辽沈Ⅰ型日光温室环境及保温性能试验研究

东北型节能日光温室——辽沈I型日光温室在采光设计、保温设计、结构设计等方面性能优越,具有较齐备的配套设施。该文通过试验对沈阳农业大学工厂化中心9#日光温室的温、光、湿等环境及保温性能进行了综合分析。测试分析表明,测试期间,室内最低温度8.2℃、最高温度32.3℃,室内平均温度15.0℃,室外平均温度-17.3℃,室内外平均温差32.3℃;土壤1、3.5、50 cm的平均温度基本相同,分别为14.2、14.2、14.8℃。墙体的平均蓄热为8.35 MJ/(m²·d),夜间向室内放热1.69 MJ/(m²·d),通过墙体向外散失的热量2.61 MJ/(m²·d);后坡平均蓄热3.45 MJ/m²·d,夜间向室内释放的热量较小,仅为0.07 MJ/(m²·d),后坡的热损失较大,平均2.04 MJ/(m²·d);通过地下5 cm处土壤热流量分析,土壤的平均蓄热0.75 MJ/(m²·d),夜间平均释放热量0.48MJ/(m²·d);前坡的平均散热量为7.55 MJ/(m²·d),散热量较大。     

装配式日光温室柔性复合墙体性能测试与分析

为解决装配式日光温室柔性墙体蓄热能力不足的问题,该研究通过在墙体内侧附加蓄热层的方式,设计了一种集蓄热、保温和防水多功能于一体的装配式柔性复合墙体。首先,通过对多种材料进行综合性能评估,筛选出优质的表层材料和保温材料,将其复合制成柔性保温墙体;其次,将水、沙子、相变水凝胶（phase change hydrogel,PCH）作为蓄热层固定在柔性保温墙体内侧,从而形成柔性复合墙体;最后,在4个模型温室中分别对墙体进行性能测试,以未附加蓄热层的柔性保温墙体为对照（CK）,分析试验墙体的蓄热和保温性能。单一墙体材料的性能测试结果表明,表层材料中镀铝编织布、黑色淋膜毡抗拉性能好且不透水,断裂强度分别为1.06、0.56 kN,断裂伸长率分别为30.99 %、65.91 %;保温材料中再生棉、太空棉和空气柱保温效果较好且使用成本低,热阻值分别为0.30、0.50、0.76 (m²·℃)/W。柔性复合墙体的性能测试结果表明,所有处理中5 kg/m² PCH柔性复合墙体的蓄热和保温性能最佳,热阻值为2.50 (m²·℃)/W,单位面积累计吸热量与放热量分别为1.48、1.13 MJ/m²;在典型晴天和阴天条件下,该处理的夜间室内平均温度分别比CK提高了3.08、1.87 ℃。上述分析结果表明,通过在柔性保温墙体内侧附加相变蓄热层的方式,能够增强墙体的蓄热和保温性能。研究结果可为今后装配式日光温室柔性复合墙体设计及材料选择提供理论依据。     

缀铝箔聚苯板空心墙体保温性能理论研究

缀铝箔聚苯板空心墙体是一种新型的保温墙体，其采用的铝箔绝热与容积绝热相比具有较好的保温绝热性能。当空气夹层在20～100 mm时，空气夹层内表面温度在10～30℃，空气夹层两侧温差在2～10℃时，空气夹层的平均热绝缘系数在0.6～0.7 m²·℃/W之间，相当于490 mm砖墙(热绝缘系数0.605 m²·℃/W)。厚度为610 mm的缀铝箔聚苯板空心墙体与相同厚度的砖墙相比，传热系数由1.098 W/(m²·℃)降到0.218 W/(m²·℃)，降低了约80%；缀铝箔聚苯板空心墙体与相同厚度的夹心墙相比，传热系数降低了约13%。铝箔绝热与容积绝热比较，还具有质量小；隔汽防潮性能好；造价低，施工方便等优点。     

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。     

日光温室固定保温被遮阴对光热环境及产量影响分析

为了避免日光温室中卷式卷帘机械在工作时损坏前屋面覆盖层薄膜，通常会在卷帘机下方铺垫一条固定保温被。日间，这条保温被会遮挡进入日光温室的太阳光线并在室内形成阴影。针对固定保温被对室内光热环境分布和作物产量的影响，该研究对固定保温被下方的光照、温度和作物的产量进行测试，同时利用太阳直射辐射理论提出固定保温被阴影宽度的计算方法。结果表明，在试验期间固定保温被正下方的光照强度平均值为198 μmol/(m²·s)，距离固定保温被4.0～5.0 m位置处的光照强度是固定保温被正下方的2.0倍以上。日间，固定保温被正下方的空气温度、墙面温度和土壤温度相比于固定保温被两侧最大降低2.2、5.8和2.3 ℃。夜间，墙面温度和土壤温度最大降低1.2和1.3 ℃。固定保温被正下方单垄番茄相比于其他垄平均减产36.2%，植株茎粗平均减小2.0～4.0 mm。不同地理位置和不同方位角的日光温室受到固定保温被遮阴在室内形成的阴影宽度范围为11.0～14.0 m。该研究定量分析了使用中卷式卷帘机械的日光温室中固定保温被对室内光热环境和作物产量的影响。     

