连栋温室热水供热系统散热管道传热系数的计算与测试

设施农业是我国现代化进程中的一个重要内容，现代化温室作为设施农业的标志，正在受到大力发展和重点研究。为了对温室热水供热系统散热管道的热工性能进行研究和测试。论文主要进行了以下工作：对温室热水供热系统散热管道的热工性能进行理论分析和计算；在密闭小室内，对温室散热管道热工性能进行实际测试。通过理论计算与实际测试，得出了散热管道传热系数的实验公式，并分析了可信性与影响因素。     

连栋温室采光性能评价指标

温室的采光性能决定着进入温室的能量和作物用于光合作用的光合有效辐射大小。但采光性能的优劣在中国缺少明确的评价指标。该文综合分析了已有研究成果,提出了太阳总辐射透过率、光合有效辐射及其在温室内分布的均匀性等3个技术参数作为温室采光性能的评价指标。     

外保温连栋温室光热环境及保温性能分析

为解决中国北方地区连栋温室冬季加温能耗大、盈利性和可持续性差等问题,该研究以降低屋面热损失为出发点,设计了大屋面外保温连栋温室,将外保温系统创新应用于连栋温室,并在山东寿光地区,以文洛型连栋温室为参照,对该温室光热环境及保温性能进行试验测试与分析。结果表明：1)连续40d白天(10:00—16:00),外保温连栋温室作物冠层上方平均太阳辐射为152 W/m²,总透光率(含天沟下方)为40%,比文洛型连栋温室高7个百分点。外保温连栋温室跨中采光最佳,跨东、跨西及天沟下方太阳辐射强度与跨中相比分别减少17%、29%及46%。2)太阳升起后,外保温连栋温室东、西屋面外保温被依次收拢,09:30—12:00室内气温升速为1.9℃/h,较文洛型连栋温室低0.3℃/h,收拢保温后10min内室内气温骤降幅度比文洛型连栋温室低0.3℃。温室采用空气内循环加温,地面出风,再由设备间风机组内侧窗回风;加温期间(20:00—07:00)室内空气水平方向平均温差不超过1.2℃,垂直方向不超过1.0℃。外保温连栋温室水平方向气温分布均匀,垂直方向温差小于文洛型连栋温室。3)夜间,外保温连...     

PETP薄膜保温特性的试验研究初报

透光覆盖材料热阻较小是温室热量进出的主要通道，在很大程度上影响着室内的光温环境。采用一维热箱法在室内稳态条件下，测量了新型覆盖材料改性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETP)薄膜和几种常用覆盖材料的热工性能。通过分析所测各种材料传热系数K值的大小，PETP薄膜保温性能介于8 mm厚PC中空板和0.15 mm厚PVC薄膜之间，且随厚度的增加，保温性能有所提高。同时测试了PETP薄膜红外辐射透过率，并与常用的PE和PVC薄膜进行了比较，发现PETP薄膜对地面热辐射集中的5～25 μm波段辐射的透过率远小于PE和PVC     

连栋塑料温室气动天窗系统设计

天窗系统是连栋塑料温室的必要装备之一，它对温室的正常生产及经济效益有重要的影响。为实现现代连栋温室天窗系统开闭与开度的自动化调控，设计了一种快速、安全、可靠、低成本的气动天窗系统以克服目前通用的齿轮齿条系统的弊端，并讨论了气动天窗系统的原理、各级风速下的天窗荷载以及驱动气缸的负载特性，探讨了该系统可行性和特点。与传统技术比较，气动系统完全可以取代机械式开天窗，而且结构简单，操作方便，位置控制精度高，天窗开度和通风面积显著增加，增强了利用自然通风调节温室环境的能力。     

基于温差电池的温室地埋供热金属管道阴极保护改进

北方温室为种植反季节植物以及南方植物,普遍采用地埋供热金属管道供热。阴极保护技术可以有效控制土壤对管道的电化学腐蚀,但常规的外接电流阴极保护方式成本高、占地大,牺牲阳极方式的保护寿命过短。为了给温室地埋供热金属管道提供可靠的阴极保护,该文利用地埋供热金属管道表面余热,基于温差电池,对地埋供热金属管道提供外接电流方式的阴极保护。通过现场试验发现,该装置温差电池正常工作时冷热两端温差为33.2℃,当该装置提供的保护电位为–1 100 m V时,管道保护度达到了92.79%。该研究为温室地埋供热金属管道的保护提供了一种较为可行的方案,同时也对外接电流方式的短距离管道保护技术进行了初步探索。     

