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。     

大型连栋温室设计风雪荷载分级标准初探

我国温室行业发展迅速,但缺乏必要的规范约束。该文针对我国大型连栋温室的结构强度设计,以建筑设计规范风雪荷载分布图为基础,提出了温室荷载设计的分级。为温室主体结构标准化设计和温室构件规模化生产提供了依据。在荷载分级的基础上,还提出了对温室规格标准化标号的方法和建议     

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。     

日光温室土墙体温度变化及蓄热放热特点

为研究日光温室土墙体温度变化规律及蓄放热特性,以泰安市下挖式土墙日光温室为研究对象,在温室北墙布置5个测试层,通过各测试层最冷季节(30 d)温室内气温、墙体温度、室外气温及室外太阳辐照度测试数据,分析了土墙日光温室内部温度及墙体内温度的分布规律。结果表明:各测试层墙体表面及0.1~0.6 m处测点的温度均呈现出随温室气温周期性变化的规律,且随着墙体厚度的增加温度的波动幅值逐渐减小,相位明显后移;0.7 m以后测点的温度幅值趋于稳定,处于稳态向室外的导热过程。基于墙体温度分布规律,对墙体白天的蓄热量、夜间的放热量及墙体夜间放热效率进行了计算,得出墙体夜间放热效率为43%,表明土墙白天蓄积热量的43%用于改善夜间温室内热环境。对墙体蓄热和放热量计算,综合评价墙体的平均放热效率,可以为土墙日光温室结构优化及热负荷计算提供指导,为各地土墙温室轻简化技术研究提供理论基础。     

彩钢板保温装配式节能日光温室的温光性能

针对传统日光温室防雨、防雪、防风、防火能力差,以及室内光温环境分布不均匀等问题,研制开发彩钢板保温装配式节能日光温室,该温室骨架为半圆弧形钢结构,采用岩棉彩钢板滑动保温覆盖形式和可移动保温山墙方法,温室跨度12 m、脊高5.5 m、长度65 m,屋面采光角高达41.5°。该日光温室采用水循环系统和空气-地中热交换系统代替土墙和砖墙等蓄热体,解决了装配式日光温室的蓄放热问题,实现了日光温室部件的工厂化生产和安装的标准化装配。与对照（辽沈Ⅲ型土墙日光温室）比较,彩钢板保温装配式节能日光温室脊高前移、位于温室中部,温室后部遮光减少,土地利用率提高20%以上,屋面采光角增加16.3°,采光率提高5.3%,晚间室外大气温度在-25.8℃时,室内气温在13℃以上,室内外温差达到39.1℃,比对照温室提高2.3～3.5℃。彩钢板保温装配式节能日光温室栽培空间大,采光好,升温快,室内横向和纵向光照和温度分布均匀,植株生长整齐,有效解决了传统日光温室抵御雨、雪、风、火自然灾害能力差的问题。该温室集成了大型连体温室温光分布均匀和传统日光温室蓄热保温好的优点,提高了太阳能的利用效率,温室总体温光性能超过对照温室,且滑动覆盖易于实现日光温室保温覆盖件的精准控制,为中国日光温室的自动化控制和现代化提供新途径。     

日光温室山墙对室内太阳直接辐射得热量的影响

该文计算了日光温室室内各个面的太阳直接辐射，结果表明：山墙内侧的太阳直接辐射日变化规律不同于室内其它各个面。对于长度较短的温室，如果忽略山墙的作用，将会忽略山墙内外侧太阳辐射对室内得热的影响，同时忽略山墙在室内各个面产生的阴影，从而高估了室内其它面的太阳辐射得热，高估值随着温室长度的递减而递增，给日光温室热环境的分析带来误差。该文还测量了日光温室各个面的热流量，分析了山墙的蓄热放热过程及其随温室长度变化对室内得热的影响。因此，对长度较短的温室，必须考虑山墙对室内得热的影响。同时也为日光温室长度的确定和室内作物布局提供理论依据。     

