐照度增加平均值为69.54和38.99 W/m2。倾转屋面日光温室室内的温度有较大幅度的提高,表现为整体温度水平提高,倾转屋面日光温室较普通8m跨固定采光面日光温室,保温时段平均温度整体提高了3.1℃。该研究结果为温室建筑结构的改良和结构优化设计提供了参考。     

日光温室太阳辐射模型构建及应用

太阳辐射是影响日光温室光、热环境的重要参数,准确获得温室内部墙体与地面的太阳辐射照度变化规律可对温室设计建造、温室内环境调控与作物生产起到重要的指导意义。该文在总结已有日光温室太阳辐射模型的基础上,通过气象数据,地球、太阳的运动规律以及太阳光线与日光温室前屋面入射角的关系,建立了较为完善的日光温室太阳辐射模型,并利用该模型对温室内部辐射规律进行分析。采用典型晴天数据对模型进行检验,结果显示计算值与实测值平均偏差最大为63.46 W/m~2,平均绝对误差最大为63.48 W/m~2,均方根误差最大为79.18 W/m~2,决定系数在0.95～0.99范围内。利用该模型分析温室内部辐射规律发现,相比不同位置屋面角度的影响而言,透光率受时间即太阳方位与太阳高度角的影响更大。温室墙体表面与地面太阳辐射照度随季节不断变化,春秋分是一年中墙体与地面接受太阳辐射时间最长的节气,该日墙体表面与地面太阳辐射照度大致相当。春分到秋分期间,地面辐射照度高于墙体表面;从秋分到春分期间,墙体表面太阳辐射照度大于地面。不同区域温室内太阳辐射日积累量主要受纬度影响,低纬度地区较高纬度地区而言,冬季太阳辐射日积累量大,夏季太阳辐射日积累量小。研究结果可为日光温室内墙体蓄热、屋面优化、作物种植、围护结构能量平衡等研究提供理论参考与相关数据。     

日光温室内太阳辐射估算模型的构建

日光温室内不同位置的太阳辐射量是作物光合和蒸腾模拟模型的重要参数,也是研究温室内墙体能量收支平衡方程的重要因子。该文研究了温室围护结构对太阳辐射的遮蔽,建立了可蔽视角的计算公式,在此基础上估算了晴天温室内任一位置的太阳直接辐射、散射辐射和太阳总辐射,并以辽沈Ⅱ型日光温室为例,将模拟结果与实测结果进行了比较,对造成模拟误差的可能原因进行了分析。研究结果表明:日光温室内模拟的散射辐射和总辐射的日变化与实测值趋势较为一致,模拟值要略高于实测值,平均偏高6.4%和8.8%,误差的可能来源有大气透明系数、棚膜透光率的估算误差、承重骨架的遮蔽及人为观测的误差。研究结果可为日光温室内不同位置作物光合蒸腾模拟、群体光分布模拟、围护结构能量平衡等模拟模型提供参考。     

薄膜承载力及其对日光温室结构稳定性能的影响

为研究薄膜对日光温室结构抗灾害垮塌性能的影响,采用 ANSYS 有限元分析软件,模拟了单片薄膜受风雪、冰雹荷载作用情景,分析了薄膜厚度、尺寸（长度×宽度）、预张力和外荷载对单膜承载力的影响,建立了日光温室结构单榀拱架、无膜空间整体骨架、覆膜空间整体骨架3种计算模型,得到了风雪灾害下日光温室结构破坏全过程以及覆膜日光温室结构空间系数,探讨了薄膜厚度、弹性模量、预张力等参数改变时,薄膜张拉刚化效应对日光温室结构稳定性能的影响。结果表明：薄膜尺寸（长度×宽度）和厚度是影响其承载性能的主要因素,同时应适当考虑薄膜长宽比影响;0.2 mm厚的薄膜可满足特强冰雹的防灾要求;薄膜张拉刚化效应有助于提高日光温室结构抗风承载力,对抗雪承载力影响不大;各分析参数中,薄膜弹性模量对日光温室结构空间系数的影响不明显。研究结果为覆膜日光温室结构抗风雪、抗冰雹灾害设计提供参考。     

