热阻帘在日光温室墙体热量释放调节中的应用初报

日光温室昼夜温差大,北墙作为主要蓄热体对温室夜间温度调节具有重要影响。冬季凌晨时段日光温室内空气温度较低,对作物生长不利,针对这一现象本文提出在日光温室北墙内侧使用"热阻帘"以延迟墙体热量释放的时间、从而提高凌晨低温时段室内空气温度的方法。通过在北京地区冬季的试验证明,夜间热阻帘覆盖墙体内表面时(晴天16∶00-4∶00,阴天16∶00-3∶00)试验温室墙体内表面热通量比对照温室分别减小38.5%、38.9%,热阻帘卷起后的时段内(晴天4∶00-8∶30,阴天3∶00-8∶30)墙体内表面热通量比对照温室分别增大7.2%、13.5%,在此低温时段内试验温室跨中空气温度比对照温室高0.28~0.32℃。     

整体输送式温室屋顶除雪装置的研制

北方地区冬季温室屋顶积雪一方面对温室的透光性、保温性造成很大的影响，导致了大量能源的浪费，影响了喜阳植物的生长，另一方面影响温室的总体强度和刚度。目前应用在温室屋顶除雪比较常用的方法是采用热水融雪管，但是投资和运行费均比较高，为了解决这一问题，设计并制造了整体输送式温室屋顶除雪装置，试验效果良好,为今后温室屋顶除雪提供了一种有效、低运行费的方案。     

湿帘风机安装高度对Venlo温室降温效果分析

针对大型玻璃连栋温室（Venlo温室）在夏季湿帘-风机联合机械降温过程中出现的温度垂直梯度大、降温不充分、冷量浪费的问题,该研究设计并优化了不同湿帘和风机的安装高度（即设备距离地面的最低高度）,分析其对温室降温效果的影响。采用试验和仿真相结合方法,通过与试验温室对比验证仿真模型准确性,并以仿真的方式设计不同的安装高度方案。结果表明,在3.2 m安装高度内,当湿帘安装高度为0.8 m,风机安装高度为3.2 m时降温效果最明显,温室平均温度降低了2.1℃;湿帘安装高度为3.2 m,风机安装高度为3.2 m时温度垂直梯度最小,温室平均温度的垂直梯度降低了5.8℃。湿帘和风机安装高度的变化对Venlo温室的综合降温效果影响较大,适当的降低湿帘安装高度和提高风机安装高度,可以加强温室流场换热过程,进一步强化温室湿冷空气流场的流动均匀性。该研究为温室湿帘和风机降温系统设计提供了进一步优化的理论依据。     

湿帘-风机降温下的温室热/流场模拟及降温系统参数优化

为提高温室夏季降温环境性能,提出了一种基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)的温室湿帘-风机系统的降温环境优化设计方法。采用太阳射线追踪法来模拟太阳辐射对夏季温室内流场环境的影响,并结合温室内作物的多孔介质模型,构建并求解温室三维非稳态模型,模拟了湿帘-风机降温下的温室内部温度场与速度场分布情况。模拟结果与试验测量的温度值和风速值进行了对比,其平均误差分别在4%和6%以内,验证了建立的温室CFD模型的准确性。结合正交试验方法,基于CFD模型对不同温室长度、湿帘面积和风机速度参数条件下的室内降温环境进行了优化设计。根据模拟优化获得的不同配置方案结果,建立了温室长度、湿帘面积和风机速度参数的拟合结果,为夏季华东沿海地区Venlo型温室湿帘-分机降温系统的设计提供了可靠的理论依据。     

