考虑覆盖材料蒙皮效应的温室结构稳定承载力计算

为研究覆盖材料蒙皮效应对温室结构稳定承载力的影响,该文在考虑温室结构的实际工作状态、材料非线性和几何大变形的前提下,采用ANSYS有限元分析软件,选取华北型、文洛型和日光型3种温室结构类型,建立了单榀骨架、整体骨架、整体骨架覆盖薄膜、整体骨架覆盖玻璃和整体骨架覆盖PC板5种计算模型,模拟了风雪灾害下温室结构破坏的全过程,得到了其破坏模式和荷载与位移关系曲线,分析了温室结构的稳定承载力和空间作用效应,并给出了其极限荷载系数和稳定承载力提高系数。结果表明:考虑覆盖材料蒙皮效应时,雪荷载作用下温室结构易发生失稳破坏,风荷载作用下温室结构稳定承载力较高,温室结构抗雪灾能力低于抗风灾能力;荷载工况由风荷载控制时,覆盖材料使日光温室结构稳定承载力提高20%~50%,设计时可考虑相应蒙皮效应;荷载工况由雪荷载控制时,覆盖材料使华北型和文洛型温室结构稳定承载力分别提高1~2倍和1~4倍,设计时可考虑相应蒙皮效应;覆盖玻璃使温室结构稳定承载力提高20%~280%,覆盖PC板使之提高20%~240%,覆盖薄膜使之提高0~40%。研究成果可为温室结构抗风雪灾害设计提供参考。     

拉索加强式温室单层球面网壳稳定性分析

双向网格型单层球面网壳透光好、耗材小、作为温室结构设计具有广泛的应用前景。但是结构面内刚度和面外刚度较低,过度增大跨度易发生大变形导致结构失稳。为了提高结构的稳定性能,针对30、40、50 m跨度的单层球面网壳提出了在双向网格对角处即面内布置拉索及和面外不相邻节点处布置斜拉索的方案,开发了刚性网壳和柔性拉索组成的拉索加强式温室空间结构体系。利用有限元程序ANSYS以及自编的前后处理程序,针对不同跨度温室球面网壳进行了弹性、弹塑性全过程分析,考察了拉索布置形式、拉索预应力、初始几何缺陷、荷载不对称分布等因素对温室网壳稳定性的影响规律,并结合结构的屈曲模态、塑性发展分布等特征响应,进一步揭示了结构的失稳机理。在此基础上,分析了材料非线性对温室网壳稳定性的影响规律,通过对网壳结构的弹性、弹塑性临界荷载的统计,重新核定了此类温室结构体系的"塑性折减系数"。结果表明:拉索充分发挥了材料的抗拉性能,布置拉索后使原结构极限荷载提高了29%~92%,对拉索施加30 k N预应力后极限荷载最大可提高43%,论证了该结构形式的合理性;塑性折减系数在0.7~1.0之间,说明材料非线性对此类温室结构稳定性的影响不大,以上研究成果对该结构体系的工程实践提供了技术参考。     

基于作物生长和控制成本的温室气候控制决策支持系统

根据试验和观察获得的数据建立了温室作物生长模拟模型、温室的环境调控的技术效果模型和温室的环境调控成本模型，并建立相应的模型库；通过收集资料和专家经验建立了温室环境调控的知识库。以温室生产的“产出投入比”最大为目标，综合利用模型预测功能和知识库系统的推理功能，建立了温室环境调控决策支持系统。系统能够根据温室内外的环境信息、作物生长信息和温室调控设备状态信息给出温室环境调控实时最优的温度、湿度、光照和CO₂浓度等参数，并提供相应的调控方案。     

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。     

日光温室相变空心砌块的制备及功效

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。该文通过热流分析的方法提出了适合用于温室的复合相变材料的配比及其工程封装,进而提出了一种适用于日光温室建造的复合相变材料,分析了用于温室储热的复合相变材料的性能与技术问题。通过研究,Na2 SO4·10H2O 和Na2CO3·10H2O体系,以试样质量比4︰6的组合较为理想,相变温度分为两个阶段,适合于满足一般温室生产对温度的要求。但是,长期使用过程中仍然存在过冷现象和相分离。Na2SO4·10H2O和Na2HPO4·12H2O体系以试样质量比1.9︰7.0的组合较为理想,相变温度稳定,过冷和相分离均能很好的满足要求。该文可为温室应用相变储热技术的进一步研究和温室建筑结构的改良提供参考。     

