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。     

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。     

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。

     

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。     

下沉式日光温室土质墙体热特性的试验与分析

为探明下沉式日光温室土质后墙温度分布及变化规律,进而正确评价其保温性能,2009年12月-2011年6月在河南省荥阳市对下沉式日光温室的土质墙体的热特性进行了2a的连续监测,并对结果进行系统分析。结果表明:墙面温度受室内、外气温和太阳辐射的共同影响,具有与气温相同的日变化和季节变化规律;墙面温度影响墙内各深度层次的温度分布,沿墙的厚度方向由室内表面向室外表面温度递减;墙内存在热稳定层,其位置及厚度随季节而变化,厚度与墙体厚度正相关;1～3月份,热稳定层位于墙体厚度的中心位置,2m厚的墙体处没有热稳定层,3m厚的墙体处热稳定层厚30cm,4m厚的墙体处热稳定层厚70cm;4、5月份,其位置外移至距外表面100cm处,厚度也比1～3月份增加10～20cm;综合温室造价、墙体保温性及土地利用率等各方面因素,建议在河南地区下沉式日光温室土质后墙建造参数为顶宽2.5m,底厚(后墙与室外地面连接处)4.0m,后墙高度(距室外地面)不宜大于2.5m。该研究为该型温室的建造和发展提供一定的参考。     

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。     

北京地区典型日光温室直射光环境的模拟与分析——设施农业光环境模拟分析研究之四

在对日光温室采光结构优化研究的基础上,针对北京地区几种典型日光温室的太阳直射光环境,主要从采光量及光分布特征两个方面,进行了模拟和分析。研究结果表明:结构不同的日光温室,采光量及光分布特征均有不同程度的差异,仅以采光总量为例,获得最多采光量与最少采光量者相差高达41.4％,但在地面上的采光量,二者仅相差3.7％,因此对优化的日光温室结构来说,不仅要对日光温室的采光总量做出评价,其分布特征也是不可忽略的重要指标。本研究的结果可对北京地区日光温室结构的进一步优化与改进提供科学依据和参考,对其它地区日光温室结构的优化与改进也有一定的参考价值。     

中国节能型日光温室建筑与环境研究进展

综述了近几年来中国节能型日光温室的产生与演化发展概况,详述了该类温室在建筑结构、光热环境和气候适应性等方面的研究进展与取得的一系列成果,提出了今后进一步加强研究的方向。     

日光温室设计荷载探讨

在分析比较国外关于温室建筑的荷载规范基础上,针对中国北方日光温室的发展与各地对作用荷载的选取情况,进行了较深入的探讨,提出了一套适宜北方日光温室采用的设计荷载取值方法及其组合原理,以供设计人员参考。     

不同结构日光温室光环境及补光研究

光照状况是影响日光温室生产力的重要因素。在建筑材料相同的情况下，结构(几何形状)对温室内光照起决定性作用。为具体分析不同结构温室内光环境，分别对单斜面、抛物面、圆-抛物面三种结构类型日光温室内不同位点的光照进行了测定、比较和分析，结果表明：圆-抛物面温室虽然提高了透光率，南北方向上光照度也较其他两温室均匀，但室内光照度仍远低于室外，且南北方向上光照度仍有明显差异。在温室后墙上张挂反光膜以补充温室内后墙附近光照度，可以缩小温室内南北方向上光照度的差异，有效地改善温室内整体光环境，提高作物产量。     

永登地区日光温室红提葡萄灰霉病的发生与防治

为了给永登县日光温室生产中防治葡萄灰霉病提供技术支持,通过多年的试验和调查,总结分析了永登县日光温室红提葡萄灰霉病发生的自然环境条件及管理因素,提出了以清洁田园、合理密植、水肥管理、整形修剪等农业技术措施为主,化学防治措施为辅的综合防治方法。     