利用CFD模型研究日光温室内的空气流动

在温室内空气流动对室内环境具有重要调节作用,因此有必要研究日光温室内空气流动特性。基于计算流体动力学CFD(computational fluid dynamics)方法,运用大型计算流体动力学软件Fluent对日光温室建立模型,采用标准湍流模型对日光温室内气流分布进行了三维稳态求解。模拟时将日光温室内外空气作为研究对象,并且温室内空间连同其周围的一部分室外空间一起作为CFD模拟的计算领域。对日光温室内气流变化及分布进行了数值模拟,并在温室内进行了气流试验测试,对测量值和计算所得的风速值进行了比较,结果表明,二者最大误差小于9%,说明风速的实测值和模拟值吻合良好,CFD模型有效,且得到了日光温室内部流场速度分布。通过气流流场模拟结果分析表明,直观显示了日光温内的流场特性和流动状态,气流从窗户进入沿着底部通风口流出日光温室,并且气流在底部通风口速度分布较均匀,在温室下部形成了较为明显的涡流。该文模拟结果可为东北地区日光温室的优化设计以及温室环境调节等方面提供理论依据。     

地坑日光温室的保温效应

探索性地开发了一种地坑日光温室,并对地坑日光温室和普通大棚的温度观测资料进行了对比分析。结果表明：地坑温室的热状况明显优于普通大棚。     

高纬度地区多功能日光温室设计

高纬度地区的传统日光温室常由于结构设计不合理,冬季生产需要补温,果蔬种植和加工环节分离,运输中容易发生冻害,制约该地区温室的冬季生产。该文基于传统日光温室优点及存在问题,结合高寒地区气候特点,从温室结构优化和功能创新2方面提出新型日光温室设计方案。利用经典温室设计理论,结合生产实际,对采光角度、前屋面弧度、保温性能等进行优化,并对雪荷载、风荷载、屋面活荷载、作物吊挂荷载进行计算,利用结构分析软件midas计算温室结构的受力稳定性,对温室各参数设计的合理性进行验证。优化结果为:总跨度16 m,一层种植部分跨度9 m,生产加工部分跨度7 m,总高度6.5 m,前屋面主采光角37°,土地利用率达到1.7。该设计实现了高纬度地区温室冬季不加温种植果蔬,利用传统温室后墙的遮阴部分,创造地上、地下3层使用空间,显著提高了土地利用率,实现种植、加工、存储多种功能集成,是高纬度地区日光温室的一种创新尝试,可以作为棚室种植园区的核心节点温室。     

基于GF-2数据结合多纹理特征的塑料大棚识别

塑料大棚在全球范围的大量使用带来经济效益,同时也引发了很多环境问题,及时准确的塑料大棚空间分布信息是农业生产和土壤治理决策的重要依据。塑料大棚的使用改变了土壤表面的光谱特性和空间结构,塑料薄膜材质的特殊性,使其反射光谱具有强烈的方向性和不确定性,因而仅依靠地物反射光谱特征难以准确识别塑料大棚。本文以GF-2影像作为单一数据源,针对塑料大棚特有的空间分布细节信息,分析不同纹理提取算法对塑料大棚识别的适用性。结果表明:1)纹理能有效提高基于遥感影像的塑料大棚识别精度;2)使用单一纹理算法识别不同空间分布结构塑料大棚的分类方案中,采用LBP (local binary pattern)纹理算法的塑料大棚识别精度均优于GLCM (gray-level co-occurrence matrix)、PSI (pixel shape index)纹理算法,其中研究区A基于LBP纹理特征的塑料大棚识别总体精度为96.85%,Kappa系数为0.95,研究区B的总体识别精度为95.58%,Kappa系数为0.94;3)本文使用3种不同的纹理特征组合分类方案,均能提高塑料大棚的识别精度,但不同纹理特征组合算法运用到空间结构差异较大的2个区域时表现不同。加入GLCM的纹理特征组合能提高分布范围较大且聚集度高的塑料大棚识别精度(研究区A塑料大棚斑块平均面积为3.39 hm2,聚集度指数为80.64),对于塑料大棚使用面积小且分布破碎的区域识别精度提升效果不明显(研究区B塑料大棚斑块平均面积为1.37hm2,聚集度指数为72.98)。本试验结果中研究区A的地物光谱特征、NDVI和3种纹理特征组合的大棚识别精度最高,总体识别精度和Kappa系数分别达到了98.13%和0.97,研究区B的地物光谱特征、NDVI、PSI和LBP纹理特征组合识别精度最高(总体精度为96.13%,Kappa系数为0.95)。基于影像对象的多纹理特征能够实现塑料大棚的精细识别,该方法对塑料大棚空间分布精确制图具有重要意义。     

