主动式太阳能集热/土壤蓄热塑料大棚增温系统及效果

试验研究了一套主动式太阳能塑料大棚增温系统。它以空气为载热介质,土壤为蓄热介质,白天利用太阳能空气集热器加热空气,由风机把热空气抽入地下,通过地下管道与土壤的热交换,将热量传给土壤储存。夜间热量缓慢上升至地表,从而使土壤保持恒温。经过连续4 d的加温试验得出：与利用自然辐照的对比温室相比,主动式太阳能塑料大棚的夜间气温平均升高3.8℃,地温平均升高2.3℃,系统蓄热量可达228.9～319.1 MJ。试验结果证明,这种结合太阳能空气集热器和土壤蓄热的塑料大棚增温系统,能有效地提高棚内的气温和地温,具有良好的发展前景。     

日光温室浅层土壤水媒蓄放热增温效果

该文以太阳能为热源,以水为蓄热介质,以温室浅层土壤为蓄热体,白天通过水的循环将热量收集并储存到温室浅层土壤中,夜间通过土壤的自然放热将热量释放到温室中,提高温室夜间温度。结果表明：此蓄热方法增加了温室的蓄热量,在盖上保温被以后,试验温室与对照温室温差开始增加,平均气温差为4.0℃。试验温室土壤深度60 cm以上区域温度一直高于对照温室,0 cm处夜间平均温差为3℃,30 cm处夜间平均温差为3℃,60 cm处夜间平均温差为5℃。因此,此方法既提高了空气温度,也提高了作物根部土壤温度。     

太阳能蓄热联合空气源热泵的温室加热试验

针对日光温室被动采光蓄热的特点,该文在2014年1-2月期间,针对西安地区-6~10℃冬季气温条件下,开展了太阳能蓄热联合空气源热泵温室加热试验研究,通过对比太阳能蓄热联合空气源热泵系统改善温室内的空气温度、湿度及土壤温度等环境因素,分析评价太阳能联合空气源热泵系统在日光温室冬季应用的性能,结果表明:太阳能蓄热联合空气源热泵加热系统不仅明显提高了温室内的空气温度和土壤温度,也有效降低了温室内的湿度;在试验天气条件下,热泵单独供热时,系统的性能系数COP(coefficient of performance)在2.09~2.45之间;太阳能联合空气源热泵供热时,系统的COP在3.45~5.56之间;相比于其他天气工况,晴天条件下,太阳能蓄热供热时间较长,热泵补充供热时间缩短,系统的COP较高;采用地暖联合风机盘管作为末端供热方式,能够维持较高的室内气温和土壤温度,降低室内相对湿度。该文为今后进一步简化温室结构和降低建设成本,实现日光温室主动采光蓄热,奠定前期研究基础。     

基于热泵的日光温室浅层土壤水媒蓄放热装置试验

由于日光温室的蓄热能力有限,后半夜温度往往比较低,难以满足作物生长需求。针对这一问题,该文提出了基于热泵的日光温室浅层土壤水媒蓄放热方法,其原理是白天开启循环水泵,将后墙获得的太阳辐射储存到温室浅层土壤中;前半夜通过浅层土壤热量的自然释放加热温室;当温室温度较低时,启动热泵系统将浅层土壤中的热量提升后加热温室。试验结果表明,在阴天系统系数(coefficient of performance,COP)能达到3以上,与燃煤热水锅炉相比节能33%;与对照温室相比,盖上保温被后,由于试验温室蓄热量大于对照温室,试验温室空气温度和土壤温度分别比对照温室平均高3.2和3.3℃;开启热泵机组后,试验温室空气温度和土壤温度分别比对照温室平均高5.7和2.9℃。     

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。     

土壤有机质和水分对温室土壤特性及植物生长的影响

以土壤有机质和水分对温室土壤特性及植物生长的关系为研究对象,通过介绍温室的起源与发展及其对农业生产的作用,对土壤有机质与土壤温度、土壤水分之间的关系进行讨论,得出三者之间多维交互的关系状况,并由此获得土壤有机质、水分与温室土壤特性及植物生长之间一定程度上正相关的联系,为生物生长研究提供研究资料。     

