日光温室后墙夜间非稳态导热特性研究

【目的】对日光温室后墙夜间的非稳态导热特性进行研究,为发挥后墙保温作用提供理论依据。【方法】在位于山东泰安的试验温室内,分别于温室后墙距地面0.1,1.1,2.1,3.1和4.1 m处及地面距离后墙0.1 m处设置测点,选取2015年越冬季某一晴天和阴天,在18：00至翌日06：00,每隔1 h测定后墙各测点的温度和热流密度,计算各测点温度变化率、热流密度积分值、后墙内部热量流动量,以及后墙与地面之间的热量流动量,研究夜间温室后墙不同高度蓄热量变化与放热量之间的关系、地面温度与后墙温度之间的关系,以及后墙内部和后墙与地面之间的热量流动。【结果】晴天夜间后墙中上部蓄热量变化基本相同且大于后墙下部蓄热量变化,后墙中上部放热量逐渐降低然后趋于平稳,后墙下部放热量逐渐增多,后墙中部放热总量最多;后墙温度24:00之前高于地面温度,24:00之后低于地面温度,后墙与地面之间存在热量流动;后墙内部热量流动数量占后墙放热总量的比值为14.2%。阴天夜间后墙中上部蓄热量变化基本相同且大于后墙下部蓄热量变化,后墙放热量从上到下逐渐增多;后墙温度低于地面温度,地面流入后墙热量占后墙放热总量的比值为3%;后墙内部热量流动数量占后墙放热总量的比值为25.5%。【结论】后墙高度、后墙不同高度蓄热量影响后墙不同高度放热量;后墙高度对放热量的影响贯穿后墙放热过程的始终,后墙蓄热量存在自上而下的整体迁移流动。     

下挖式日光温室夜间土壤非稳态导热过程

针对日光温室土壤温度不均衡的问题,运用传热学非稳态导热理论,测定分析跨度方向上不同测点地面温度变化率和土壤放热量之间的关系,对下挖式日光温室土壤夜间的非稳态导热过程进行研究。结果表明:1)日光温室地面放热量受地面温度和跨度位置综合作用,地面温度越高、跨度位置越大,土壤放热量越多;2)不同测点地面温度变化率和土壤放热量不成比例,土壤存在水平方向上的热量流动;3)土壤边际效是受到后墙下土壤、温室外土壤缓冲作用引起的;4)本试验中,受后墙下土壤缓冲,土壤放热增加量占土壤放热量比例为6.06%～7.34%;受温室外土壤缓冲,土壤放热减少量占土壤放热量比例为31.8%～50.28%;边际效应对土壤温度环境具有不利影响。     

基于土壤蓄热的日光温室逆温现象分析

为探究日光温室土壤温度偏低的原因,以传热学对流换热理论为基础,以土壤蓄热温差占温室垂直方向上最大空气温度与地面温度之差的比例(温差比例)为研究对象,针对日光温室垂直方向上的温度分布开展研究。在位于山东泰安的日光温室内,选取温室中部后墙南5.4m,距离地面0,0.1,1.1,2.1,3.1,4.27,4.37m高度处为测点,分别设置温度传感器T1～T7,地面设置热流板H1;选取试验期间土壤蓄热量高、中等、低3天试验数据,对不同高度各测点温度之间的关系进行研究;计算垂直高度上的最高空气温度,计算不同太阳辐射情况下的温差比例。试验数据验证了温室空气温度自下而上逐渐升高,然后逐渐降低;温室空气存在逆温层和对流层,存在逆温现象;逆温层上部空气密度小于下部空气密度,上部高温空气不能流动到地面,逆温层两端温差较大。计算结果表明:不同太阳辐射情况下垂直方向上最大空气温度积分与地面温度积分之差分别为890℃、770℃、175℃,土壤蓄热温差积分分别为310℃、200℃、68℃,温室散热温差积分分别为120℃、20℃、27℃,土壤蓄热时间分别为6h 55min、4h 50min、2h 20min;后墙南5.4m处逆温层、对流层高度分别为0～3.1m、3.1～4.37m;试验期间不同太阳辐射情况下温差比例分别为34.8%、26%、38.9%。结果表明:太阳辐射强度高时土壤蓄热温差和蓄热时间多于太阳辐射强度低时的土壤蓄热温差和蓄热时间;对流层空气产生自然对流,温室热量向温室外部大量散失;逆温现象造成的温差比例偏小是造成土壤总体蓄热量少、土壤温度偏低的主要原因。     

