装配式主动蓄热墙体日光温室热性能分析

主动蓄热墙体日光温室作为节能日光温室的一种发展形势,具有较好的蓄放热效果,但施工速度慢、建造成本高。该文采用不同施工工艺建造装配式主动蓄热墙体,对传统主动蓄热墙体日光温室(G1)、回填装配式主动蓄热墙体日光温室(G2)、模块装配式主动蓄热墙体日光温室(G3)进行冬季室内环境测试。试验结果表明,连续晴天条件下,G1、G2、G3的夜间平均气温分别为15.2、16.0、17.3℃,连续阴天条件下,3座温室的夜间平均气温分别为11.3、12.9、13.0℃;连续31 d(2017-12-22至2018-01-21)的测试结果分析表明3座温室的气温总体表现为G3略优于G2,G3、G2均优于G1;G1、G2、G3在典型晴天蓄热体厚度分别为700~800、800~900、700~800 mm,在典型阴天蓄热体厚度分别为300~400、500~600、500~600 mm,G2、G3蓄热体厚度较G1大;G1的每平方米建筑成本为461.1元,G2、G3分别较G1降低了71.2、162.1元;运行成本表现为G1G2G3。综上,G3的空气及墙体的温度与G2差异不大,但均优于G1,可满足番茄的越冬生产。因此,装配式日光温室主动蓄热墙体的技术方案可行,且成本较低,在适宜日光温室发展的地区具有一定的推广价值。     

日光温室保温被保温性能影响因素的分析

日光温室保温被保温性能受多种因素的影响。该文采用日光温室保温被传热理论模型,针对影响保温被传热系数的主要因素进行了模拟分析。结果显示:保温被的上表面红外辐射特性对其保温性能的影响更加显著;当保温被的厚度为40~50 mm时,普通隔热材料作为保温芯材,均可满足设施园艺覆盖材料保温性能要求;保温芯材在不考虑保温被冷风渗透的情况下,当保温被的传热系数较大,上表面发射率较小时,保温被传热系数随室外风速的增大而增大;当保温被的传热系数较小,保温被上表面发射率较大,保温被的传热系数随室外风速的增大而减小。在此基础上,构建了能反映保温被传热系数与各影响因素间的关系的传热系数经验计算式。该文分析结果及成果为保温被的合理开发及应用提供了参考依据。     

装配式日光温室柔性复合墙体性能测试与分析

为解决装配式日光温室柔性墙体蓄热能力不足的问题,该研究通过在墙体内侧附加蓄热层的方式,设计了一种集蓄热、保温和防水多功能于一体的装配式柔性复合墙体。首先,通过对多种材料进行综合性能评估,筛选出优质的表层材料和保温材料,将其复合制成柔性保温墙体;其次,将水、沙子、相变水凝胶（phase change hydrogel,PCH）作为蓄热层固定在柔性保温墙体内侧,从而形成柔性复合墙体;最后,在4个模型温室中分别对墙体进行性能测试,以未附加蓄热层的柔性保温墙体为对照（CK）,分析试验墙体的蓄热和保温性能。单一墙体材料的性能测试结果表明,表层材料中镀铝编织布、黑色淋膜毡抗拉性能好且不透水,断裂强力分别为1.06、0.56 kN,断裂伸长率分别为30.99%、65.91%;保温材料中再生棉、太空棉和空气柱保温效果较好且使用成本低,热阻值分别为0.30、0.50、0.76 （m²·℃）/W。柔性复合墙体的性能测试结果表明,所有处理中5 kg/m² PCH柔性复合墙体的蓄热和保温性能最佳,热阻值为2.50 （m²·℃）/W,单位面积累计吸热量与放热量分别为1.48、1.13 MJ/m²;在典型晴天和阴天条件下,该处理的夜间室内平均温度分别比CK提高了3.08、1.87℃。上述分析结果表明,通过在柔性保温墙体内侧附加相变蓄热层的方式,能够增强墙体的蓄热和保温性能。研究结果可为今后装配式日光温室柔性复合墙体设计及材料选择提供理论依据。     

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。     

温室采用多层内覆盖保温节能效果研究

采用减小直接加热空间的温室节能措施,设计建造了试验温室,以乙烯-醋酸乙烯(EVA)膜作为水平内覆盖材料,以针织毡保温被作为温室侧墙内垂直保温覆盖材料,夜间在水源热泵加温条件下,研究了温室内增加1层水平保温覆盖、增加2层水平保温覆盖、四周侧墙内增加垂直保温覆盖对温室夜温变化的影响,以温室内外平均温差、相对节能率为指标,比较了温室不同保温措施的保温节能效果,结果表明：增加第1层水平保温覆盖可使温室内外温差提高1.9℃;增加2层水平保温覆盖可使温室内外温差再提高1.6℃;再在温室四周侧墙内增加针织毡保温被,还可使温室内外温差再提高1.7℃,与未采取附加覆盖的温室(对照)相比,3种保温措施的相对节能率分别为20.34%、31.78%、40.53%,温室3种内覆盖新增投资的静态投资收益率远高于现代农业的基准收益率。     