日光温室平板微热管阵列蓄热墙体热性能试验

为提高日光温室复合结构墙体热稳定层的温度并提升温室墙体材料的蓄热性能,该研究提出一种新型日光温室平板微热管阵列蓄热墙体(Micro Heat Pipe Array,MHPA),搭建了小型MHPA墙体温室试验台,采用对比试验的方法,结合温室墙体温度、墙体蓄放热量以及温室环境温度等评价参数,对比分析了典型日MHPA墙体的蓄放热特性及其改善温室热环境效果。结果表明,与普通温室相比,冬季典型晴天,放热时段(17:00至次日9:00)MHPA墙体内表面平均温度提高1.6～2.3℃,由室内向室外沿墙体厚度方向0～370 mm区域内MHPA墙体内部的平均温度提高2.7～4.0℃;MHPA温室的平均温室环境温度提升1.2～1.5℃,地表面平均温度提升0.6～1.0℃;MHPA墙体的日总蓄热量提高了8.93%～14.35%,日总放热量提高了2.24%～8.07%,且在夜间23:00至次日7:00 MHPA墙体的放热速率高于普通墙体的,平均提升11.53%。因此,MHPA墙体引入于日光温室墙体中可提升温室墙体材料的蓄放热性能,改善温室热环境。该结果可为日光温室平板微热管阵列蓄热墙体的应用提供参考。     

北疆麦壳砂浆砌块填充蓄热材料复合墙体日光温室热性能

针对新疆戈壁沙漠区日光温室在冬季严寒条件下,传统墙体在夜间难以满足作物生长对热环境需求的问题,该文研究新型的保温蓄热墙体材料和结构。将墙体主体结构采用麦壳砂浆砌块,砌块中间空格填充蓄热材料,对麦壳砂浆砌块进行配比试验和性能测试,筛选出抗压强度、导热性能较优的砌块建造温室墙体,把麦壳砂浆砌块+红砖复合墙体日光温室和37 cm砖混墙体日光温室进行热性能对比试验,并种植番茄验证。试验结果表明:在相同外界环境下,室外最低温-20.8℃时,麦壳砂浆砌块复合墙体日光温室内温度为7.5℃,而砖混墙体日光温室内温度为3.2℃,砌块复合墙体日光温室内夜间出现最低室温时间较砖混墙体日光温室延迟42 min;相同条件下砌块复合墙体日光温室栽培的番茄收获期早16 d,单棚产量高18.4%,验证了砌块复合墙体日光温室的保温蓄热性能优于砖混墙体日光温室,且满足果蔬生长对热环境需求。该文提出的适应戈壁沙漠区日光温室麦壳砂浆砌块复合墙体及构造条件,为新型复合墙体在日光温室中的应用研究、设计提供理论参考。     

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。     

华北五省区日光温室微气候环境调查与评价

连续两年对华北五省区(北京、天津、河北、山东、山西)日光温室的微气候进行测试,经分析对比,选用日平均气温、日最高气温、日最低气温、夜间日平均气温、夜间室内外日平均温差、日最低气温≤8℃的日数、白昼相对湿度和夜间相对湿度8个指标来分析评价日光温室的热环境性能,并明确给出各指标的定义。结果表明:8项指标可真实反映日光温室的热性能状况。华北地区日光温室室内日平均气温为10~15℃,日最高气温20~30℃,日最低气温5~10℃,夜间平均气温5~10℃,夜间室内外温差15~20℃,白昼相对湿度60%~80%,夜间相对湿度99%。华北地区室内高湿及夜间温度偏低问题仍十分突出。综合各项指标,山东日光温室的室内环境性能相对较优。研究结果对了解华北地区各类典型日光温室环境性能并确定统一的温室热环境评价指标,增强不同地区温室间热性能的可比性具有实际意义。     