日光温室夜间后墙不同高度放热量差异的理论分析

针对日光温室夜间后墙不同高度放热量差别较大的现象,运用物理学矢量原理、气体分子动理论,对外界低温通过覆盖面在后墙形成的放热机理进行推导,结合放热机理和后墙不同高度温度差别对后墙不同高度放热量差别的影响进行研究。结果表明:1)外界低温驱动力水平分量大小随后墙高度降低不断增大,外界低温驱动力水平分量密度随后墙高度降低不断减小,后墙放热驱动是外界低温驱动力水平分量大小和密度乘积的函数,随后墙高度降低不断增大。2)后墙放热后温度不断下降,后墙放热量自上而下逐渐增多,下侧放热量是上侧放热量的2～3倍。3)推导出的后墙放热机理能够解释后墙不同高度放热量差异,后墙不同高度放热量差异主要是由于外界低温通过覆盖面在后墙产生的放热驱动不同造成的;后墙放热是外界低温驱动下的被动放热。4)后墙温度较高时,后墙放热量受后墙温度和后墙放热驱动共同作用,此时后墙中部放热量也会较多;后墙温度较低时,后墙放热量主要受后墙放热驱动作用。     

日光温室后墙温度和热流密度曲线解析

以非稳态导热理论为基础,对示例墙体温度变化和蓄放热特点进行解析。通过解析表明,后墙蓄热、温度升高过程是由于太阳辐射引起的被动过程,后墙蓄热量多少、温度升高特点由太阳辐射强度及其变化决定;后墙放热、温度降低过程是由于外界低温引起的被动过程,后墙放热量多少、温度降低特点由外界温度决定;后墙温度变化、蓄放热变化过程是受太阳辐射周期性变化引起的被动过程。分析结果表明,后墙蓄热保温原理是利用太阳辐射和温室效应来提高后墙非稳态蓄热温度,进而提高后墙放热温度;利用保温被阻挡来减少后墙放热量,延缓后墙温度下降速率,间接提高后墙非稳态放热温度;从而使得后墙非稳态蓄放热过程在较高温度水平上进行,实现后墙蓄热保温作用。针对后墙蓄热保温局限性提出了改善日光温室保温性能的方法:一是提高后墙放热温度;二是降低后墙放热量。     

宁夏两种结构日光温室墙体与地面传热特性分析

针对宁夏二代日光温室和引进的山东五代日光温室进行传热特性分析,得出无论从晴、阴天还是从长季节观测分析,山东五代日光温室的墙体放热量均极显著大于宁夏二代温室的墙体放热量;山东五代日光温室的地面放热量显著小于宁夏二代温室的地面放热量;通过计算整个冬季的墙、地放热总量可知,山东五代日光温室的墙、地放热总量比宁夏二代日光温室的墙、地放热总量高9.9%。并且以整个长季节观测数据为基础,计算得到了两种类型日光温室的墙体与地面对温室热量的贡献率,在整个冬季,宁夏二代温室的墙体放热量低于地面放热量2%,山东五代温室的墙体放热量高于地面放热量34%。     