日光温室前屋面支撑位置对实腹式骨架安全性的影响

为掌握日光温室前屋面支撑点设置位置对骨架结构安全性的影响规律,获得最佳支撑点位置设置区域,该研究以北京地区为例,选取8、9、10 m三种常见跨度的日光温室为研究对象,依据相关设计规范提出了3种跨度日光温室的建筑剖面并确定了荷载作用形式。假定在日光温室前屋面骨架设置一个支撑点,并且支撑点位置可以沿着前屋面骨架以每隔一段相对固定的距离（约为50 cm）进行变化,运用MIDAS-Gen软件分别计算对应的49种支撑工况、255种荷载组合下温室前屋面骨架的宽厚比、挠度和应力比系数等强度及稳定性指标。计算发现,在不同支撑工况和荷载组合下,分别选取70mm′50mm′2.0 mm、80 mm ′60 mm ′2.0 mm、90 mm ′60 mm ′2.0 mm作为8、9、10 m跨日光温室的实腹式主拱架截面,对应的拱杆宽厚比为33、38、43,挠度值最大为15.13、14.69、18.5mm,均满足规范要求。温室前屋面支撑点位置变化对骨架安全性产生显著的影响,挠度变形、应力比系数随支撑点位置的变化规律均呈现出\     

基于物联网的日光温室低温灾害监测预警技术及应用

为减少冬春季由于大风强降温、连阴天造成的低温灾害对日光温室生产造成的影响,该文介绍利用物联网技术,集成开发一套包括日光温室小气候与生态环境监测网络、数据实时采集与无线传输、低温灾害监测与预警发布、远程加温控制于一体的技术方法。该方法通过构建具有统一入口的分布式信息管理系统,实现对不同传感器生产厂家设备的兼容及多个监测站的组网;以嵌入式GIS组件库作为开发平台,使数据接收软件有较强的空间显示与分析功能。基于对典型日光温室小气候观测数据与作物生长临界指标,利用逐步回归及神经网络建模,获得土围护和砖维护结构日光温室低温预警指标。利用手机短信、电子显示屏、网站等多媒体发布低温预警服务,并采用远程智能控制方式实现对温室定时加温。该项技术有效地解决了天津地区日光温室低温灾害监测和预警需要,提高设施农业园区管理水平和应对灾害能力。     

土壤水分特征曲线单一参数模型的建立及应用

在对甘肃省南小河沟流域不同地貌类型、不同质地土壤样品的土壤水分特征曲线进行试验测定的基础上,建立了南小河沟流域土壤水分特征曲线的单一参数模型,通过实测值对模型进行检验。结果表明:单一参数模型预测的土壤水分特征曲线与实测土壤水分特征曲线比较接近,而该模型参数少,结构简单,可进一步推广应用。     

考虑颗粒动态尺度影响的泥沙扩散系数模型建立及应用

在欧拉两相流数值算法中,多采用类比水流涡黏性系数的半经验泥沙扩散系数模型来计算固相体积浓度分布。而在将这一模型用于悬移质固液两相流时,因忽略了颗粒动态尺度对流体湍流强度的影响导致计算精度较低。为了体现这一影响,该文针对悬移质固液两相流,基于类比水流涡黏性系数的半经验模型,以颗粒与含能涡相互作用理论判断颗粒动态尺度和固相体积浓度对流体湍流强度的作用,根据流体湍流平衡流动理论和变量间多元回归分析方法,结合现有试验数据,建立了流体湍流强度变化率与颗粒动态尺度、固相体积浓度的关系式,进而得到了新的泥沙扩散系数的计算模型。通过对圆管中悬移质固液两相流的计算表明,相比于现有泥沙扩散系数模型,该文提出的模型能够体现颗粒动态尺度对泥沙扩散系数的影响,在不同含沙工况下计算得到的固相体积浓度分布与试验结果吻合更好,计算值与试验值的最大相对误差在10%以下,远远小于现有泥沙扩散系数计算模型的最大误差。该文新发展的泥沙扩散系数模型得到的悬移质固液两相流流场的计算精度明显提高,可以用于准确预测悬移质固液两相流流场特性。     