日光温室南墙内置泡沫板的保温效果

为提高日光温室越冬栽培时土壤耕层温度,在温室南墙内侧分段填埋20cm(T1)、30cm(T2)、40cm(T3)3种不同高度泡沫板,以不填埋泡沫板为对照(CK)。连续30d观测并记录温室内离南墙30cm处不同深度土壤的温度值,从而对不同高度泡沫板的保温效果进行分析。结果表明,在温室南墙内侧填埋泡沫板有利于增加室内土壤耕层温度,且土壤耕层温度与填埋泡沫板高度呈正相关。在试验范围内以填埋40cm深度泡沫板效果最佳,与CK相比,南侧边际耕层温度可增加1~2℃。填埋泡沫板在晴天不影响土壤蓄热,而雪天、阴天土壤温度也可保持在8℃以上,避免了冻害的发生,在不影响作物(番茄)正常生长的条件下还可有效提高根系活力。研究结果可为减少气象灾害对温室生产的影响以及指导日光温室越冬茬作物生产提供依据,在越冬茬作物栽培中具有推广意义。     

温室作物生态健康智能监护系统(GH-Healthex)的研制与测试

研制温室作物生态健康智能监护系统是为了解决目前温室环境监控系统普遍存在的自动获取的数据未与具体作物健康生育的特殊需求相结合，也未被用于病虫害的智能化防治等问题。该文报导的温室作物生态健康智能监护系统(GH-Healthex)实现了这类数据在植物健康监护和病虫害智能化防治中的利用。以番茄为研究案例，系统通过对温室环境监测数据的分析，结合作物种植知识库中番茄生长发育及其病虫害发生规律可以进行智能化决策，即当温室内出现了不利于作物生长的气象条件时，系统会自动的通过系统界面提示用户采取相应措施，以保证温室番茄的优质、高效生产。该系统提供了一个作物知识库平台，若以其他作物的种植和病虫害防治数据替代番茄数据，便能更广泛地推广应用。     

温室地下蓄热系统换热特性研究

针对现行温室地下埋管式换热系统结构的缺点，为充分利用地下蓄热，提高地温和夜间环境温度，设计了一种新型温室地下蓄热系统。测定了系统蓄热与放热时进出口空气温度、湿度与换热管道出口处空气的流速。试验结果表明，温室地下蓄热系统蓄热和放热时进口空气与出口空气的温度差、焓差较大，其差值随系统运行时间降低，白天蓄热量与夜间释放热量大于系统消耗的电能，蓄热时运行时间不宜大于4.5 h。     

日光温室燃池-地中热交换系统加热效果的初步研究

为保证日光温室作物在寒冷季节正常生长,在日光温室中设置了燃池-地中热交换系统,该系统将燃池和地中热交换系统结合起来,以达到提高温室内土壤温度和气温的目的。初步研究表明,在地面以下0.35 m沿温室长度方向3个测点土壤平均温度分别为15.5℃、15.6℃、15.5℃,土壤温度分布均匀,较参考点平均温度分别提高1.9℃、2.0℃、1.9℃;沿温室跨度方向3个测点土壤平均温度分别为15.2℃、15.6℃、14.7℃,分别较对应参考点平均温度提高2.7℃、2.0℃、3.7℃;温室内平均气温为21.4℃,较参考点平均气温提高2.6℃,室内外温差达到34.0℃。使用燃池-地中热交换加热系统,对提高温室内土壤温度、气温均具有较好的效果。     

日光温室水幕帘蓄放热系统增温效应试验研究

针对日光温室夜间温度过低,难以满足作物生长需求这一问题。设计了一种水幕帘蓄放热系统,该系统以日光温室墙体结构为依托,以水为介质进行热量的蓄积与释放,白天利用水循环通过水幕帘吸收太阳能,同时将能量储存在水池中,夜晚利用水循环通过水幕帘释放热量,以提高日光温室内温度。试验测试结果表明,应用该水幕帘蓄放热系统可将温室内夜间温度提高5.4℃以上,可将作物根际温度提高1.6℃以上;该系统夜间通过水幕帘的放热量达到4.9～5.6MJ/m2;日光温室蓄放热量的增加,实现了西红柿的安全过冬生产,同时将西红柿的上市时间至少提前20d。该研究成果对日光温室结构的改进、温度调控有较大的科学意义。     