沙漠组装式温室光热环境测试与分析

测试和田沙漠组装式温室的光热环境,尤其是温室的蓄放热量及保温能力,为和田地区日光温室性能做出评价,采用数据记录仪对温室内外环境的光热环境进行测定,结果表明,晴天光照度平均为18058 lx,空气温度可达40℃以上,且土层越深,地温越稳定;地面蓄热时平均热流密度为47.85 W/m2,放热时平均热流密度为16.91 W/m2;土壤表面温度和空气平均值分别为15.47、15.30℃;最大值可达37.90、45.00℃;墙体吸热时平均热流密度为13.91 W/m2,放热时平均热流密度为5.40 W/m2;墙体表面温度和空气温度平均值分别为15.76、14.61℃,最大值可达72.10、55.30℃;地面白天最大蓄热量为2.03 MJ/m2,地面最大放热量为1.35 MJ/m2,墙体白天最大蓄热量为0.76 MJ/m2,墙体最大放热量为0.40 MJ/m2.从温光特性方面来看,沙漠组装式温室各环境因子变化较大,温室内部空气温度、墙体温度、地表温度波动较大,热稳定较差;地面是主要的蓄放热体,温室墙体蓄热量、放热量很小,难以起到稳定温室夜间温度的作用.     

基于主动蓄热循环系统的温室性能试验研究

为了提高冬季夜间温室温度,提出将温室白天得到的热量储存到后墙墙体中,采用风机实现蓄热放热过程,风机所需电量可由光伏系统提供。基于北京的天气,2种情况下均安装地面面积为272 m~2的温室,以保持温室维持在较高的温度下。试验结果表明,主动蓄热系统所产生的温室平均气温在10. 9~14. 8℃之间,平均值为12. 09℃。参考温室中的气温在3. 4~10℃之间,平均值为6. 5℃。室外温度比室内温度低约16. 3℃。电力供暖和天然气供暖系统供暖成本比主动蓄热系统分别高267. 8%和53. 6%,煤炭供暖成本比主动蓄热系统低28. 2%。主动蓄热系统采暖能够作为化石能源供暖的替代技术。     

河西走廊GN-N10B型石墙钢架日光温室温光环境分析

【目的】研究GN-N10B日光温室内的温度、光照环境特征,为设施生产中温室环境的调控及改良提供理论依据.【方法】采用TP700数据采集器和TNHY-7型农业气象监测仪,对10m跨新型日光温室结构(GN-N10B型石墙钢架日光温室)的室内气温、后墙内表面温度和光照强度进行多点连续监测.【结果】晴天条件下,温室内气温和后墙内表面温度在揭帘后(9∶30)开始升高,至14∶00和15∶00达到最高,分别为35.0℃、39.5℃,气温每小时升高4.4℃,温室内外平均温差为21.6℃;阴天条件下,温室内气温和后墙内表面温度在10∶30开始缓慢升高,至13∶30和14∶30达到最高,分别为21.0℃和19.5℃,气温每小时升高1.4℃,温室内外平均温差为16.9℃.整个越冬期(2014-12-12至2015-03-06)温室内平均最低温度为12.3℃.晴天,白天温室气温在升温阶段(9∶00~14∶00)南北方向分布较均匀,在降温阶段(14∶00~16∶00)分布不均匀,南、北两端低,中间高,相差2.2℃;夜间温室气温在水平方向分布均较均匀;在垂直方向,温室气温随高度的增加呈下降趋势,近地面处气温高,中部和顶端气温低,相差1.0℃.晴天温室内光强≥10klx的时长达到7.5h,≥30klx的时长达到4.5h,可以满足温室内作物正常生长.温室平均透光率为68.95%.【结论】GN-N10B型石墙钢架日光温室可满足茄果类等喜温性蔬菜越冬生产的需要,适宜在甘肃河西走廊及其气候相似区域推广应用.     