日光温室荷载组合方法及应用

荷载组合是日光温室结构设计的前提和依据,为了使工程设计人员科学认识和正确使用荷载组合,需要对日光温室的荷载特点、组合效应进行分析和构建。该研究分析了日光温室荷载的特征,通过分析国家规范体系中对结构设计荷载组合的要求,并以北京地区日光温室为例,分析了12个荷载工况下温室骨架的最大应力比,表明多种可变荷载成为主导荷载的可能性;研究提出了基于精确分析所有可能荷载组合的逻辑、方法,并在此基础上研发了日光温室全荷载组合自动生成软件;继续以北京地区日光温室为例,分析了该日光温室在1 216种荷载组合下的最大应力比,与当前普遍采用的预估等简化设计方式进行了比较。分析表明,采用部分荷载组合的日光温室简化设计方法没有涵盖算例中所出现的最不利荷载组合方式,存在组合上的漏洞,而采用\     

温室中应用相变储热技术研究进展

相变储热是近年来建筑与能源界非常重视的研究热点,将其应用于温室节能有重要意义。该文综述了国内外温室应用相变储热技术的发展现状,分析了温室储热的相变材料的性能与技术问题,指出了建立温室储热系统的可行的应用途径为墙体储热、地下储热和室内外联合储热。该文可为温室应用相变储热技术的进一步研究提供参考。     

分频北墙结构对日光温室内光热环境的影响

日光温室为中国特有的一种栽培设施结构,非对称的结构形式造成温室内南北光环境分布不均匀,一般墙体结构冬季夜间保温不能满足多数作物的生长需求。为构建具有保温蓄热能力、反射补光能力的多功能墙体结构,该研究设计了一种直接吸收太阳能的红外分频补光板（infrared frequency divided and supplementary light panel,IFDSLP）,可对室内光热环境进行调节。合成了基于氧化锡锑（antimony tin oxide,ATO）-三氧化钨（ tungsten trioxide,WO₃）的水基纳米流体,将该纳米流体补充进IFDSLP内腔,作为传热分光工质。当IFDSLP集热面积为7.2 m²,光程为10 mm、体积分数为0.005% 时,该流体工质在300～800 nm的植物光合有效波段中的平均反射率为79.6%,在近红外光波段中的平均吸收率为85.4%。该结构在增加温室北侧作物光照的同时,兼具温室夜间升温能力。IFDSLP系统的太阳能总利用率为71.9%,光热转换效率为36.4%,相比传统砖墙光辐射增加25%～28%,夜间空气温度平均提高1.5～2.0 ℃。该系统依托于现有日光温室结构,进一步改善了温室内的光热环境,是提高温室北墙全光谱利用率的有效途径。     