基于STM32温室环境测控系统的研究

在传统温室自动化监控系统的基础上,针对目前温室大棚面积不断增大、温室内传感器种类及数量不断增多,且不易连栋管理的现状,设计了基于ARM CORTEX-M3核的以STM32单片机为核心的智能温室控制系统。系统采用CAN总线技术对连栋大棚的主要环境因子,如温度、湿度及光照度等进行智能控制,通过串行通信实现上位机控制,增强了温室大棚的智能化和实用性。     

塑料连栋温室不同通风机构的通风率（英）

为了提高对塑料连栋温室环境的认识水平,必需研究连栋塑料温室各种通风机构的通风性能和通风率。因此,通过运用气体浓度衰减示踪技术,研究了连栋塑料温室中卷膜通风系统和天窗开启式系统的通风性能,确定了模拟通风率的相关系数。研究表明,在试验条件下,当通风口完全打开时,卷膜通风系统比天窗开启式具有可高达2.32倍的通风率;在风速为3 m/s时,位于拱顶脊部的通风口比位于拱底部的通风率大60%;在同样条件下,防虫网可把通风率减少18%～22%。研究还发现,它们在相似的开启程度变化过程中,通风率的变化趋势也有显著的差异。另外,为简化研究,引入了描述通风系统结构性能的流量系数Cd和风力影响系数Cw。在实验条件下,以风力为主导通风时Cd 和Cw的相关参量C的参考值对天窗开启式系统为0.178,对卷膜通风式系统为0.318;而在以温度为主导通风时Cd的参考值对天窗开启式系统为0.667,对卷膜通风式系统为0.863。     

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。     

太阳能蓄热联合空气源热泵的温室加热试验

针对日光温室被动采光蓄热的特点,该文在2014年1-2月期间,针对西安地区-6~10℃冬季气温条件下,开展了太阳能蓄热联合空气源热泵温室加热试验研究,通过对比太阳能蓄热联合空气源热泵系统改善温室内的空气温度、湿度及土壤温度等环境因素,分析评价太阳能联合空气源热泵系统在日光温室冬季应用的性能,结果表明:太阳能蓄热联合空气源热泵加热系统不仅明显提高了温室内的空气温度和土壤温度,也有效降低了温室内的湿度;在试验天气条件下,热泵单独供热时,系统的性能系数COP(coefficient of performance)在2.09~2.45之间;太阳能联合空气源热泵供热时,系统的COP在3.45~5.56之间;相比于其他天气工况,晴天条件下,太阳能蓄热供热时间较长,热泵补充供热时间缩短,系统的COP较高;采用地暖联合风机盘管作为末端供热方式,能够维持较高的室内气温和土壤温度,降低室内相对湿度。该文为今后进一步简化温室结构和降低建设成本,实现日光温室主动采光蓄热,奠定前期研究基础。     

日光温室钢管屋架管网水循环集放热系统的性能分析与试验

为探讨日光温室蓄放热新途径,研究了钢管屋架管网水循环集放热系统,测试了该系统的集热与蓄放热状况。理论计算表明,在屋架间距为1 m,上、下弦杆件均为外径33.5 mm的圆管时,系统的太阳能截获率可达7%~8%。在室内地面面积为620 m2的日光温室中的冬季测试结果表明,容积为8.6 m3的蓄热水体白昼日平均蓄热温升4.7℃,平均蓄热量为149 MJ,蓄热流量为8 721 W;夜间水体日平均放热温降2.5℃,平均放热量为78.9 MJ,平均放热流量为5 974 W;与对照日光温室相比,平均提高夜间室内最低气温2.4℃。屋架集放热系统利用温室原有屋架作为集热与放热构件,不会妨碍室内的生产作业,同时成本低,运行管理简单,容易维护。     