日本产温室设施的性能测定

通过对日本产温室的测试研究,对其结构特性,覆盖材料及配套设施包括室内外遮阴帘,双层保温幕,通风及降温系统,自动控制系统的性能等进行了分析,提出了改进意见。     

温室采用多层内覆盖保温节能效果研究

采用减小直接加热空间的温室节能措施，设计建造了试验温室，以乙烯-醋酸乙烯(EVA)膜作为水平内覆盖材料，以针织毡保温被作为温室侧墙内垂直保温覆盖材料，夜间在水源热泵加温条件下，研究了温室内增加1层水平保温覆盖、增加2层水平保温覆盖、四周侧墙内增加垂直保温覆盖对温室夜温变化的影响，以温室内外平均温差、相对节能率为指标，比较了温室不同保温措施的保温节能效果，结果表明：增加第1层水平保温覆盖可使温室内外温差提高1.9℃;增加2层水平保温覆盖可使温室内外温差再提高1.6℃；再在温室四周侧墙内增加针织毡保温被，还可使温室内外温差再提高1.7℃，与未采取附加覆盖的温室(对照)相比，3种保温措施的相对节能率分别为20.34%、31.78%、40.53%，温室3种内覆盖新增投资的静态投资收益率远高于现代农业的基准收益率。     

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。     

基于可再生能源供热的设施水产养殖试验温室设计

养殖温室是设施水产养殖的关键装备,对养殖环境调控和系统运行能耗有极大的影响。在浙江大学的校园内,设计建造了一个设施水产养殖试验温室,用于研究基于可再生能源的供热系统和养殖温室围护结构保温特性。试验温室长13.46 m,宽4.96 m,南墙高0.8 m,北墙高2.5 m。北墙和屋顶各设置有4个独立的洞口,尺寸分别为2.2?m×2.2?m和2.2?m×4.8?m,用于研究各种墙体和屋顶保温构造的湿热性能。太阳能集热器面积可在10~50 m2之间变化,试验温室冬季室内空气温度可控制在15~35°C。可用于测试养殖温室的太阳能-热泵联合集热、围护结构的湿热传递、废水余热回收、养殖新水增温和温室室内采暖等性能。     

纸质湿帘力学特性及其测试方法

纸质湿帘材料是目前温室湿帘-风机降温中应用最为广泛的工业化产品,其质量影响着使用效果,但目前尚缺少力学特性的试验测试及评价方法。通过对纸质湿帘进行力学试验研究,提出了“抗压强度”和“剥离强度”的概念并给出定义,将其作为评价纸质湿帘质量的力学性能参数。还分析论述了“抗压强度”和“剥离强度”的试验原理,研究确定了测试方法,通过采用干燥和浸湿2种状态下的湿帘进行测试,对测试方法进行了验证。结果表明,测试方法需要的仪器设备具有通用性,易于达到试验要求的条件,试验数据有较高的重复性,能够反映出湿帘的质量,因此可以用作湿帘产品力学特性的质量评价。     

基于CFD的温室气温时空变化预测模型及通风调控措施

夏季温室高温湿热,对作物生长产生重大危害,制定合理的夏季温室气温调控方案,是提高温室生产效益,降低温室气温调控能耗的关键问题。该文基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,结合气象预报信息,针对苏南地区大型连栋温室,建立了夏季温室气温时空变化预测模型,通过设置边界参数,对不同通风条件下温室气温的时空变化进行了预测,并通过试验验证了模型的有效性。试验结果表明,预测值与实测值吻合良好,均方根误差在1.2℃以内,最大相对误差在6%以内,平均相对误差在4%以内。不同通风降温条件下的试验结果显示,温室气温空间分布存在明显差异,湿帘-风机系统较自然通风降温效果显著,降温幅度在5℃左右,持续的湿帘-风机降温措施可将温室高温控制在较低水平。基于该文模型的预测结果和温室调控目标,选取合适的时间点、时间长度和不同类型的通风降温措施,可有效提高温室气温调控效率和效益。同时,该研究还可为优化传感器布局提供依据。     

基于CFD的下沉式日光温室保温性能分析

为了深入了解下沉式日光温室的保温性能,该文基于非稳态传热模型,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)软件模拟盖帘状态下下沉式日光温室的温度场,并采用试验对CFD模拟温室内的温度场进行验证,验证结果表明,CFD对下沉式日光温室盖帘状态下温度场的模拟具有较高的可信度.为了提高下沉式日光温室的保温效率,使用CFD软件对不同盖帘时间的下沉式日光温室的温度场进行模拟,并分析其对热能分布的影响.结果表明,不同盖帘时刻对下沉式日光温室夜间温度的影响差异显著;在午后弱光、室内外温差较大条件下,提前盖帘可以显著提高日光温室内夜间温度.该研究为CFD在下沉式日光温室研究中的应用及下沉式日光温室盖帘管理提供参考.     

