发泡水泥对日光温室黏土砖墙保温蓄热性能的改善效果

为改善老旧黏土砖墙的保温蓄热性能,使用发泡水泥对黏土砖墙进行加厚并进行了试验测试。对照温室黏土砖墙由120 mm黏土砖+100 mm聚苯板+240 mm黏土砖（从室内至室外）构成,试验温室结构、管理与对照温室相同,仅北墙采用200 mm 的发泡水泥对原有黏土砖墙进行了加厚（简称为“改造砖墙”）。通过对比分析2温室墙体在典型晴天和阴天内的温度变化,表明：在晴天夜间,黏土砖墙和改造砖墙外表面温度比室外气温分别高(2.8±0.9)和(0.8±0.2)℃,黏土砖墙和改造砖墙内表面温度比室内气温分别高(1.5±0.5)和(2.4±0.2)℃。在阴天,黏土砖墙全天内表面温度全天低于室内气温,而改造砖墙内表面温度在17：30－次日08：00期间较室内气温高(0.3±0.2)℃。因此,采用发泡水泥加厚黏土砖墙不仅可减少墙体热损失,还能增加墙体夜间散热量。     

屋顶全开启型Venlo式温室的采光性能

不同天气（晴天和阴天）和开窗比例条件下,对屋顶全开启型Venlo式温室(温室A)白天室内、外光合有效辐射量子通量密度（PAR）进行测试。以屋顶通风窗型Venlo式温室为对照（温室B）,研究屋顶全开启型Venlo式温室的采光性能。结果表明：屋顶全开启型Venlo式温室在晴天条件下的平均透光率为53.7%,阴天条件下为52.1%,均高于对照。且屋顶全开启型Venlo式温室的透光率随着（屋面）天窗开启比例的增加而提高,而对照透光率无明显变化,表明开启的天窗减少了对太阳辐射的阻挡,提高了温室透光率。同时,屋顶全开启型Venlo式温室晴天条件下PAR分布均匀度均值为0.893,阴天条件下为0.916,均低于对照。不同天气条件下,随着天窗开启比例的增加,屋顶全开启型Venlo式温室PAR分布均匀度不断降低,而对照无明显变化,且屋顶全开启型Venlo式温室在晴天条件下PAR分布均匀度变幅大于阴天,表明开启的天窗集中阻挡了温室天沟附近太阳辐射的直射,从而导致其PAR分布均匀度较低。     

墙体材料对日光温室温度环境影响的CFD模拟

日光温室墙体材料影响温室的蓄热保温性能。该研究以室外气象因子为模拟输入条件,分别对复合墙、全砖墙及全苯板墙的12 m跨度日光温室的温度环境进行了模拟,复合墙、全砖墙内的温度分布变化与以往的测试结果一致。以2004年2月18日实测的气候条件为输入条件,模拟得到复合墙温室温度超过全砖墙温室温度最大值为0.8℃,复合墙温室夜间室温超过全苯板墙温室温度最大值为1℃。早晨揭帘前,复合墙中隔热层以内的砖墙及部分隔热层成为放热体,砖墙中靠近室内近1/3的墙体温度高于室内空气温度,而全苯板墙只有内表面附近略高于室内空气温度。白天复合墙、全砖墙及全苯板墙温度均低于室内空气温度,均为吸热体。采用日光温室温度环境动态模拟模型,可以预测不同温室墙体可能形成的室内温度状况,并且根据不同墙体内温度分布,可优选温室墙体结构。     

