日光温室集散热增温蓄热系统的优化与试验研究

为研究设计适用于南疆和田地区日光温室冬季夜间增温蓄热设备,设计了日光温室集散热增温系统,改进了系统集散热器,测试了系统冬季夜间增温蓄热效果,分析了系统对日光温室空气温度、相对湿度以及0cm深土壤温度和15cm深土壤温度的影响和系统集放热效率。试验结果表明：系统在典型晴天试验温室较对照温室温度可以增温4.3℃,试验温室较对照温室平均相对湿度降低8.65%;阴天试验温室较对照温室平均温度增温2.4℃,平均相对湿度降低6.8%,且系统综合平均集热效率为52.6%,表明该日光温室增温系统在和田地区富余的光热资源条件下具有显著效果。     

冬季日光温室电热膜和风机组合增温性能研究

针对北方越冬型日光温室在极端天气下需要临时增温的问题,根据热能方程,提出电热膜和轴流风机相结合的短时定向增温方式,并进行了性能试验研究。试验选取晴天、阴天和雨天等,以0.5h为1个测试周期,测试连续加热5、10min和间隔加热10min,在分别配合2台和4台风机的组合模式下,对比分析室内作物冠层平面温度分布情况。试验结果表明:在晴天和小雨天气下使用间隔加热10min和2台风机的加热策略,阴天使用连续加热10min和2台风机的加热策略,能够达到高效且均匀的增温目的,可为日光温室冬季的临时性增温提供指导。     

不同方式封装的相变材料蓄热效果研究——基于日光温室

相变材料应用于日光温室中可以将温室白天多余的热量转移至夜间,起到调节温度的作用。为此,测试了经过两种不同方式封装后的相变材料在日光温室中的实际应用效果。通过与普通砖墙温室对照分析发现:两种类型相变材料温室均具有一定蓄热保温性能。内渗型相变材料温室比普通日光温室室温晴天夜间平均高0.9℃,阴天夜间平均高0.3℃;外挂型相变材料温室晴天比普通砖墙温室夜间温度平均高0.7℃。通过对两种类型相变材料温室综合应用效果比较发现,内渗型优于外挂型。此结果为相变材料在温室中的应用提供参考。     

日光温室内光合有效辐射基本特征分析

基于日光温室内观测的辐射资料,对光合有效辐射特征及对作物的影响进行研究分析.结果表明:温室内日光合有效辐射累计值与日水面蒸发量呈较好的线性关系,相关系数为0.7974;日光温室内作物光合速率随光合有效辐射上升到一定程度后,将不随光合有效辐射的增加而增加;叶片细胞液质量分数与光合有效辐射日变化均呈单峰型曲线,叶片细胞液质量分数相对于光合有效辐射有明显的滞后现象;日光温室内冬、春季晴天及阴天的太阳总辐射Q和光合有效辐射(PAR)日变化均为单峰型曲线,晴天和阴天太阳总辐射和光合有效辐射日变化趋势一致,阴天比晴天小;2007年秋季和2008年春季日光温室内小型西瓜的光合有效辐射利用率分别为6.38%和6.31%,高于大田作物的光合有效辐射利用率值.     

新型双屋面日光温室在北京市的应用与试验

为了了解新型双屋面日光温室在北京地区的应用效果,寻找适合北京市推广的节能型温室结构,以新型双屋面日光温室和4种传统的日光温室为研究对象,分别选取典型晴天、典型阴天、雪天及连续1周的数据,进行保温性能分析。试验结果表明:典型晴天、典型阴天和雪天条件下,室外温度越低,光照越少,新型双屋面日光温室的长时间保温效果越好,雪天新型双屋面日光温室的平均温度低于日光温室+空气热源泵,高于其余3种类型温室,且白天夜间温差较小,仅为1.5℃。新型双屋面日光温室1周的平均温度比砖+混凝土和砖+聚苯板日光温室分别高3.97和3.85℃,但比日光温室+空气热源泵和土墙下凹式日光温室分别低6.67和2.06℃;其中,白天最高温度仅次于日光温室+空气热源泵,高于其他类型温室,且变化幅度较大,夜间最低温度比日光温室+空气热源泵和土墙下凹式日光温室分别低35%和14%,比砖+混凝土和砖+聚苯板日光温室分别高56%和50%,说明新型双屋面日光温室的保温效果优于传统的砖+混凝土和砖+聚苯板日光温室。     

北方干寒地区日光温室太阳辐射预测模型构建

构建适用于北方干旱、寒冷地区的典型日光温室内外太阳辐射的动态预测模型.模型中考虑了天空云量对太阳辐射遮挡和室内作物生长对太阳辐射吸收、反射两个因素的影响,并利用内蒙古农牧业科技园区的日光温室对模型进行了验证.结果表明,模型能预测晴天、多云、阴天天气的日光温室外和室内到达土壤表面的太阳辐射的动态过程,预测值和实测值之间的相对误差不超过8%.     