基于温室环境和作物生长的番茄基质栽培灌溉模型

为解决涵盖土壤蒸发和作物冠层蒸腾的土培作物蒸散模型不能直接应用于稻壳炭基质栽培番茄灌溉的问题,该研究首先通过修改Penman-Monteith模型的原始表达式来去除土壤蒸发部分,并引入TOMGRO模型来模拟番茄冠层生长,给出了阻抗参数的修正计算,得到了新的番茄基质栽培蒸腾模型。考虑到蒸腾模型中净辐射项削弱了室外太阳辐射对冠层及以下部整株植株的耗水影响,进而将新的蒸腾模型与太阳辐射线性比例供水模型结合建立蒸腾-辐射综合灌溉模型。结果表明,蒸腾-辐射综合灌溉模型对上海崇明A8温室番茄灌溉量的模拟结果与实际结果之间的相关系数高于0.95,平均相对误差小于20%。这说明蒸腾-辐射综合灌溉模型能够较好地估算温室稻壳炭基质栽培番茄的灌溉需水量,对深入研究温室灌溉实施具有参考价值。     

PC板温室的温湿度预测模型建立与分析

根据PC板温室内太阳辐射、通风、对流和作物蒸腾作用引起的质热交换物理过程,基于物质和能量守恒,建立了与温室内外气象参数、土壤蒸发、作物生长状况和土壤品质相关的温度与湿度预测模型,并根据所建模型及仿真结果对温室环境系统进行分析。     

基于ET和水量平衡的日光温室实时精准灌溉决策及控制系统

为提高日光温室的灌溉水利用效率,充分发挥现有灌溉决策理论的指导作用,该文构建了基于ET和水量平衡方法的实时精准灌溉决策及控制系统。以句容布戴庄村樱桃番茄温室为试验对象,给出了利用ET和水量平衡方法的灌溉决策实施过程,即当田间蒸发蒸腾总量大于土壤中可供作物利用水分时触发灌溉,灌水量等于自上一次灌溉起蒸散量的总和。采用Java语言开发了灌溉决策软件ETSch,可实现以温室内气象数据为基础对不同地点的灌溉决策项目进行管理;设计了温室精准滴灌系统并研制了基于单片机的灌溉控制器软硬件,通过ETSch软件与控制器的连接,建立了从田间气象信息获取到灌溉决策软件运行,再到灌溉及控制系统的集成化自动精准灌溉模式。试验结果表明,该实时精准灌溉决策及控制系统的平均灌水总量控制平均误差为1.1%,系统运行稳定,节约人工;尽管采用ET和水量平衡方法低估了实际土壤含水率,但总体趋势一致,能实现合理有效的灌溉决策。该研究可为实现灌溉决策和控制系统的集成提供参考,为进一步提高灌溉效果和用水效率提供借鉴。     

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。     

装配加温除湿系统的轻简装配式日光温室设计及性能试验

针对中国传统日光温室土地利用率低、建设成本高、墙体构造各异及温度和湿度环境难以调控等突出问题,该研究设计出一种轻简装配式日光温室,并配套了基于温室主动蓄放热原理的冬季夜晚加温和除湿系统,其温室骨架可与主动蓄放热系统结合为一体。研究结果表明:相比于传统砖墙日光温室,轻简装配式温室冬季夜晚温度提高4.5℃以上;采用基于主动蓄放热系统热能的除湿系统,可将温室夜间相对湿度降低14%,相对湿度控制在80%以下;该温室可实现整体式装配安装,大大减少了施工时间和安装成本,温室后墙厚度为166 mm,与后墙为600 mm厚的砖墙温室相比,墙体占地面积减少72%,显著提高了土地利用率。     