设施番茄外观形态及物质累积分配模型构建与验证

为构建适用于日光温室与塑料大棚的设施番茄生长模型,该研究利用保温塑料大棚春茬试验数据,建立以辐热积为尺度的番茄外观形态及物质累积分配模型,并利用保温塑料大棚秋茬和日光温室越冬茬的试验数据验证模型的准确性。结果表明：1）番茄株高模拟值的决定系数R2和均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）分别为0.907 4和13.66 cm;2）番茄整株及各器官的干物质质量模拟值的决定系数R2范围为0.854 1～0.975 1,RMSE为2.87～6.98 g/株;3）番茄整株、地上部以及果实鲜质量累积的模拟值的决定系数R2范围为0.887 2～0.905 0,RMSE为109.83～171.16 g/株。综上可知,该研究建立的模型可较准确地预测番茄株高与干鲜质量物质累积值,模型的实用性较强,可为设施番茄生产提供理论依据和决策支持。     

拱形塑料大棚风致干扰效应及风压特性研究

群体布置的拱形塑料大棚（简称群棚）棚间存在风致干扰效应,为了探明群棚干扰效应并建立考虑干扰效应的风荷载体型系数,基于Reynolds时均N-S方程和Realizable k-ε湍流模型,采用经验证的数值风洞方法研究了拱形塑料大棚单棚及群棚模型在不同风向角、不同棚间距下的表面风压特性。结果表明：拱棚群体布置引发干扰效应并改变风压特性,该效应具体表现为放大效应（群棚外围区域）和遮挡效应（群棚中间区域）;干扰效应受风向角及棚间距的影响较明显,整体随棚间距增大而减弱,并大致在10 m棚间距时趋于稳定。干扰效应整体削弱棚区风压通风能力,从利于风压通风角度提出了群棚园区规划布局建议,即棚身长轴方向宜与群棚所处地域夏季主导风向相垂直并适当增加棚间距。最后,以上述研究为基础,根据干扰效应分区域给出了群棚（矢跨比=3:8）便于设计使用的风荷载体型系数。处于群棚外围区域的拱棚,其风荷载体型系数具体为：当风向角为0时,风荷载体型系数在迎风面、中间棚顶、背风面、两侧山墙分别为+0.41、-0.78、-0.26、-0.48;当风向角为90°时,风荷载体型系数在迎风山墙、棚面分别为+0.36、-0.44。处于群棚中间区域的拱棚,其风荷载体型系数具体为：当风向角为0时,风荷载体型系数在迎风面、中间棚顶、背风面、两侧山墙分别为+0.30、-0.71、-0.26、-0.48;当风向角为90°时,风荷载体型系数在迎风山墙、棚面分别为+0.34、-0.35。研究结论：群体布置的拱形塑料大棚存在风致干扰效应,设计时宜考虑风致干扰效应引起的棚面风压变化。     