京郊地区多种类型日光温室温度对比试验

为进一步优化北京市密云区日光温室的结构，提高设施棚室的温度，以密云区现有的3种日光温室为基础，包括主动蓄热型日光温室（G1）、下沉型日光温室（G2）、当地传统的日光温室（G3），利用小气候综合观测仪的温度数据，对比分析了不同天气条件下3种日光温室生长季内的温度变化情况。结果表明：长周期条件下，G1、G2、G3的夜间平均气温分别为14.66、10.21和8.37 ℃；短周期条件下，G1、G2、G3的夜间平均气温分别为15.84、11.08和9.49 ℃；极端低温条件下，G1、G2、G3的夜间平均气温分别为10.63、7.54和6.24 ℃；典型晴天条件下，3座温室的夜间平均气温分别为17.83、11.48和9.16 ℃；典型阴天条件下，3座温室的夜间平均气温分别为9.64、7.03和6.04 ℃。G1型日光温室整体优于G2、G3型日光温室，在极端低温和典型阴天条件下都表现出了较好的保温储温性能，能够在较低温度下满足室内作物的生长要求。因此，主动蓄热型日光温室在北京市密云区具有较好的推广价值。     

日光温室作物冠层夏季光照强度与空气温湿度

针对温室内不同时间、位置的环境参数存在变异性,且随天气与季节变化,日光温室冠层光照强度、空气温度和空气相对湿度的分布差异性问题,构建了基于无线传感器网络的环境监测系统。环境感知节点部署在作物冠层位置,集成了光照强度、空气温湿度等传感器。首先,基于实时采集的温室环境数据,采用反距离加权算法进行插值分析,得到环境参数的离散曲面;其次,通过基于质心坐标的K-means聚类算法,得到了温室内连通及非连通区域的代表性特征点;最后,采用半变异函数与变异系数方法对温室环境的空间变异性与时间变异性进行分析。实验结果表明,夏季日光温室在下午表现为高温与高光照,08:00、16:00的光照强度分别为12:00的24.2%、72.9%,08:00的空气温度（27.7℃）较12:00、16:00低约6.0℃,对应的空气湿度（90%）高约30%。晴天最大光照强度分别为阴天、雨天的1.4倍和4.6倍,晴天、阴天最高空气温度高于雨天（29.5℃）约6℃,最小空气相对湿度远低于雨天（84%）。夏季日光温室晴天与阴天表现为高温和低湿,雨天表现为高湿和低光照。各环境参数中,光照强度的空间变异性最强,变程为10.34m。空气温湿度的空间变异性较弱,整体分布均匀。光照强度、空气温度和空气相对湿度的时间变异性均为中等变异程度。环境参数的特征点及时空变化规律有助于日光温室传感器的高效部署,为揭示作物与环境的交互作用提供了基础。     

日光温室中空板水循环集放热系统设计与集热性能试验

针对现有日光温室内置式水循环集放热装置存在的集热能力不足的问题,设计了中空板水循环太阳能集放热系统,通过理论分析,结合日光温室热环境模拟预测软件,验证系统可行性。理论计算表明,在室内地面面积400 m2聚苯板墙体日光温室内,系统集热总量可达350 MJ,可供日光温室2~3 d的夜间放热加温。通过现场试验测试系统的集热性能,试验结果表明:系统集热效率最大可达0.93;晴天条件下的系统日蓄热温升约比阴天条件下高1倍;在太阳辐射较弱时,中空板与室内空气的对流换热对集热效率影响显著;在3.3~5.9 m3/h的流量范围内,系统集热量随着水流量增大而增加。中空板系统作为装配式集热系统,建造成本低、简单实用,不占用室内栽培面积,适用于旧温室改造。     

基于CFD的日光温室温度与卷帘开度关系研究

日光温室通过在棚面上覆盖卷帘保温材料的方式,可以有效地减少日光温室在外界环境温度较低情况下的热量散失,在前期研究的改进型日光温室后置固定式卷帘装置基础上进一步研究不同卷帘开度对于日光温室内部温度变化的影响。选择保温性质较好的保温被作为卷帘材料、简化北方地区较为典型的辽沈Ⅳ型日光温室结构,通过对日光温室的散热情况分析,得到日光温室内部温度的变化与其卷帘开度导致的保温材料与卷膜的覆盖面积变化存在着一定的线性关系。并通过CFD-Fluent仿真软件和验证性试验进行研究验证,结果表明:覆盖卷帘可以有效地减少日光温室的热量散失,维持室内适宜温度及其均匀性,在较为理想的环境条件下,日光温室内部温度变化与卷帘开度存在一定的线性关系,且日光温室内部温度由于棚面散热速率的差异所呈现的区域性差异也进一步验证了该结论。