节能型日光温室智能加温控制系统设计

在北方冬季节能型日光温室生产中常出现极端低温天气,气温低于作物致死温度,导致温室作物大幅减产甚至绝收。为精准调控温室温度,降低低温带来的损失,本研究设计了一套日光温室智能加温控制系统,其硬件设备由感知模块、主控模块、通讯模块、伺服模块、执行设备组成。系统实现了日光温室温度环境的智能控制,可自动采集温室内气温数据,并根据主控模块内设置的加温控制阈值实现温度执行设备的自动开关,同时可通过Android远程客户端进行数据查看及执行设备状态控制。系统应用与验证结果表明:二代砖墙日光温室最低温度维持6~8℃,则系统日开启时间需4.9h,日资金投入146元;维持10~12℃,则系统日开启时间6.1h,日资金投入194元。应用过程中系统性能稳定,实现了温度环境的精细化、无人值守智能调控,夜间加温效果良好。     

日光温室空气余热热泵加温系统应用效果

中国日光温室是低碳节能设施结构类型的代表,但昼夜能量分布极不平衡,白天室内热量富余,而夜间低温高湿,冷害、病虫害时有发生。为实现日光温室内热量在时间、空间上的转移,以提高空气热能利用效率,提升日光温室抵御低温能力,设计了一套日光温室空气余热热泵加温系统。白天适时运行系统,将日光温室内富余空气热能泵取并储存于蓄热水池中;夜间室内气温较低时,首先开启风机和水泵,以对流换热方式通过表冷器直接散热;当蓄热水池水温降至一定温度,逆向运行热泵系统强制放热;此外,在连阴天及极端低温天气条件下,可开启风机与翅片式电加热对温室进行应急加温。对加温系统的应用效果进行试验,试验结果表明：与对照温室相比,系统运行期间,试验温室夜间平均气温高出2.8～4.4℃,相对湿度降低8.0%～11.5%;白天平均气温降低3.7～5.2℃,相对湿度降低12.3%～16.5%。系统不仅夜间加温、降湿效果显著,同时白天降温、除湿效果显著。系统白天集热功率为12.5～16.4 kW,制热性能系数为3.3～4.2;夜间表冷器散热阶段系统放热功率为9.3～10.3 kW,性能系数为6.6～7.4;逆向运行热泵强制放热阶段系统性能系数为3.8～4.1。加温周期内系统集、放热过程始终处于制热工况,整体性能系数达2.7,节能效果显著。该研究为日光温室夜间节能加温提供了新思路。     

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。     

中国节能型日光温室建筑与环境研究进展

综述了近几年来中国节能型日光温室的产生与演化发展概况,详述了该类温室在建筑结构、光热环境和气候适应性等方面的研究进展与取得的一系列成果,提出了今后进一步加强研究的方向。     

LED补光和根区加温对日光温室起垄内嵌式基质栽培甜椒生长及产量的影响

田间条件下采用起垄内嵌式基质栽培(soil ridged substrate-embedded cultivation,SRSC)方法,研究了日光温室LED冠层补光和电热线根区加温对甜椒生长和产量的影响。该试验设不加温不补光对照(CK)、根区加温15℃处理(T15)、根区加温18℃处理(T18)、单一补光处理(L)、根区加温15℃+补光处理(T15+L)、根区加温18℃+补光处理(T18+L),共6个处理。结果表明,与对照相比,根区加温均能提高SRSC甜椒根区的温度,但根区温度仍呈现出随环境温度变化而变化的趋势,T18的根区全天保持较高温度。根区热通量的变化与根区温度变化相对应,T15和T18处理的根区热通量昼夜变化较CK剧烈,其根区侧面白天向内传热滞后,晚间侧面向外传热提前,传递量增加;根区垂直方向白天向内传热滞后,传递量减少,晚间垂直向外传热提前,但传递量增加。T15和T18均显著提高了甜椒的株高、冠层厚度和冠层直径,且T18比T15效果更明显。T15对甜椒的地上及地下干鲜重没有显著的提升作用,而T18的提升效果显著。根区加温补光处理的甜椒生物量普遍高于单一根区加温或补光处理,其中T18+L处理提升效果显著优于T15+L处理。T15、T18和L相对CK均提高了甜椒单产,单产分别提高30.74%、53.0%和14.81%。而根区加温和LED补光协同作用比单一的根区加温或冠层补光都能表现更好的增产效果,T15+L和T18+L分别比T15和T18的产量分别提升32.86%和15.50%,分别比L产量提升51.29%和53.87%。总之,根区加温与LED补光是日光温室甜椒增产有效的调控措施,两者在增加单株产量上存在显著的协同效应,二者共同作用比单一作用效果更加明显,且根区加温对甜椒生长和产量的促进效果比冠层补光更加显著,在实际生产中具有重要的指导意义。     

中国节能型日光温室的理论和实践(英文)

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。     

日光温室低温寡照灾害监测预警系统设计

根据多年日光温室气象生态观测资料,总结了温室黄瓜和番茄低温寡照灾害指标,结合远程环境监控技术,建立了日光温室低温寡照灾害的监测预警系统,并在河北日光温室蔬菜生产中进行了测试和初步应用。结果表明,该系统可对低温寡照所发生的范围及强度等进行动态监测预警,并可通过自动生成word文档形式提供信息服务,在灾害诊断预警中具有较好的应用前景。     