北方新型温室循环农业模式种植效益与发展对策研究*--以徐水县"菜/果 菌"连体温室模式为例

本文开展了"菜/果菌"循环农业模式的经济效益及发展对策研究,目的是摸清菇房蔬菜温室连体温室大棚生产全过程的成本投入及经济效益情况,定量比较连体温室与普通温室大棚种植模式生产效益,并提出建设性的对策和建议。研究采用规范分析与实证分析相结合的方法:通过实地调研和农户访谈,了解菇房温室连体大棚的设计结构及栽培措施,分析产业链条结构及模式基本特征;通过跟踪监测与问卷调查,比较分析连体温室与普通温室种植模式的成本投入与经济效益。结果表明:基于连体温室大棚的"菜/果菌"循环农业模式比普通温室大棚经济效益高;以单一种植茄子、青椒、西红柿和丝瓜4种蔬菜的生产模式效益做比较,连体温室大棚的年均净收益分别是传统大棚净收益的6.3倍、3.5倍、2.3倍和1.1倍,较大幅度提高了劳动生产率;基于连体温室设计的种植模式是值得在我国北方推广的一种新型模式。     

密闭遮光型甲鱼温室热环境模拟与试验

为了预测和评价密闭遮光型甲鱼温室的湿热环境,构建了甲鱼温室湿热环境的一维传热理论模型。采用欧拉数值计算方法求解甲鱼温室的传热方程组,编制了基于Matlab的计算机程序,根据屋顶材料的热传导系数、屋顶的红外辐射特性、温室的结构参数、温室热量输入与气象参数等条件,模拟甲鱼温室传热过程,该模型可以获得甲鱼温室任意时刻的屋顶内外表面温度、室内温湿度、养殖水体温度以及热流量等数据信息,可为甲鱼温室的湿热环境综合分析提供依据。通过建立相应试验方案对模型结果进行验证,实测结果表明,屋顶外表面、内表面模拟温度与实测温度平均误差为1.96和0.9℃,养殖水体与室内空气模拟温度与实测温度平均误差为0.32与1.3℃,室内相对湿度模拟与实测平均误差为3%。模型的理论计算值与试验测定值较为一致,表明甲鱼温室的一维传热理论模型具有较高的准确性。     

温室设计必要通风量估算方法的确定及参数取值分析

估算必要通风量是温室通风设计确定通风机风量和数量、通风口尺寸和位置等硬件设施的前提,但实践中,通过比较满足排热、除湿和增加二氧化碳(carbon dioxide)CO_-2三方面需求而确定必要通风量的方法繁琐,缺少气象数据,温室受热面积修正系数、蒸腾蒸发热量损失系数、室外水平面太阳总辐射照度、室外计算温度、室内设计温度等参数难以确定。为解决这些问题和使农业行业标准《温室通风设计规范》修订版中推荐的必要通风量计算方法更具有操作性,该文分析了3种必要通风量计算方法与通风能力设计时最大必要通风量的关系;借鉴美国空气调节室外计算参数获得方法并采用中国可获得的气象数据,统计得出中国各地12个月份的室外水平面太阳总辐射照度和室外计算干球温度,解决了温室通风设计中无法针对不同使用期估算必要通风量的问题;另外通过分析中国温室主要结构形式、温室受热面积修正系数、蒸腾蒸发热量损失系数、当地气象以及作物叶面积指数等参数之间的关系,明确了温室受热面积修正系数等参数的取值方法。研究表明:通风能力设计时必要通风量应采用排除热量满足温度要求的方法计算。温室受热面积修正系数取值:连栋温室可在1.0~1.3范围内取值,夏季可取1.0~1.1,春秋季可取1.2~1.3,温室规模小、所在地纬度高的地区取较大值;日光温室可在1.0~1.5范围内取值,夏季可取1.0~1.2,春秋季可取1.3~1.5,其中所在地纬度高的地区可取较大值。蒸腾蒸发热量损失系数取值:可根据当地室外含湿量,育苗期在0.65~0.90之间选取,栽培期在0.80~1.15之间选取。     

日光温室覆膜滴灌条件下樱桃西红柿耗水规律

为了给温室膜下滴灌灌溉制度的制定提供参考,通过大型称重式蒸渗仪实测覆膜滴灌条件下樱桃西红柿蒸腾量,分析了温室微环境气象条件及水面蒸发量的变化规律,计算了日光温室春夏茬樱桃西红柿在覆膜滴灌条件下不同生育阶段的耗水强度、作物系数及蒸发皿系数。结果表明：日光温室覆膜滴灌条件下,樱桃西红柿在不同生育阶段的耗水强度、作物系数和蒸发皿系数分别为：苗期0.22 mm/d、0.09、0.10;开花坐果期1.65 mm/d、0.48、0.65;盛果期2.56 mm/d、1.56、1.76;盛果后期1.90 mm/d、1.12、2.06;该研究建立了温室樱桃西红柿累计耗水量与水面蒸发量累积值、温室温度累计值之间函数关系,为合理地制定温室作物灌溉制度提供了一定依据。     