温度对不同年限日光温室土壤氮素矿化特性的影响

【目的】日光温室作为具有我国特色的一种高强度的栽培方式,过量施肥问题突出。随着温室栽培在我国北方地区规模的不断扩大,由此带来的土壤退化和地下水污染问题值得关注。不少研究表明,随着日光温室栽培年限的增加,土壤有机质含量不断增加;且温室栽培中的土壤温度与露地存在很大差异,其土壤氮素矿化特性如何,尚缺乏研究。【方法】本研究以位于黄土高原南部陕西省杨凌示范区不同栽培年限的日光温室土壤为研究对象,采用室内好气培养法(84 d)测定不同培养温度(20℃和30℃)对不同年限温室(0 3年)土壤0—20 cm及20—40cm土层氮素矿化量,采用一级动力学方程拟合土壤氮素矿化曲线,根据土壤氮矿化势(N0)评价不同栽培年限温室土壤氮素矿化特性。【结果】1)随着日光温室栽培年限的增加,土壤有机质、全氮含量和氮素累积矿化量随之显著增加。2)30℃的土壤氮素累积矿化量高于20℃的矿化累积量;栽培年限长的日光温室矿化作用对温度的敏感程度高于年限短的温室。3)若温度和栽培年限同时增加,土壤氮素累积矿化量随之增加,说明温度和栽培年限对土壤氮素净矿化量有一定的交互作用,但差异不显著(P0.05)。4)日光温室栽培年限越长,土壤氮矿化势(N0)越大;与种植前相比,第2a、3a温室土壤氮矿化势增加了5.59和11.48倍。5)回归分析表明,0—20 cm土层土壤有机质含量每增加1 g/kg,20℃和30℃条件下土壤氮矿化势(No)分别增加2.70及3.18 mg/kg;土壤全氮含量每增加1g/kg,No分别增加37.28及43.12 mg/kg。【结论】日光温室土壤氮素矿化量随其栽培年限的增加显著增加;培养温度由20℃增加到30℃,土壤氮素矿化量也明显增加,日光温室栽培年限和温度对土壤氮矿化有一定的正交互效应。因此,在日光温室氮素管理中应考虑栽培年限和温度对土壤氮素矿化的影响,以采取针对性的氮素管理措施。     

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。     

日光温室内反光膜补光的实践与理论探析

试验结果表明 ,温室后墙悬挂反光膜进行补光后 ,对温室内测定点处最大光照度值无影响 ,但平均提高测定点处水平光照度值 15 4 8% ;温室内凌晨时气温、地温、墙温和被反光膜遮掩处墙温分别比对照温室低 1 1℃、1 5℃、0 9℃和 1 8℃ ,但正午时分别比对照温室高 1 6℃、1 4℃、0 3℃和低 11 4℃。温室经济产量增加 7 4 % ,当期经济效益增加 2 1元 /m2 。     

主动式太阳能集热/土壤蓄热塑料大棚增温系统及效果

试验研究了一套主动式太阳能塑料大棚增温系统。它以空气为载热介质,土壤为蓄热介质,白天利用太阳能空气集热器加热空气,由风机把热空气抽入地下,通过地下管道与土壤的热交换,将热量传给土壤储存。夜间热量缓慢上升至地表,从而使土壤保持恒温。经过连续4 d的加温试验得出：与利用自然辐照的对比温室相比,主动式太阳能塑料大棚的夜间气温平均升高3.8℃,地温平均升高2.3℃,系统蓄热量可达228.9～319.1 MJ。试验结果证明,这种结合太阳能空气集热器和土壤蓄热的塑料大棚增温系统,能有效地提高棚内的气温和地温,具有良好的发展前景。     

日光温室固定保温被遮阴对光热环境及产量影响分析

为了避免日光温室中卷式卷帘机械在工作时损坏前屋面覆盖层薄膜,通常会在卷帘机下方铺垫一条固定保温被。日间,这条保温被会遮挡进入日光温室的太阳光线并在室内形成阴影。针对固定保温被对室内光热环境分布和作物产量的影响,该研究对固定保温被下方的光照、温度和作物的产量进行测试,同时利用太阳直射辐射理论提出固定保温被阴影宽度的计算方法。结果表明,在试验期间固定保温被正下方的光照强度平均值为198 μmol/(m²·s),距离固定保温被4.0～5.0 m位置处的光照强度是固定保温被正下方的2.0倍以上。日间,固定保温被正下方的空气温度、墙面温度和土壤温度相比于固定保温被两侧最大降低2.2、5.8和2.3 ℃。夜间,墙面温度和土壤温度最大降低1.2和1.3 ℃。固定保温被正下方单垄番茄相比于其他垄平均减产36.2%,植株茎粗平均减小2.0～4.0 mm。不同地理位置和不同方位角的日光温室受到固定保温被遮阴在室内形成的阴影宽度范围为11.0～14.0 m。该研究定量分析了使用中卷式卷帘机械的日光温室中固定保温被对室内光热环境和作物产量的影响。