日光温室水幕帘蓄放热系统增温效应试验研究

针对日光温室夜间温度过低,难以满足作物生长需求这一问题。设计了一种水幕帘蓄放热系统,该系统以日光温室墙体结构为依托,以水为介质进行热量的蓄积与释放,白天利用水循环通过水幕帘吸收太阳能,同时将能量储存在水池中,夜晚利用水循环通过水幕帘释放热量,以提高日光温室内温度。试验测试结果表明,应用该水幕帘蓄放热系统可将温室内夜间温度提高5.4℃以上,可将作物根际温度提高1.6℃以上;该系统夜间通过水幕帘的放热量达到4.9～5.6MJ/m2;日光温室蓄放热量的增加,实现了西红柿的安全过冬生产,同时将西红柿的上市时间至少提前20d。该研究成果对日光温室结构的改进、温度调控有较大的科学意义。     

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。     

日光温室主动蓄放热系统应用效果研究

针对日光温室冬季夜晚温度低、作物易发生冷害等问题,设计了以水为蓄热介质的主动蓄放热系统.系统由集/放热装置、储热装置和控制装置等组成.白天进行太阳辐射热的吸收与储存,夜晚释放热量用于温室增温.试验结果表明,晴天条件下,主动蓄放热系统的集热功率为0.3kW/m2,蓄热量为6.9MJ/m2;夜间放热功率为0.2kW/m2,放热量为5.7MJ/m2,热利用效率为0.83,试验温室与对照温室的平均气温相差6.3℃;阴天及多云天气条件下,试验温室与对照温室的夜间平均气温相差4.6℃,表明主动蓄放热系统能有效改善日光温室夜间低温状况,进而保障蔬菜安全越冬生产.     

连栋温室内保温幕节能效果的研究分析

内保温幕是温室供热系统运行时的重要节能措施,其中由于铝箔反射型内保温幕使用优点和节能效果而得到了广泛应用。该文旨在对温室内保温幕的节能率进行理论分析和计算。对内保温幕,尤其是反射型内保温幕的节能机理进行了分析,给出了计算温室供热能耗以及内保温幕节能效果的数学模型,并应用此模型进行了计算。对计算结果进行分析,得出反射型内保温幕辐射特性对保温节能效果的影响趋势。同时,还对数学模型进行了实验论证     

玻璃温室和塑料大棚内逐时气温模拟模型

2014-2016年在江苏省不同地区选择塑料大棚和玻璃温室进行设施内气温监测,基于设施内日最高和最低气温,采用余弦分段函数、正弦分段函数、正弦-指数分段函数、一次分段函数和神经网络模型分别模拟不同季节和不同天气状况（晴天和阴雨天）下的逐时气温日变化,探究利用室内最高和最低气温模拟计算逐时气温的方法,以及设施内逐时气温日变化规律。结果表明：5种模型均可通过当日最高、最低气温模拟逐时气温变化,其中神经网络模拟精度较高（RMSE=0.69℃）,并且受温室类型、天气状况和季节变化的影响较小,普适性较高;正弦-指数分段函数模拟效果最好（RMSE=0.43℃）,且受天气和季节的影响较小,但其受温室本身特性和地区的影响较大;余弦分段函数（RMSE=0.85℃）和正弦分段函数（RMSE=0.78℃）模拟效果相近,且受天气和地区的影响;一次分段函数准确度较低（RMSE=0.90℃）且误差变化较大。各方法对塑料大棚内逐时气温的模拟精度均高于玻璃温室。模型模拟精度的季节变化因模型和温室类型有一定差异,但通常情况下,春季和冬季的模拟误差大于秋季,夏季误差最小。     