塑料大棚设计中基本风压取值方法

目前塑料大棚设计中基本风压基本按照《建筑结构荷载规范》取值,但塑料大棚结构轻,覆盖大棚的塑料薄膜在强度上远不如工业与民用建筑所用的砖石结构、钢筋混凝土结构及轻钢结构。此外,往往瞬时风速就有可能将整个大棚结构摧毁,因此按工业与民用建筑标准的荷载取值方法不尽适合塑料大棚的结构设计。该文针对塑料大棚特点,提出采用3 s瞬时风速作为计算基本风压的依据,并搜集整理了中国各台站近30 a的气象数据,形成了塑料大棚结构设计的专用资料库,并绘制出中国基本风压等值线图,可供塑料大棚结构设计应用。     

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。     

中国现代温室的主要型式及其性能

目前我国正处在温室设施大发展的年代,大型温室年增长量在百公顷以上,温室型式也各种各样,如何根据当地条件和种植内容,选择经济有效的温室型式及其合理配置是每个温室建设者所首要解决的问题。“九五”期间,在大量引进学习国外温室及其种植技术的基础上,我国温室设施也有了前所未有的发展。但由于温室规范措施滞后,各类温室设计制造,尤其是设计、选型和配套技术还很不成熟,给温室建设者合理选择温室带来了一定困难。针对我国大量发展的温室型式,包括玻璃温室、塑料温室和PC板温室,就其结构特点、主要技术性能进行了分析和阐述,以期为温室设计和建造提供必要的技术依据     

中国塑料大棚中菜园土盐分含量研究

Field experiments were conducted on three main soils,brown soil,meadow soil and cinnamon soil,of Shandong Province to study the effect of plastic greenhouse gardening on soil salt contents.As compared to the open fields,the soil nutrient contents in the fields under platic greenhouse gardening all incereased significantly,The organic matter,quickly available N and P incereases were extremely significant and the quckly available K increase was also significant.Along with the nutrient incresases the soil salt contents increased clearly in all the soils investigated not only in the top layer but also in the deeper layers being extremely significant in the 0-10 cm lasyer and significant in the 10-40 cm layers .The salt contents in the plastic greenhouses had significant correlations with the soil available nitrogen and phosphorous.Soils with longer plastic greenhouse gardening time tended to have more salt.The platic greenhouse soils contained less CO3^2- and much more NO3^- than the open soils ,which indicated a higher influence of human intervention in plastic greenhouses.Among the constituent ions.Cl^-,NO3^-,Ca^2 and Mg^2 had positive while HCO3^- had negative significant or extremely significant correlations with total salt,with correlation coefficients being 0.66^*,0.80^**,0.92^**,0.80^**and -0.64^*, respectively.Nitrate decreased from the top to deeper layers both in the plastic greenhouses and in the open fields.The ,plastic greenhouse soils contained much more nitrate than the open fields in every layer and even the nitrate contents of the 80-100 cm layer were still several times those of the top layer in the open fields,The main reason for the salt increases was considered to be the inappropriate fertilization and selective absorption of nutrients by plants in the plastic greenhouses.The methods recommended to avoid soil salt increase in the plastic greenhouses were to apply fertilzers rationally according to the soils ,vegetalbes and fertilzer proerties and to adopt a good intercropping or rotation system.     

Venlo温室的荷载效应特征及其在工程中的应用

Venlo型温室是世界上硬质覆盖材料温室中使用量最大的结构形式，在中国也已经成为玻璃温室和PC板温室的首选结构。该文以Venlo温室钢结构中控制性关键构件边柱和相邻中柱为例，利用温室结构设计专用软件、采用结构有限元分析的方法对边柱和中柱在6种不同荷载组合方式和7种不同跨度下的荷载效应进行了计算，分析其在不同荷载组合和跨度数下的内力变化规律，将结果运用于温室柱网布置、构件材料分布、节点构造等工程设计中，可以有效提高Venlo型温室结构设计的科学性、安全性、降低结构用钢量。     

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。     

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。