日光温室聚苯乙烯型砖复合墙保温蓄热性能

为研究聚苯乙烯型砖复合墙的保温蓄热特性,对聚苯乙烯型砖复合墙日光温室的室内外气温,后墙表面太阳辐射照度及其内部温度进行了测试分析。聚苯乙烯型砖复合墙由24 cm填充混凝土聚苯乙烯型砖、45 cm填土和5 cm混凝土板复合而成。测试结果表明,聚苯乙烯型砖复合墙内表面温度在阴天和晴天保温被闭合期间分别较室内气温高(2.5±0.2)℃和(5.4±1.4)℃。该墙体在阴天和晴天的放热区域分别为17 cm和30 cm,低于填土与混凝土板的厚度。填充混凝土聚苯乙烯型砖的热阻达到了2.93 m2 K/W,是当地日光温室后墙低限热阻的2倍。该结果表明聚苯乙烯型砖复合墙填土厚度及聚苯乙烯型砖热阻可满足墙体放热及保温的需求。另外,模拟结果表明,在同等室内外气温和墙体内表面太阳辐射的条件下,聚苯乙烯型砖复合墙在晴天和阴天保温被闭合期间的内表面温度与黏土砖夹心墙(24 cm黏土砖+10 cm聚苯板+24 cm黏土砖)相近。因此,聚苯乙烯型砖复合墙体保温蓄热性能良好,可用于取代黏土砖夹心墙。     

热阻帘在日光温室墙体热量释放调节中的应用初报

日光温室昼夜温差大,北墙作为主要蓄热体对温室夜间温度调节具有重要影响。冬季凌晨时段日光温室内空气温度较低,对作物生长不利,针对这一现象本文提出在日光温室北墙内侧使用"热阻帘"以延迟墙体热量释放的时间、从而提高凌晨低温时段室内空气温度的方法。通过在北京地区冬季的试验证明,夜间热阻帘覆盖墙体内表面时(晴天16∶00-4∶00,阴天16∶00-3∶00)试验温室墙体内表面热通量比对照温室分别减小38.5%、38.9%,热阻帘卷起后的时段内(晴天4∶00-8∶30,阴天3∶00-8∶30)墙体内表面热通量比对照温室分别增大7.2%、13.5%,在此低温时段内试验温室跨中空气温度比对照温室高0.28~0.32℃。     

密闭遮光型甲鱼温室热环境模拟与试验

为了预测和评价密闭遮光型甲鱼温室的湿热环境,构建了甲鱼温室湿热环境的一维传热理论模型。采用欧拉数值计算方法求解甲鱼温室的传热方程组,编制了基于Matlab的计算机程序,根据屋顶材料的热传导系数、屋顶的红外辐射特性、温室的结构参数、温室热量输入与气象参数等条件,模拟甲鱼温室传热过程,该模型可以获得甲鱼温室任意时刻的屋顶内外表面温度、室内温湿度、养殖水体温度以及热流量等数据信息,可为甲鱼温室的湿热环境综合分析提供依据。通过建立相应试验方案对模型结果进行验证,实测结果表明,屋顶外表面、内表面模拟温度与实测温度平均误差为1.96和0.9℃,养殖水体与室内空气模拟温度与实测温度平均误差为0.32与1.3℃,室内相对湿度模拟与实测平均误差为3%。模型的理论计算值与试验测定值较为一致,表明甲鱼温室的一维传热理论模型具有较高的准确性。     

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。     

日光温室后墙蓄放热帘增温效果的性能测试

为了增加日光温室有效蓄热量,改善日光温室夜间温度环境,保障作物安全越冬,该文设计了一种以日光温室后墙为结构支撑的温室蓄放热帘增温系统,白天利用该系统的集放热板吸收太阳辐射热,并通过水介质将热量储存于蓄热水池中;夜晚通过水介质的循环将蓄积的热量释放到温室中,以提高夜晚温室内空气温度。试验结果表明：晴天时应用温室蓄放热帘增温系统能将温室夜间平均气温提高4.6℃,阴天时能提高温室夜间平均气温4.5℃;试验期间当室外最低气温为-12.5℃时,对照温室最低气温仅为5.4℃,而试验温室最低气温为10.1℃;该系统在阴天平均集热效率为42.3%,在晴天时平均集热效率为57.7%;与电加热方式相比该系统的节能率达到51.1%以上。     