基于效能-传热单元数法的地板传热结构设计

针对当前常用的线算图表在辐射地板传热结构工程设计中存在的问题,通过分析地板传热过程,将多层地板结构当量为单层均匀地板结构,求得了地板各传热环节的热阻及地板结构总热阻,并提出了地板传热效能值,进而从换热器的角度提出了用于地板传热结构设计的效能-传热单元数方法,并和 ASHRAE 手册设计方法进行比较。最后,在北京相应建筑地板辐射系统设计的工程案例中,通过该文提出的效能-传热单元数设计方法进行了地板热工设计,根据房间的热负荷和系统能提供的供水温度,计算所需的地板结构总热阻,进而确定了地板的埋层结构和对应的管间距,经试验测试,房间的温度较好地满足了设计要求。最终结果表明效能-传热单元数设计方法可较好适应多变工程设计条件,既可以根据供水温度确定对应的地板结构,也可以根据地板结构确定所需的供水温度,还可以校核一定供水温度和地板结构下的地板表面温度,可方便进行地板传热结构的设计,为地板辐射系统工程设计提供了一个新的思路。     

连栋温室钢结构框架稳定设计方法

在生产性连栋温室的结构设计中,稳定性分析是设计的关键,中国目前主要采用工业与民用建筑中传统的钢结构稳定性设计理论进行结构分析,既不能真实反映出温室这种薄壁小截面结构的真实力学反应特征,也增加了温室用钢量。该文利用当前钢结构稳定设计的最新理论研究和实践成果,在详细分析传统的计算长度系数法和修正计算长度系数法利弊的基础上,针对生产性连栋温室钢结构所具有的等高、有侧移失稳时具有整体失稳的特性,通过理论分析和大量的有限元计算比较,提出了一种能够考虑柱与柱相互作用的修正计算长度系数法和层稳定系数法。在当前温室中柱和边柱普遍采用不同截面的情况下,利用该文的方法对温室钢结构框架进行设计,可以取得较好的技术和经济效果。     

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的作用,冷风渗透热损失应按换气次数法而非缝隙法计算。研究结果可为中国连栋玻璃温室采暖热负荷计算科学化、精准化、标准化提供依据。     

基于TOMSIM模型的温室番茄中杂9号生产潜力的空间分析

首先利用作物生长模型TOMSIM,在选择的10个地区对模型进行了区域化验证。在此基础上,利用全国各大城市1981—2000年的室外辐射资料,进行温室番茄光合生产潜力的模拟计算。结果表明,温室番茄的潜在年产量最高值在西藏,为57kg·m^-2,最低值在重庆,为34kg·m^-2。将潜在产量与实际产量数据进行比较,发现全国平均的实际产量仅占潜在产量的7．7％,说明温室番茄的生产有较大的潜力空间。     

日光温室顶部菲涅尔透镜的光热分离特性研究

为了进一步提高日光温室内主动蓄放热的热能利用效率,该研究在日光温室内的顶部空间,构建了基于曲面菲涅尔透镜的直散分离系统,该系统对顶部区域的空间利用率为25.8%。利用光学仿真软件对不同入射角的太阳光进行追踪,并对该曲面菲涅尔透镜在典型日条件下的接收效率和焦斑分布进行分析,得到一日内的变化规律。在直射光集热测试方面,正午时段内,该系统的集热效率可以达到45%。对比散射光环境对温室的影响,发现试验区全天光照度减小约为10%~40%。该文以主动集热土垄加温系统提升栽培土垄温度作为试验组,并与不加温对照组进行了比较。试验结果表明,系统可提高土垄温度4.5~5.0℃。连续晴天情况下,土垄加温系统的COP(coefficient of performance)为1.5~1.9。研究表明此新型温室集热方式可提高空间利用率,改善温室内光热环境,同时利用午间强直射光集热,实现太阳能综合利用。     

地源热泵—地板散热系统在温室冬季供暖中的应用

针对浅层地能低品位的特点,在中国农业科学院Venlo型试验温室内设计建造了一套地源热泵与地板散热方式相结合的供暖系统,并对加热效果进行了试验,结果表明:温室内垂直方向的气温随着高度的增加而下降,水平方向气温分布均匀,温度分布有利于植物的生长。整套地源热泵系统的实际制热系数COP值达到3.14,与燃煤锅炉相比节能36.3%,节能效果明显。     