磷酸氢二钠相变墙板在温室中的应用效果

为改善日光温室热环境,以十二水磷酸氢二钠为相变材料,依据普通温室墙体夜间累计放热量计算出相变材料的用量为16.7kg/m2,在此基础上制备了十二水磷酸氢二钠相变蓄热墙板。建造后墙结构为"80mm相变蓄热板+40mm×60mm×2.5mm方钢+80mm菱镁聚苯保温板"日光温室,与"240mm红砖+100mm聚苯板+240mm红砖"后墙温室比较。结果表明:典型晴天时,相变蓄热板温室的气温波动幅度比对照小4.2℃,最低气温高1.5℃,最高气温低2.7℃,平均气温高1.2℃,相对湿度增加3%,墙体夜间累计放热量略大于对照;典型阴天时,相变蓄热板温室的平均气温比对照高1.6℃,相对湿度提高2.6%,墙体夜间累计放热量增加0.16MJ/m2。与此同时相变蓄热板墙体造价比对照低22元/m2,土地利用率提高4.2%~12.2%。综合保温蓄热性能和建造成本,相变蓄热墙板是一种有推广价值的温室墙体类型。     

滇中高原双层塑料薄膜温室保温性能测试分析

 由于滇中地区典型单栋塑料温室存在保温性能不足的缺点,该试验同时对双层薄膜覆盖、单层薄膜覆盖和室外3种情况的最低温度进行了对比测试,对双层非充气塑料薄膜在该类温室中的保温效果进行了分析。结果表明:采用双层非冲气塑料薄膜,即在现有普通大棚内加设一层薄膜（间距20～30 cm）,在温室无遮挡,光照条件正常的情况下,冬季一月份前后室内最低平均气温可达5.37 ℃,比单层薄膜温室提高5.68 ℃,比室外提高3.25 ℃,保温效果显著。     

基于内表面对流和辐射换热的温室夜间热平衡分析及验证

为分析日光温室内部的热环境,运用传热学理论,对夜间温室内存在的对流传热和辐射传热过程进行了研究,并建立温室内部热平衡方程.采用热平衡模型确定冬季温室所需补热量,并评估供暖系统在温室中的实际应用效果.结果表明:室内空气温度的理论值与实测值差别不大,模型比较切合实际.计算结果还揭示了温室内部热流的走向与分布情况,以及围护结构对温室保温所起到的作用.     

日光温室墙体不同保温材料对其保温性影响

新型保温材料应用是提高日光温室保温性能重要措施之一,文章选取常见保温材料聚苯乙烯泡沫板(EPS),聚苯乙烯挤塑板(XPS),酚醛酯板(酚醛树脂),聚氨酯(聚氨基甲酸酯)作试验材料,在温室其他参数一致前提下,以日光温室典型夹芯墙体为对照,对比墙体相同热阻值下日光温室墙体不同保温材料应用效果。结果表明,聚氨酯外保温复合墙体表现最优,XPS外保温处理效果次之,酚醛酯最差。聚氨酯外挂有效热积累量分别较对照提高1.021 MJ·m~(-2),较其他处理最大提高0.835 MJ·m~(-2),温室晴天、阴天气温比对照分别提高2.3、2.0℃,日平均地温提高1.6℃,晴天、阴天气温较其他处理最高分别提高1.2和1.1℃,日平均地温提高0.8℃。综上,聚氨酯可作为日光温室墙体外保温推荐材料。     

日光温室温度变化与热量状态分析

对陕北和关中地区日光温室温度变化和热量状况的对比观测试验结果表明,陕北地区日光温室的最高气温、平均气温和10cm土温分别比关中高9.9～10℃、1.8～2.3℃和1.0～1.3℃,是理想的发展区域.日光温室夜间失热的主要途径为贯流放热,失热量占总热量76%以上;其次是土壤横向传热,失热量占总热量12.5%～13.2%,换气放热失热量最少,占总热量5.6%～10.7%.加强夜间草帘覆盖和挖防寒沟是保温的主要方法.     