复合相变储能保温砂浆在日光温室中的应用效果

为改善日光温室内作物生长的热环境,该文研制了一种适用于日光温室的石膏基石蜡/膨胀珍珠岩复合相变储能保温砂浆,其相变温度为25.6℃,相变潜热为89.8 k J/kg。并将50 mm的复合相变保温砂浆用于砖墙日光温室的后墙作为试验温室,与无相变材料的原砖墙温室(即对照温室)进行对比试验。在试验周期内,试验温室的室内日最低温度比对照温室平均高出1.5℃,最高可达2.4℃;其中,阴天试验温室的室内温度比对照温室平均高1.6℃;晴天试验温室的室内最高温度比对照温室低1.7℃,室内最大温差比对照温室低3.1℃,夜间(17:00-次日8:00)试验温室室温比对照温室平均高2.7℃;多云期间,试验温室的室内最高温比对照温室低1.4℃,最大温差比对照温室低3.5℃,夜间试验温室室温比对照温室平均高2.3℃;在相同栽培管理条件下,生长旺盛期和坐果期,试验温室的黄瓜植株高度比对照温室分别平均高出17.1和24.6 cm,试验温室内黄瓜的单果质量和单株结果数分别为对照温室的1.4倍和1.3倍,单株产量为对照温室的1.8倍。试验结果表明,复合相变储能保温砂浆具有良好的保温和蓄、放热效果,对日光温室内的热环境具有明显的改善效果,使其更适于黄瓜的生长。     

日光温室墙体与地面吸放热量测定分析

为研究日光温室土质后墙与地面对室内的放热情况,测定了晴、阴天气条件下土质后墙和地面的表面温度及热通量。结果表明,单位面积墙体与地面各自的放热量与室内太阳辐射密切相关,晴天夜间单位面积墙体放热量为 1.90 MJ/m2,地面放热量为1.36 MJ/m2,而阴天夜间单位面积墙体放热量为0.76 MJ/m2,地面放热量为1.34 MJ/m2。对于单位面积墙体和地面而言晴天墙体放热量大于地面,阴天地面放热量大于墙体,无论晴天与阴天地面全天放热总量总是大于墙体释放总量,且地面对周期热量变化的缓冲大于墙体。     

日光温室前屋面支撑位置对实腹式骨架安全性的影响

为掌握日光温室前屋面支撑点设置位置对骨架结构安全性的影响规律,获得最佳支撑点位置设置区域,该研究以北京地区为例,选取8、9、10 m三种常见跨度的日光温室为研究对象,依据相关设计规范提出了3种跨度日光温室的建筑剖面并确定了荷载作用形式。假定在日光温室前屋面骨架设置一个支撑点,并且支撑点位置可以沿着前屋面骨架以每隔一段相对固定的距离(约为50 cm)进行变化,运用MIDAS-Gen软件分别计算对应的49种支撑工况、255种荷载组合下温室前屋面骨架的宽厚比、挠度和应力比系数等强度及稳定性指标。计算发现,在不同支撑工况和荷载组合下,分别选取70mm×50mm×2.0 mm、80 mm×60 mm×2.0 mm、90 mm×60 mm×2.0 mm作为8、9、10 m跨日光温室的实腹式主拱架截面,对应的拱杆宽厚比为33、38、43,挠度值最大为15.13、14.69、18.5mm,均满足规范要求。温室前屋面支撑点位置变化对骨架安全性产生显著的影响,挠度变形、应力比系数随支撑点位置的变化规律均呈现出"孤峰型"曲线特征,且3种跨度温室的曲线规律基本一致,在峰值附近是最佳的支撑设置区域,其中8、9、10 m跨日光温室相对于前屋面投影的最佳相对支撑位置分别为51%、72%和71%,在此位置区域内增加支撑可降低日光温室拱杆应力,减小挠度值。研究结果可为指导日光温室应急防灾、实腹式骨架系统研发等提供参考。     