天水节能型日光温室气候适应性及对策研究

通过试验观测得出：天水节能型日光温室作物生产季的平均气温为13．3—16．6℃，0—20cm地温为13．1—17．0℃，相对湿度为69％．89％。全年光、温条件最差的1月其温室平均气温为8．9℃(8—9时)-17．2℃(13—14时)，地温为11．2℃(9-10时)．14．5℃(17-18时)；冬至前后一整月日平均光照强度2．33万Lux。晴天条件下，温室气候基本能够满足喜温蔬菜作物对气象条件的需求。根据对不同天气类型温室气象条件分析，并结合生产季温室作物光温生产潜力的估算，基本掌握了温室生产季不利的天气和气候因素，并提出了相应的管理措施，为天水节能型日光温室发展提供科学依据。     

日光温室设计荷载探讨

在分析比较国外关于温室建筑的荷载规范基础上,针对中国北方日光温室的发展与各地对作用荷载的选取情况,进行了较深入的探讨,提出了一套适宜北方日光温室采用的设计荷载取值方法及其组合原理,以供设计人员参考。     

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。     

现场总线与温室智能控制的设计方案

介绍了现场总线的特点、种类及其国际标准发展情况,分析了国内外发展现状,阐述了其在温室智能控制方面的意义以及应采取的对策,给出了实现温室智能控制硬件结构的详细设计,包括系统的总体设计,主站接口板卡、智能变送器、智能控制器的设计等     

一种基于单片机的温室控制系统的设计

温室控制技术是现代农业技术研究的重要内容,通过控制系统对温室内外环境数据的监测,结合作物生长发育的规律,控制相关设备自动运行,实现对温室环境要素的调控,达到减少工作量,使农作物优质、增产、增收的目的。研究的温室控制系统硬件采用了高性能32位ARM系列微控制器LPC2132,先进的温湿度、光照、CO2传感器和LCD显示模块,软件设计采用了实时多任务操作系统,保证了系统的实时性和可靠性。该系统使用方便,成本低廉,易于实现。     

有立柱钢管骨架日光温室的结构优化

采用黄金分割法,建立了有柱式钢管骨架日光温室前屋面骨架的内力分析优化模型。通过对7类常用曲线的分析,提出抛物线型是日光温室最理想的受力曲面。     

日光温室前屋面采光性能的优化

应用网格优化理论,以透光量为目标函数,对日光温室前屋面的几何特性进行了优化分析,并通过实例分析,证明了该优化方法的可靠性。     

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。     

基于主成分回归的日光温室内低温预测模型

利用2010/2011年度冬季日光温室内小气候观测资料对冬季日光温室内温度变化特征进行分析,并结合温室外温度以及用云遮系数法和风级风速转换方法得到的室外总云量和最大风速,采用主成分回归分析法建模,以对日光温室内日最低气温进行预报.结果表明,(1)通过云遮系数法和风速风级转化标准模拟的室外总云量和最大风速误差较小.(2)日光温室内最低气温与温室内前一天的各小气候要素有较好的相关性,此外,温室内外各气象要素之间也存在显著的相关性.(3)主成分回归提取了温室内小气候要素主成分、温室外天气状况与温度主成分、风速主成分3个主要因子.建立的日光温室内最低气温预报模型,其复相关系数为0.857,并通过显著性检验.(4)利用2011/2012年冬季温室资料对低温预报模型进行检验,预测值与实际值之间的平均绝对误差小于1℃,平均相对误差在13％以内,整个冬季的均方根误差为1.1℃.说明所建日光温室内低温预报模型有较高的精度,能够满足温室内最低温度的预测需求.     

日光温室环境参数智能化监测管理系统的研制

该系统运用传感器技术、自动检测技术、通讯技术和微型计算机技术，实现对日光温室温度、湿度、光照度、CO₂浓度的监测管理，特别是实现了CO₂浓度的低成本测量。该系统由便携式温室环境参数测量仪、数据综合管理系统及专家决策与咨询系统三部分构成。测量仪以89C52单片机为核心，完成环境参数的采集、存储、模糊处理等。PC机由RS232接口与测量仪通讯，以其数据综合管理系统，实现对温室环境参数数据的显示、存储、查询、统计等。专家决策与咨询系统，给出不同时期作物生长所需要的最佳环境参数，并且依据此最佳参数对实时测得数据进行模糊处理，提出合理的调整方案，实现了温室的智能化管理。     

温室系统生态位智能控制方法研究

温室系统的控制受多种因素的影响,具有高度的非线性和时变性,是带约束的组合优化问题。一般温室的控制主要就温度进行设计,该文鉴于营造一个温室内物种生长的最适生态环境,提出以最佳生态位为标准的跟踪反馈控制,并利用遗传算法实现最佳生态系统的模糊控制设计。仿真结果表明该方法能实现作物对生态环境的整体适应性     

日光温室主动蓄放热系统应用效果研究

针对日光温室冬季夜晚温度低、作物易发生冷害等问题,设计了以水为蓄热介质的主动蓄放热系统.系统由集/放热装置、储热装置和控制装置等组成.白天进行太阳辐射热的吸收与储存,夜晚释放热量用于温室增温.试验结果表明,晴天条件下,主动蓄放热系统的集热功率为0.3kW/m2,蓄热量为6.9MJ/m2;夜间放热功率为0.2kW/m2,放热量为5.7MJ/m2,热利用效率为0.83,试验温室与对照温室的平均气温相差6.3℃;阴天及多云天气条件下,试验温室与对照温室的夜间平均气温相差4.6℃,表明主动蓄放热系统能有效改善日光温室夜间低温状况,进而保障蔬菜安全越冬生产.