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。     

日光温室太阳辐射模型构建及应用

太阳辐射是影响日光温室光、热环境的重要参数,准确获得温室内部墙体与地面的太阳辐射照度变化规律可对温室设计建造、温室内环境调控与作物生产起到重要的指导意义。该文在总结已有日光温室太阳辐射模型的基础上,通过气象数据,地球、太阳的运动规律以及太阳光线与日光温室前屋面入射角的关系,建立了较为完善的日光温室太阳辐射模型,并利用该模型对温室内部辐射规律进行分析。采用典型晴天数据对模型进行检验,结果显示计算值与实测值平均偏差最大为63.46 W/m~2,平均绝对误差最大为63.48 W/m~2,均方根误差最大为79.18 W/m~2,决定系数在0.95～0.99范围内。利用该模型分析温室内部辐射规律发现,相比不同位置屋面角度的影响而言,透光率受时间即太阳方位与太阳高度角的影响更大。温室墙体表面与地面太阳辐射照度随季节不断变化,春秋分是一年中墙体与地面接受太阳辐射时间最长的节气,该日墙体表面与地面太阳辐射照度大致相当。春分到秋分期间,地面辐射照度高于墙体表面;从秋分到春分期间,墙体表面太阳辐射照度大于地面。不同区域温室内太阳辐射日积累量主要受纬度影响,低纬度地区较高纬度地区而言,冬季太阳辐射日积累量大,夏季太阳辐射日积累量小。研究结果可为日光温室内墙体蓄热、屋面优化、作物种植、围护结构能量平衡等研究提供理论参考与相关数据。     

日光温室内光照特点及其变化规律研究

对日光温室内的光照时间、太阳总辐射量、太阳辐射透过率的季节变化和日变化，光照度的空间分布规律进行了较为系统的研究；并对各季节不同天气条件下日光温室内外太阳辐射的关系，日光温室内太阳总辐射量与时间的关系进行了回归相关分析，建立了相应的回归方程。利用该组方程可以对各季节不同天气条件下、不同时间日光温室内的太阳辐射量进行估算分析。     

中国节能型日光温室的理论和实践

扼要介绍了中国节能型日光温室的基本结构、性能、应用和发展概况,重点介绍了该温室建筑结构参数的优化设计,如温室各建筑参数的几何尺寸,采光屋面的倾角和几何形状,墙体结构,后屋面结构及其仰角和投影,外保温覆盖材料和环境调控手段等。同时还介绍了中国节能型日光温室理论研究成果,如建立了日光温室光、热、空气湿度、土壤温度和力学数学模型,并指出这些成果是日光温室结构优化设计的基础。     

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。     

日光温室墙体传热特性的研究

为提高日光温室的节能效果、探索能有效提高温室热环境的墙体材料及组成，对结构相同、墙体材料不同的温室温度环境进行了测试，用频率响应法对不同材料组成的600 mm厚墙体的传热特性分别进行了理论分析。测试结果表明：在同一温室内，复合异质墙体夜间内表面温度比纯砖墙内表面温度平均提高3.7℃；在相同室外温度环境条件下，复合异质墙体温室内夜间空气温度比夯实土墙温室的室内温度平均提高3.0℃。理论分析结果显示：复合异质墙体对室外温度扰量的衰减倍数是聚苯乙烯泡沫塑料板(以下简称聚苯板)墙体的12.3倍、是纯砖墙的9.5倍；单位面积复合异质墙体全天向室外传热量是纯砖墙的1/17。理论分析及试验都证明聚苯板作为墙体的隔热材料、砖作为墙体的蓄热材料是合理的。该文给出了最佳墙体的组成。     

日光温室柔性蓄水池设计研究

甘肃省沿黄河两岸高扬程电力提水灌区发展日光温室所面临的最大问题,就是冬季电力提灌泵站停运,日光温室生产无水源保障;其次,甘肃省沿黄河两岸高扬程提水灌区均为黄土台塬坡地,由于黄土的强透水性和湿陷性,使这里修建钢筋混凝土蓄水池的造价很高。为了充分开发黄土台塬坡地日光温室的生产潜力,试验设计了一种日光温室柔性蓄水池,储水量大,防渗性能好,水面蒸发损失小,冬季能保证日光温室作物所要求的水温,而且工程造价比刚性的钢筋混凝土水池低,很适合在干旱缺水的寒冷地区以及强透水性土壤、沙漠地区贮存水源,发展冬季温室生产。     

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。     

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。     

一种日光温室自动监控系统

设计了一种以STR912为核心的的日光温室监控系统,同时选择了相关的温湿度、光照以及CO2传感器,并设计了相关的通信网络,并且使用了嵌入武操作系统FreeRtos。     

几种日光温室复合保温被保温性能分析

通过试验测定,分析了目前市场上最新推广的６种日光温室前屋面保温被的保温特性。试验采用单拱棚。测试结果表明被测６种保温被中的５种其保温能力达到或超过了单层稻草草苫的保温水平,文中还对保温被的结构和防水性能进行了讨论,对其中反光铝箔层设置的必要性进行了分析,对保温被结构及其保温性能的进一步改进和提高提出了措施。