考虑作物冠层高度的屋脊形大棚形状优化

为提高屋脊形大棚太阳辐射利用率,增强保温蓄热能力。该研究依据大棚内部作物对采光和蓄热保温的需求,提出了基于冠层高度和恒定体积约束的屋脊形大棚形状优化模型,设置大棚采光面捕获太阳辐射量大及有效种植面积尽可能大的约束条件,在内部能量需求恒定的条件下分析大棚高度比及方位角对太阳辐射捕获量的影响规律,并优选出不同脊位比大棚在不同地区下的最优参数组合。结果表明：1）大棚所捕获的太阳辐射量大多随高度比减小而逐渐减小,在高度比 k=5时为最大值;相同高度比下,脊位比越大,大棚所捕获的太阳辐射量越大;当高度比 k=5时,沈阳地区脊位比为0.65、0.75和0.85的大棚相对于脊位比为0.50时的增长率分别为2.67%、4.42%和6.17%。2）大棚太阳辐射捕获量大多随方位角增加呈先减小后增加趋势,在方位角0°～90°的范围内,脊位比越大,大棚所捕获的太阳辐射量越多,在90°～180°的范围内相反;当大棚脊位比为0.65、0.75和0.85时,随着地区纬度的增加,大棚太阳辐射捕获量最低值点所对应的方位角值逐渐减小,不同脊位比之间的差异逐渐减小。3）大棚在不同地区优选得到的高度比值仅与作物冠层高度有关;地区纬度越高,脊位比及高度比越大,大棚优选得到的方位角相对于南北走向偏转的角度越大。该研究可依据作物冠层高度大小在大棚捕获太阳辐射量尽可能多的前提下减少大棚供热成本,为推进塑料大棚的整体规划发展提供理论依据。     

日光温室甜椒起垄内嵌式基质栽培根区温度日变化特征

针对我国北方地区日光温室冬春季低温胁迫、土壤连作障碍、单产低和水肥资源利用率低等问题,本文设计了一种新型的栽培方法——起垄内嵌式基质栽培方法(soil ridge substrate-embedded cultivation,SRSC),并在早春季节,研究了两种模式的SRSC[嵌槽式垄(SRSC-P)和嵌膜(铁丝网槽支撑)式垄(SRSC-W)]及土垄(SR)和单一基质槽垄(NPG)栽培下的甜椒幼苗根区温度的日变化特征。结果表明,日光温室内栽培垄根区温度与温室内、外的气温变化呈显著正相关,室内和栽培垄根区的平均温度分别比室外提高8.07℃和10.93℃,夜间分别提升9.90℃和14.81℃。在夜间低温阶段,SRSC-W维持根区较高温度的能力相对优于SR和SRSC-P,其根区平均温度分别比SR和SRSC-P高1.34℃和0.52℃;在白天高温阶段,SR、SRSC-P、NPG、SRSC-W最高温度平均值分别为28.06℃、27.21℃、29.93℃、26.05℃,SRSC-W抗高温效果最佳,NPG抗高温效果最差。阴天条件下,栽培垄的蓄热保温性能比晴天条件下差。SR白天和夜间的中心根区平均温度皆高于外侧,但SRSC-P和SRSC-W白天外侧温度高,夜间中心根区温度高。栽培垄北部根区温度高于南部根区温度,具有空间差异性,其中SRSC-W栽培模式的南部中心根区温度和北部中心根区温度差异相对于其他处理最小。此外,SRSC-W中心根区温度变化滞后时间最长,温度缓冲能力强。总之,SRSC-W栽培方法维持早春季节夜间甜椒根区温度能力和对低温及高温胁迫的缓冲性最强,且成本低,在日光温室抗低温生产中具有较好的应用前景。     

塑料大棚内土壤的热特性

根据塑料大棚内外土温的实测资料,计算了棚内外土壤平均铅直热通量的日变化,全天正、负热通量及总热通量的累积值,以及平均土温的日变化.同时,计算了平均横向和铅直土温梯度的日变化,并对闭、揭膜两种条件下日变化的差异作了对比分析.