结露对双层塑料薄膜温室保温性能的影响测试分析

 结露现象在温室中普遍存在，该试验通过对双层薄膜温室内自然结露和人工结露两种情况的室内最低温度同室外进行对比测试，对结露时间早晚对双层非充气塑料薄膜保温效果的影响进行了分析。结果表明：（1）结露对双层塑料薄膜保温性能存在不利的影响，结露时间早，温室内最低温度比结露时间晚时有所低，但幅度不大。（2） 双层塑料薄膜的保温性能与夹层内空气的相对湿度有关，空气相对湿度增大时，保温性能降低。     

日照长度对双层塑料薄膜温室保温的影响

 针对滇中地区典型单栋塑料温室存在保温性能不足的缺点，该试验同时对双层非充气薄膜覆盖温室在冬季3种不同长度的日照条件下（由于遮挡导致日照长度不同）的室内外最低温度进行了对比测试，对其保温效果进行了分析。结果表明：在滇中地区采用双层非冲气塑料薄膜，即在现有普通大棚内加设一层薄膜（间距20～30 cm），在日照长度分别为9 h,6.5 h和4 h时，室内外最低气温的温差分别为3.25 ℃，2.03 ℃，-0.01 ℃；其中，在温室日照时间为9 h时，冬季一月前后室内最低平均气温可达5.37 ℃，比单层薄膜温室提高5.68 ℃，说明非充气双层薄膜在低纬度地区有较好的经济性和适应性。     

日光温室自然对流蓄热中空墙体蓄放热效果研究

研究新型自然对流循环蓄热中空墙体的蓄放热效果,采用自计式传感器连续测试墙体内的温度分布及室内表面的热流量,对该墙体的蓄放热特性进行研究。结果表明:新型墙体内部的温度分布规律与传统的实心墙体构造不同,从内表面至外表面,并不是持续下降的趋势;在晴天白天,内部中空层两侧墙体表面的温度高于相邻实心构造部分,但比中空层空气温度的19.2℃分别低2.2和3.7℃,表明墙体深处处于蓄热状态;清晨温度较低时刻,中空层两侧表面温度分别比其中空气温度的11.7℃高出1.3和0.8℃,表明墙体内部直至清晨仍处于放热阶段。墙体内各点的温度波动幅度显示,晴天中空层两侧表面和空气温度的波动幅度分别可达4.9、4.0和8.2℃,表明墙体内部表面蓄热放热作用显著;阴雪天气下也表现出一定的蓄热放热效果。研究表明,该新型自然对流循环蓄热中空墙体构造可以有效调动墙体深处材料参与蓄热放热过程,显著增加墙体的总蓄热放热面积。     

多重保温覆盖连栋温室的设计及性能分析

针对连栋温室冬季保温性能差、加温能耗大、建造成本高等突出问题,设计一种配套双层幕布系统和内外双层膜结构的多重保温覆盖连栋温室,在北京冬季最冷时段对温室性能进行实际测试.结果表明:温室内日平均温度、日最低气温平均值为6.1和1.4 ℃;夜间日平均气温、室内外温差的平均值为2.4和9.0 ℃.日最低气温≤5 ℃的日数所占比...     

新疆砌块复合墙体和砖墙日光温室的传热数值模拟分析

[目的]研究建立新的二维传热模型来模拟和优化日光温室,为日光温室墙体的设计、建设和维护提供科学合理的方法和依据.[方法]采用ansys软件进行温度场和流场模拟,使用UG软件对日光温室造型,将顶部保温被等结构适当简化,计算域分为内部与外部空气两部分.运用DO辐射模型和湍流模型模拟,采用CFX-Post计算处理,得到温度云...     

日光温室墙体特性及性能优化研究

为了确保蔬菜安全越冬生产以及温室内的温度满足作物生长发育的需要,着重于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,研究针对塔城地区温室现状进行资料收集和数据测试,根据热工学原理,结合地域、土壤、经济等因素,对不同结构墙体进行总结和对比,引用结构相同、材料不同的温室环境温度测试结果,选择最优化的蓄热保温材料,提出最优化的温室墙体结构方案.从而改善温室的保温蓄热能力,提高温室围护结构的整体性能,降低投资成本,使得农户获得最大的经济收益.