水分调控对日光温室油桃生理生化及果实品质的影响

为探索水分调控下设施油桃生长发育机制,完善日光温室条件下水分调亏灌溉理论,给油桃生产实践提供理论支持,以陇油桃1号为试材,采用膜下滴灌控制水分供应,以土壤相对含水量 80%～90%为对照,研究不同水分调控(30%～40%、40%～50%、50%～60%)处理对油桃“营养生长-生殖生长”的调控效应及生理生化和果实品质的影响。结果表明,缩冠修剪后,油桃树体营养生长态势呈“双峰”曲线。各处理枝条生长长度、果实横径与土壤水分含量呈正相关关系。土壤相对含水量为40%～50%时,叶片膜透性增幅最小,但水分利用效率最高,较土壤相对含水量为80%～90%时增加19%。4个处理的叶片OJIP曲线中,J-I相呈降低趋势,土壤相对含水量为30%～40%时I点和P点的最低,其余处理间无显著差异。土壤相对含水量与果实有机酸、Vc、还原糖含量均呈负相关,而与糖酸比呈正相关,除土壤相对含水量为30%～40%的处理外,其余处理间差异不显著。综上所述,日光温室油桃栽培中,适当修剪结合控水有利于枝条生长发育,同时可提高果实品质。土壤相对含水量40%～50%为温室较适宜的控水范围。     

关中地区不同后屋仰角日光温室保温性能分析

为了确定关中地区最适宜的后屋仰角,本试验将后屋仰角为35°、40°、45°、50°的日光温室,分别编号为1#、2#、3#、4#,在最冷月对四类温室及室外的气温、5cm和20cm地温、后屋内表面温度以及室内作物受冻表现进行了观测与分析。结果表明：各温室的保温性能顺序为3#〉2#〉1#〉4#,3#温室1月中下旬的最低气温平均为9．3℃,平均气温为11．3℃,气温日较差平均为11．4℃;3#温室土温及后屋内表面温度也高于同期其它温室。方差分析表明,3#温室气温日较差与1#、4#温室差异显著。4#温室日最低气温最低,并与外界最低气温间为极显著正相关关系（r=0．708〉r0.01）,且作物绝收。试验结果认为,在关中地区最优的后屋面仰角应该为45°左右。     

青海省太阳总辐射估算模型研究

以天文辐射理论模型、有关参数为基础,应用青海DEM模型,Angstrom气候学模式,通过天文辐射、大气透射率的计算,建立了青海高原月、年太阳总辐射栅格模型,模型估算平均相对误差7.40%,模拟效果较好;同时,应用模型估算了青海高原30a（1970-2000年）平均月、年太阳总辐射。结果表明,青海省太阳总辐射年平均值为6771.95MJ/m2,空间分布不均匀。全省年太阳总辐射有3个高值区,1个低值区。高值区位于可可西里地区、柴达木盆地南部、大柴旦西部区域,低值区位于河湟谷地。全省月太阳总辐射地域分布差异较大、季节变化明显,5月和7月为峰值,12月为最低值。5、7、12月全省30a太阳辐射平均值分别为717.24、701.96、352.63MJ/m2。     

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.     

北方日光温室北墙和后坡热通量日变化的谐波特征

为了确定日光温室北墙和后坡热通量日变化的谐波组成与相应周期,采用谐波分析法,以辽沈Ⅰ型日光温室为研究用温室,分别进行了有无作物条件下的试验.结果表明,无作物区日变化曲线由以π/72、π/36和π/24为周期的正弦曲线组成;作物区日变化曲线由以π/72、π/36为周期的正弦曲线组成,作物明显影响了日光温室北墙和后坡热通量日变化的谐波成分和相应周期.其中选定谐波所占比重均达到90％以上,说明日光温室北墙和后坡的热通量日变化可以用相应周期的谐波组合表达,并且可以利用谐波分析法进行日光温室热通量的日变化特征的研究.     

基于日光温室相变材料的梯形墙体热特性分析

将以石蜡为主的固-液复合相变材料喷涂到日光温室梯形北墙体内表面,对相变涂层温室梯形墙体和普通温室梯形墙体的热流量、北墙内的温度,以及室内外气温进行典型天气和月度变化的测试分析,以探究相变材料应用于日光温室梯形墙体后对室内热环境的影响。结果表明：晴天和阴天,相变涂层温室墙体的日间蓄热量和夜间放热量均显著高于普通温室墙体（P＜0.05）。相变涂层温室墙体与普通温室墙体在同一典型时刻相同部位温度存在一定差异,这种差异随着墙体深度的增加而逐渐减弱,0-300mm墙体内差异最显著（P＜0.05）。相变涂层温室墙体的累积蓄热量日平均值比普通温室墙体高8.1%,累积放热量日平均值比普通温室墙体高14.8%,相变涂层墙体表面和墙体内各层的月平均温度与普通温室墙体温度差异显著（P＜0.05）,相变涂层温室、普通温室和室外的月平均气温分别为9.93、8.63和-8.91℃。说明相变涂层墙体可有效增加墙体蓄放热量,提升温室气温尤其是夜间气温。