温室农业雨水集蓄利用工程规模优化

为了优化蓄水池最佳工程规模,该文通过构建雨水集蓄利用工程规模优化原理和方法,即工程效益最优法,并以北京某温室农业雨水集蓄利用工程为例对该方法进行了论证。研究结果表明地区日降雨规律以及集雨窖的规模对工程的集雨效率有很大影响,在降雨量、汇流总面积确定的情况下,集雨窖规模越大,可收集的雨量越多,但单位容积可收集的雨量随之减少;工程成本效益分析表明,设计日降雨量为25～40 mm时,工程总效益/费用比值较高,全年可收集雨量与温室农业年用水量基本相当;在工程寿命期内,现有规模下的效益成本比值远低于最优规模时的效益成本比值。因此,适当降低集雨窖的规模可提高工程的经济性。该文论证的雨水集蓄利用工程规模优化方法能够为雨水工程的设计和应用提供理论依据和实践指导。     

塑料大棚恒载与风荷载组合的荷载分项系数计算分析

该文首先对比塑料大棚结构和工民建结构设计的差异,指出对塑料大棚结构的荷载分项系数进行计算分析的必要性。然后通过对中国国内有代表性城市气象台站收集的历年来风荷载的记录资料作为统计依据,得到了风速任意时点荷载及设计基准期最大荷载的概率分布函数与统计参数,即风压的变异系数和均值系数。确定塑料大棚的目标可靠指标后,以恒载和风荷载作用的简单荷载组合为基础,采用分项系数的实用表达式,利用迭代法得出恒载分项系数和风荷载分项系数的取值范围分别为1.07~1.1,0.89~1.22;再利用最小二乘法的原理,得到恒载和风荷载分项系数的理论值分别为1.1,1.0。最后,综合考虑各种因素,得出恒载和风荷载分项系数的建议值分别为1.0,1.0。     

北墙不同外倾角对日光温室表面风压与体型系数的影响

为探明日光温室北墙外倾角的改变对其屋面风压系数和风荷载体型系数的影响,该研究基于计算流体力学原理,采用数值模拟方法,考虑北风和西北风2种风向,研究了不同北墙外倾角下日光温室表面风压分布规律,并给出不同北墙外倾角情况下的细化分区风荷载体型系数。结果显示：1）风压分布规律为：北风和西北风时日光温室前屋面和后屋面上半部风压系数为负,屋脊处和东、西边缘风吸力集中;随北墙外倾角减小,前屋面上部和后屋面风压系数绝对值明显减小,前屋面下部风压系数无显著变化。2）风荷载体型系数规律：北风时,以北墙外倾角90°（即竖直）为参照,外倾角减至30°可使前屋面上部体型系数的绝对值减小16%～26%,可使前屋面下部体型系数的绝对值增大6%～57%,可使后屋面体型系数绝对值减至0左右;西北风时,前屋面上部和后屋面体型系数绝对值均为西端大、东端小,前屋面下部体型系数绝对值为中间大两端小,屋面风荷载体型系数随北墙外倾角的变化不显著。因此,北墙外倾角的变化导致日光温室屋面风荷载分布发生变化较大,对日光温室结构的抗风性能影响较大,建议日光温室屋面风荷载计算应考虑北墙外倾角的影响,抗风设计时可合理选择北墙外倾角以减小屋面风荷载,边榀骨架结构和围护结构的边缘处需加强。     

大棚型日光温室设计及光效应初探

大棚型温室是针对目前北方高寒地区日光温室春夏秋主要生产季节光照条件差的问题而设计的.通过实验测试、分析及建造成本比较认为大棚型温室的建造成本比土打墙日光温室稍高,而显著低于砖墙日光温室.大棚型温室内光照条件在5、6、7月份,无论晴天还是阴天均优于日光温室,特别在温室的北部表现更为突出.良好的光照条件为温室高产、优质奠定了基础.     

大棚型日光温室设计及光效应初探

大棚型温室是针对目前北方高寒地区日光温室春夏秋主要生产季节光照条件差的问题而设计的。通过实验测试、分析及建造成本比较认为：大棚型温室的建造成本比土打墙日光温室稍高，而显著低于砖墙日光温室。大棚型温室内光照条件在5、6、7月份，无论晴天还是阴天均优于日光温室，特别在温室的北部表现更为突出。良好的光照条件为温室高产、优质奠定了基础。     

SE—Structures and Environment: Optimal Control Strategies for Carbon Dioxide Enrichment in Greenhouse Tomato Crops—Part 1: Using Pure Carbon Dioxide