南疆生产建设兵团日光温室建造中的主要技术问题调查分析

南疆具有较好的光热资源,是生产建设兵团(简称兵团)发展日光温室的主要区域和现代农业发展结构调整、方式转变实施的重点,但南疆日光温室大多由我国其他地区引进,温室的适宜性和针对性不强,存在的技术问题较多,尤其是建造技术方面,在当前快速发展的形势下,亟待研究、总结,以避免建设中出现新问题。通过选择南疆兵团4个师、40余个团场中50栋以上连片规模的日光温室项目进行调研,比较不同类型建造方式的环境调控效果和生产效果,对相关建造参数和技术措施进行针对性的研究测算。发现在总体造型设计、结构布置、构件设计、围护结构构造等方面,都存在一些突出的共性问题,诸如前屋面角偏小、骨架变形大等,造成了日光温室建设成本的浪费和功能缺陷。南疆兵团日光温室需要在建造技术研发推广、总体参数确定、后墙设计、骨架布置、后坡设置等方面加以改进,按照气候特征和作物需求,针对性的确定温室总体尺寸及结构形式;在新型日光温室引进方面要科学慎重;该文梳理出的问题在我国北方地区也很普遍,具有很好的典型性和代表性,完善南疆日光温室性能指标体系、揭示技术研究方向和重点,对新疆乃至中国北方部分地区日光温室的建造也有很强的指导意义。     

考虑薄膜积灰的日光温室前屋面采光效率模型构建及应用

为确定自然环境下日光温室前屋面的采光效率,通过实测数据获得杨凌地区冬季长时间无雨状态下棚膜表面的灰尘积累分布情况以及不同太阳入射角及积灰程度下的棚膜透光率,构建了积灰分布模型及棚膜透光率衰减模型,在此基础上结合太阳入射角计算模型,采用MATLAB作为开发工具编写日光温室前屋面透光率的计算程序。通过输入温室地理坐标、日期时间、采光面曲线形状、朝向、棚膜材料种类,模拟出采光面上的透光率,并在杨凌地区对模型进行验证与应用。结果表明:同时考虑灰尘和太阳入射角的影响,建立的透光率模型与实测值的模拟精度较高,3个测点的模型计算值与实测值平均绝对误差分别为0.90%、2.13%和2.02%;以杨凌冬至日高采光效率为设计目标,将距温室前屋面底端0.8 m处的点作为控制点,确定2种曲线形状的温室,其前屋面控制点高度分别为0.6和0.8 m;朝向为南偏西5°时,在冬至日正午前后2h内,采光面的太阳入射角处于合理采光角范围内,采光效率较高;在弱光低温的冬季,为保障温室内较高的光照强度,建议选用的前屋面覆盖材料为白色PO膜。该研究可为日光温室棚膜表面采光效率的计算及采光面结构的设计优化提供依据。     

日光温室后屋面投影宽度与墙体高度优化

关于日光温室合理的后屋面投影宽度、墙体高度一直存在争议。该文根据不同日期太阳直射光线在日光温室后墙上的投影高度变化,要求当室外最低温度低于0℃时,保证在中午前后4 h(10:00-14:00)内至少有一部分后墙能接受太阳光直射为条件,得出不同纬度地区日光温室墙体接受太阳光直射的合理时期,并据此得出日光温室后屋面投影宽度、墙体高度的计算方法。利用该方法对中国不同结构类型的日光温室后屋面投影宽度、墙体高度进行计算分析,结果显示后屋面投影宽度占跨度的比例为0.04~0.23,其中纬度位于34°~38°之间的西北地区日光温室后屋面投影宽度占跨度的比例最小,为0.04~0.11。该方法计算结果与典型日光温室结构参数吻合,具有可行性,可为中国日光温室的优化设计提供理论指导。     

Venlo型温室外遮阳和屋顶喷淋系统夏季降温效果

该文对荷兰Venlo型连栋温室夏季采用自然通风并结合遮阳网、室外屋顶喷淋的降温效果进行了实验研究。实验中对温室内空气温、湿度,太阳辐照度进行了测试,以比较外遮阳和屋顶喷淋的降温效果。结果表明:Venlo型温室夏季采用自然通风结合外遮阳和屋顶喷淋的降温措施后能够有效降低室内温度。不同于其它蒸发降温系统,屋顶喷淋没有造成温室内湿度的显著增加,室内的温度和湿度分布比较均匀。这种降温措施的能耗小,可以达到温室降温和降低温室夏季生产成本的双重目的     