寒冷地区太阳能减压膜蒸馏RO浓水淡化系统设计与试验

针对目前反渗透(reverse osmosis,RO)浓水的零排放以及膜蒸馏产生的蒸汽冷凝及相变热回收问题,该文设计了一套适用于寒冷地区的太阳能减压膜蒸馏RO浓水淡化系统。系统主要由太阳能集热器、膜蒸馏组件、冷凝装置及真空泵等部分组成。该系统在宁夏银川市贺兰县的苦咸水地区进行了试验,对太阳能的集热效果、减压膜蒸馏的RO浓水淡化效果、冷凝装置的冷凝效果及对温室作物的加热效果进行了测试分析。试验表明:所选的太阳能集热器面积基本可以满足全年的膜蒸馏用热,在反渗透淡水池中设计的不锈钢散热盘管长度可以满足蒸汽冷凝要求,在地表以下30~40cm处铺设地热盘管可以满足蒸汽冷凝要求和温室加热需求。在浓水进水温度为80℃、渗透侧真空压力为-0.080MPa时,减压膜蒸馏系统产水量可以达到37.62L/h,但随着膜蒸馏系统运行时间的加长,膜污染加重,产水量逐渐降低,在系统运行了近240h以后,对膜组件进行清洗,清洗后的系统产水量比清洗前提高了近1.5倍。通过试验验证,该系统基本能够满足寒冷地区温室的使用要求。该研究对降低膜蒸馏系统能耗、解决膜蒸馏的蒸汽冷凝及相变热回收、实现RO浓水零排放、减少浓水对环境污染具有重要意义。     

日光温室顶部菲涅尔透镜的光热分离特性研究

为了进一步提高日光温室内主动蓄放热的热能利用效率,该研究在日光温室内的顶部空间,构建了基于曲面菲涅尔透镜的直散分离系统,该系统对顶部区域的空间利用率为25.8%。利用光学仿真软件对不同入射角的太阳光进行追踪,并对该曲面菲涅尔透镜在典型日条件下的接收效率和焦斑分布进行分析,得到一日内的变化规律。在直射光集热测试方面,正午时段内,该系统的集热效率可以达到45%。对比散射光环境对温室的影响,发现试验区全天光照度减小约为10%~40%。该文以主动集热土垄加温系统提升栽培土垄温度作为试验组,并与不加温对照组进行了比较。试验结果表明,系统可提高土垄温度4.5~5.0℃。连续晴天情况下,土垄加温系统的COP(coefficient of performance)为1.5~1.9。研究表明此新型温室集热方式可提高空间利用率,改善温室内光热环境,同时利用午间强直射光集热,实现太阳能综合利用。     

双热源半自动控温甜樱桃促成栽培系统设计与试验

为解决甜樱桃促成栽培产量和质量不稳定的问题,该研究根据甜樱桃促成栽培特点,研制了一种双热源半自动控温甜樱桃促成栽培系统。该系统以煤、柴为燃料的地炕式加热炉为补充加热方式,结合太阳能调控温度。通过与传统大棚比较,分析了该系统对甜樱桃栽培产量及经济效益的影响。结果表明:连续2 a应用甜樱桃促成栽培系统的大棚产量稳定在11 550 kg/hm2以上,优质果率超过80%,年经济效益比普通大棚高37%(2012年)和36%(2013年)。该系统采用半自动测控促成栽培环境,使环境因子的检测和报警实现自动化,明显降低了劳动强度,在甜樱桃促成栽培中推广应用,可取得显著经济效益。     

栽培方式与土壤水分对黄瓜产量、品质及水分利用效率的影响

以津春四号黄瓜为试验材料,研究了不同栽培方式﹝日光温室(G),遮雨棚(S)﹞及土壤水分条件﹝土壤含水率分别为田间持水量的60%~70%(W1)和90%~100%(W2)﹞对黄瓜产量、品质和水分利用效率(WUE)的影响。结果表明:(1)低水条件下,植株根冠比较大,但生物量、产量较低。耗水量随土壤含水率上升而增加,含水率较低的土壤有利于WUE提高幅度较大;日光温室内植株根冠比较小,生物量和产量高于遮雨棚;(2)较低的土壤含水率利于果实品质提高,其维生素C(Vc)、可溶性糖、可溶性蛋白质和可溶性固形物含量较高;遮雨棚内黄瓜营养品质优于日光温室内的黄瓜。