地震作用在温室荷载组合中的控制效应

农业温室结构刚度小、自重轻、地震响应小,对抗震的要求各国不同。为探讨中国农业温室合理的抗震设计方法,该研究以屋面透光覆盖材料中最重的玻璃温室为研究对象,按照《建筑抗震设计规范》要求,选择两个规则形和一个不规则形平面布局,运用MidasGen计算软件,以恒活风雪荷载为基础,对不考虑地震作用的a类荷载组合和考虑地震作用后增加的e类荷载组合进行比较,以构件的最大应力比为评判指标,以地震烈度为变量,分别选取7度(0.10g)、7度(0.15g)、8度(0.20g)、8度(0.30g)和9度(0.40g)(g为重力加速度)来研究地震作用的控制效应。计算结果表明在地震烈度为7度时,规则和不规则平面的温室,均是不考虑地震作用的a类荷载组合下的应力比更大,即地震作用不起控制作用。地震烈度达到8度(0.20g)时,对于规则平面温室的中柱和侧墙柱,考虑地震作用的e类荷载组合应力比已经非常接近a类荷载组合;对于不规则平面温室的个别凹角立柱,e类应力比(0.31)略大于a类(0.29);当地震烈度达到8度(0.30g)时,对于规则平面温室的个别构件,e类应力比(0.36)大于a类(0.29),最大应力比已经受地震作用控制。结合中国最小风荷载地区地震烈度表,提出在中国玻璃温室设计时,8度(0.20g)及以下地区可不考虑地震作用计算,8度(0.30g)及以上地区应考虑地震作用计算,此外,以塑料薄膜为透光覆盖材料的连栋塑料温室、塑料大棚以及日光温室在任何情况下都可以不考虑地震作用。该研究结果可为国内温室结构设计规范的制定和具体工程设计提供理论依据。     

主动蓄放热加热基质与加热空气温室增温效果对比

为进一步提高日光温室内主动蓄放热热能的利用效率,该文以主动蓄放热加热基质系统(active heat storage-release substrate warming system,AHSSWS)提升栽培基质温度作为试验组,以主动蓄放热加热空气系统(active heat storage-release air warming system,AHSAWS)提升夜间气温处理作为对照组,比较了2种加温方式对基质温度、室内气温及番茄生长、产量的影响,并对2个系统的能量收支情况、设备投入、运行成本进行了比较。试验结果表明,相比主动蓄放热加热空气系统,主动蓄放热加热基质系统可提高基质温度2.5~5.3℃;与加热空气相比,加热基质处理可提高番茄株高及产量(增产43%)。连续晴天情况下,主动蓄放热加热基质系统的COP(coefficient of performance)为1.5~1.9,主动蓄放热加热空气系统的COP为3.0~4.0;连续阴天情况下,主动蓄放热加热基质系统的COP为0.5~0.9,主动蓄放热加热空气系统的COP为1.0~2.2。相对于主动蓄放热加热空气系统,主动蓄放热加热基质系统的集热效率、节能率、平均COP略低;但试验组的单位产量耗能量为0.7 k J/kg,低于对照组的单位产量耗能量(1.0 k J/kg),从单产能耗角度来讲,主动蓄放热加热基质系统更具优势,因此可根据番茄销售价格及当地电价来选择相应的加温系统。该文研究结果为主动蓄放热热能的高效利用以及主动蓄放热加热基质系统在日光温室冬春季番茄加温栽培应用提供了理论依据。     

日光温室地源热泵供暖碳足迹的生命周期分析

为分析日光温室地源热泵供暖的碳足迹,该文以日光温室地源热泵供暖系统中浅层地热能的存储、提取、制冷压缩提升和温室末端供暖整个过程为研究对象,对系统的温室气体排放和单位温室供暖面积的排放水平进行分析,构建基于生命周期分析LCA(life cycle assessment)的日光温室地源热泵供暖碳足迹分析方法。同时以北京地区日光温室地源热泵系统冬季供暖采集的试验数据为依据,分析和计算出北京地区日光温室在采用燃煤和燃气2种不同发电方式下地源热泵系统的供暖碳足迹和基于20 a和100 a温室地源热泵供暖碳足迹的全球变化潜能(global warming potential,GWP,单位为二氧化碳当量排放-CO2-eq.)的变化。研究表明,在北京地区采用燃煤和燃气驱动地源热泵系统的碳足迹GWP分别为257和72 g/(m2·d)。基于100 a的GWP总量比20 a的计算值分别减少了1.6%和5.4%。对比荷兰Venlo型温室天然气供暖,该研究中采用燃煤发电驱动日光温室地源热泵供暖的碳足迹是其1.39倍,而燃气发电驱动日光温室地源热泵供暖的碳足迹仅为Venlo型温室供暖的41%。采用燃气发电驱动的地源热泵供暖系统具有更低的碳足迹。