Two optimal control strategies for carbon dioxide (CO₂) enrichment in greenhouse tomato crops have been developed. One uses pure CO₂ from a storage tank and the other uses CO₂ contained in the exhaust gases of boilers burning natural gas. The optimal strategies maximize the financial margin between crop value and the combined costs of the CO₂ used for enrichment and the natural gas used for heating. In this paper, the strategy for optimal control using pure CO₂ is presented and compared with strategies used by growers. The optimal strategy for enrichment with exhaust gas derived CO₂ is presented in an accompanying paper. Simulations show that at a cost of £0·09 kg⁻¹ for pure CO₂ and £0·10 m⁻³ for natural gas, the optimal enrichment strategy would increase the annual margin of crop value over CO₂ and heating costs by £4·6 m⁻² (27%) compared to a basic control strategy of enrichment to a concentration of 1000 v.p.m. (parts per million by volume) when ventilators are <5% open, otherwise enrichment to 350 v.p.m. The optimal CO₂ concentration was expressed as an algebraic function of solar radiation, wind speed and ventilator opening angle, and so enabled a quasi-optimal value to be obtained using variables measured by greenhouse environmental controllers. The quasi-optimal equation, with coefficients averaged from simulations over 4 years, gave an increased margin over the basic control strategy of £4·4 m⁻² (26%).     

中欧温室规范中风荷载取值的对比

为了更好地指导温室结构设计与优化,该文对中欧温室结构规范中风荷载的取值方法进行了比较。首先简要比较了中欧温室规范中风荷载的定义和计算方法,然后分别对2种规范中关于基本风压、风压高度变化系数及结构体型系数的规定进行了详细地探讨。比较结果表明,中欧温室风荷载在计算思路上相近,但在参数的定义及选取方面,中国温室荷载规范存在一些不合理性。该文还根据中欧的不同规定,利用结构分析软件SAP2000对某典型温室进行了风荷载效应的计算对比,结果表明采取欧洲温室规范计算所得的结构内力值更高,并对中国温室荷载规范进一步的修订提出了一些建议。     

基于粒子群优化聚类的温室无线传感器网络节能方法

温室传感器网络中,不同区域节点间高相似度数据的传输会浪费通信带宽和增加能量消耗,因此研究相应的节点数据压缩方法对减少数据冗余和提高节点续航能力具有重要意义。该文针对温室无线传感器网络中节点感知数据的特点,同时考虑节点续航能力有限的因素,提出一种温室无线传感器网络方案,系统按轮运行,每轮中利用粒子群(Particle Swarm Optimization)的K-均值聚类算法将节点按监测数据相似性划分到相同的区域,每个数据相同区只允许聚类有效性指标值最高的节点向汇聚节点传输数据,其余节点暂时休眠。试验结果表明,16个节点在10轮试验中归入休眠集合的总次数达到131次,DCAPI平均值为0.1814,每轮降低能耗72.93%以上,该系统能够极大地减少每轮中的工作节点,压缩发送的数据量,降低能耗。     

工厂化养殖稚幼中华鳖的环保型温室构建与性能试验

为了满足稚幼中华鳖工厂化养殖的需求,响应减少CO2排放的政策,设计建造了符合其生活习性的环保型温室.该温室使用地源热泵空调系统控温,底部排污系统排出残饵和排泄物,养殖池内配置网片隐蔽巢供稚幼鳖栖息,采用微孔增氧装置和微生物制剂调控水体中溶解氧、氨氮和亚硝态氮含量.结果表明通过使用地源热泵空调,1栋占地780m2的温室在10个月的生产期内减少使用燃煤约35t,减少CO2排放约84.01t.养殖水体中溶解氧质量浓度5.83~7.68mg/L,氨氮和亚硝态氮质量浓度分别在0.39~0.83mg/L和0.14~0.16mg/L范围内.经过约10个月的养殖(放养质量约为3.5g,密度为50只/m2),平均质量为581g,存活率86.2%,饲料转化率1.18,特定生长率1.77,1栋温室年利润为157870元.综上,该工厂化养殖稚幼鳖的环保型温室能为其提供舒适的生活环境,表现出良好的经济效益和社会效益,有很大的推广价值和实际意义.     

基于热量平衡方程的温室冬季温度控制策略

为解决配备空气源热泵的温室在冬季加热时温度调控不稳定等问题，该研究在对温室热传递原理进行分析的基础上，通过实测数据分别计算了温室卷被闭合与揭开两种状态下的综合传热系数、空气源热泵系统工作性能参数和雾化喷淋工作性能参数。根据温室热量平衡方程，建立了调控设备控制时间与温室环境参数间的数学关系，并以此提出了温度控制策略，系统运行时利用传感器实时采集环境数据作为输入，输出设备所需工作时间，并据此控制设备启停。经试验验证，基于热量平衡方程的控制方法能有效控制温度在目标值附近，且温度变化稳定、波动幅度小。在外部天气状况相近条件下，该控制方法的单日耗电量比基于上下限阈值控制的方法节约9.06 kW·h，占其当日耗电量的10.95%。在控制策略研究的基础上，利用典型物联网结构设计并实现远程自动控制，研究结果可直接应用于实践。