保温被投影对塑料大棚室内光环境及番茄生长性能的影响

保温塑料大棚屋顶保温被夜间有助于减少室内热量流失,但其白天会在室内形成一条阴影带,为了探明室内阴影带的变化以及其对番茄生长发育的影响规律,以陕西杨凌地区18 m跨度非对称保温塑料大棚为试验对象,计算分析了室内栽培区阴影带在一年中的变化规律,同时测试了北屋面水平投影区域和南屋面水平投影区域的太阳辐射,研究不同栽培区域番茄株高、茎粗、叶片光合参数以及番茄单株产量的差异。结果表明:1)与南屋面水平投影区域相比,北屋面水平投影区域晴天、阴天分别有38.9%、27.9%的太阳辐射被遮挡;2)全年北屋面水平投影区域有阴影的天数为231 d,最大遮荫面积可达146.8 m~2,占总栽培区域面积的13.2%;3)南屋面水平投影区域番茄叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率以及水分利用率显著(P0.01)高于北屋面水平投影区域,平均单株产量要比北屋面水平投影区域高29.5%。总的来说,保温被投影降低了室内北侧栽培区域的太阳辐射,同时也降低了番茄的光合特性及产量,这为优化保温塑料大棚结构参数设计提供了更为深入的理论基础。     

日光温室地源热泵供暖碳足迹的生命周期分析

为分析日光温室地源热泵供暖的碳足迹,该文以日光温室地源热泵供暖系统中浅层地热能的存储、提取、制冷压缩提升和温室末端供暖整个过程为研究对象,对系统的温室气体排放和单位温室供暖面积的排放水平进行分析,构建基于生命周期分析LCA(life cycle assessment)的日光温室地源热泵供暖碳足迹分析方法。同时以北京地区日光温室地源热泵系统冬季供暖采集的试验数据为依据,分析和计算出北京地区日光温室在采用燃煤和燃气2种不同发电方式下地源热泵系统的供暖碳足迹和基于20 a和100 a温室地源热泵供暖碳足迹的全球变化潜能(global warming potential,GWP,单位为二氧化碳当量排放-CO2-eq.)的变化。研究表明,在北京地区采用燃煤和燃气驱动地源热泵系统的碳足迹GWP分别为257和72 g/(m2·d)。基于100 a的GWP总量比20 a的计算值分别减少了1.6%和5.4%。对比荷兰Venlo型温室天然气供暖,该研究中采用燃煤发电驱动日光温室地源热泵供暖的碳足迹是其1.39倍,而燃气发电驱动日光温室地源热泵供暖的碳足迹仅为Venlo型温室供暖的41%。采用燃气发电驱动的地源热泵供暖系统具有更低的碳足迹。     

用云遮系数法计算日光温室内太阳辐射

由于测量日光温室墙体、后屋面的太阳辐射不方便，从而使不同天气条件下墙体的传热机制分析以及室内温度的预测较为困难。该文应用云遮系数法，计算了不同云量天气条件下到达日光温室内外地面太阳辐射通量密度，并进行了计算值与实测值相关性分析检验，结果表明：在已知云量的条件下，可以运用云遮系数法计算日光温室内地面、墙体和后屋面太阳辐照度。     

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。     

防虫网对节能日光温室通风性能影响的研究

自然通风是决定日光节能温室质能平衡和调节微生态环境平衡的重要因素。为了提高节能日光温室的环境管理和结构设计水平,有必要研究防虫网对日光温室通风性能的影响,以提高日光温室的绿色产品生产率。因此,运用气体衰减示踪技术和数理统计理论,研究了日光温室不同形式通风机构的通风性能。试验研究表明在通风口处装设防虫网会显著地减少日光温室的通风率,有时可高达50%。研究还表明,无论装设有无防虫网,卷膜通风机构比拉膜(推膜)通风机构都具有较大的通风率,有时前者是后者的1.4倍左右。