几种日光温室外保温覆盖材料的保温性能

文章采用绝热模型箱方法,测定了目前生产上几种日光温室外保温材料覆盖材料的传热系数Ｋ值,并进行了室外实验。以ＰＶＣ和ＰＥ薄膜为固定膜,分别加益５种材料,在室内、室 外实验中都得到相同的保温性能顺序：草苫〉复合保温被〉双层〉ＰＥ物理发泡片材〉灰色无防〉瓦楞状泡沫板,还得出Ｋ值与风速、辐射高度相关。文章认为复合保温被、双层ＰＥ发泡片材经改进后可以作为草苫的替代覆盖物。     

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。     

地坑日光温室的保温效应

探索性地开发了一种地坑日光温室,并对地坑日光温室和普通大棚的温度观测资料进行了对比分析。结果表明：地坑温室的热状况明显优于普通大棚。     

日光温室保温被卷放位置对温度环境的影响

温室保温被卷放位置影响着室内的太阳能得热及通过前屋面的散热,从而影响着温室温度。该研究以室外气象因子为模拟输入条件,分别模拟晴天、阴天不同保温被卷放位置对12 m跨度日光温室温度环境的影响。保温被卷放位置分别为保温被卷至前屋面一半与至顶2种方案。模拟结果显示：白天保温被卷至前屋面一半的室内空气温度高于保温被卷至屋顶的温度,而夜间2种方案室内空气温度差异不明显;晴天保温被卷至屋顶与卷至前屋面一半相比,可明显提高夜间墙体表面温度,但对后坡的夜间表面温度影响较小。该研究结果对温室生产中晴天、阴天保温被卷的合理放     

缀铝箔保温幕保温性能测试分析

通过测试对比,分析了缀铝箔保温幕对温室内温度变化的影响,对保温幕的节能效果进行了计算分析,发现由于采用开间间拉幕方式密封不严,系统的节能率在温室加温期间仅有２０％左右,与国外同类系统相比,存在很大差异。最后对如何改进拉幕系统,提高保温幕的节能效果提出了具体措施,对温室的温度管理模式提出了建议。     

冬季塑料大棚多重覆盖及电加热增温效果研究

对普通塑料大棚内加设中棚、小棚,再覆盖无纺布被、地膜以及用电热线加热等不同处理,沉淀了棚内冬季的温度动态变化规律。结果表明,每增加一层覆盖物,都可以提高夜间温度1～2℃,且保温效果具有累加效应,晴天白天棚内升温加快。在小棚内使用空气加热线的增温效果比单纯覆盖措施效果好。采用大棚内多层覆盖,再辅之以电热线加温,长江流域地区冬天塑料大棚内可栽培番茄等喜温作物     

温室多层覆盖传热的数值模拟与验证

为准确地掌握温室中不同材料和不同使用条件下多层覆盖的传热和保温特性,该文在前人研究的基础上建立了温室多层覆盖传热的理论模型,并开发了模拟其传热过程与计算传热量和传热系数的计算机程序,可根据覆盖材料的红外辐射特性、覆盖层构造参数以及工作环境等条件,定量分析覆盖层的传热情况,得出传热量以及传热系数的理论计算值。实测结果表明,传热量以及传热系数的理论计算值与试验测定值较为一致,表明该多层覆盖传热的理论模型具有较高的准确性。     

日光温室内传热筒与空气间的换热量及对气温的影响

为探讨热风炉加热期间日光温室内的热量分布规律,根据传热学原理,分析了日光温室加温期间热风炉传热筒与空气间的热量交换量。结果表明,距离炉体越远,日光温室传热筒外壁温度越低,并对筒外壁的递减趋势进行模拟。筒外壁与温室空气间的自然对流换热量和塑料筒放热孔与室内空气的换热量相当。塑料筒上放热孔的数量越多,其与温室空气的换热量也越大。热风炉的位置对室内气温的影响较大,热风炉所在一侧的气温要明显高于远离热风炉一侧的气温,在同一剖面内,夜间加温时气温的分布规律呈现出上部气温高于下部气温,1 m以下南侧气温高于北侧气温的趋势,1 m以上有相反的趋势。通过研究,为日光温室热风炉科学合理地安装与配置提供一定参考。     

日光温室保温被传热的理论解析及验证

为掌握日光温室保温被的传热及其保温特性,该文运用传热学理论,建立了模拟辐射、对流以及导热等形式的传热方程,在此基础上构建了日光温室保温被这类厚型覆盖材料的传热理论模型,编制了计算机程序。该模型通过对保温被内、外表面与环境间的有效辐射、投射辐射的分析,来确定辐射换热量;根据能量平衡的原理,建立了保温被表面通过对流传热、辐射传热的传热量与内部传热量之间的关系。所建立的计算方法与程序可根据覆盖材料的红外辐射特性、导热系数、覆盖层的构造参数及工作环境等条件,定量分析保温被覆盖层的传热,计算其传热量及传热系数值。试验测试结果表明,保温被的传热量及传热系数的理论计算值与试验测定值较为一致,该文的方法为保温被一类厚型覆盖材料提供了保温性定量分析评价的理论手段。     

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。     

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℃。     

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。     

日光温室保温帘揭盖时间的确定

适宜的保温帘揭盖时间对室内作物生长及温室的保温性能有很大影响,尤其对冬季温室生产影响显著。该文对冬季日光温室保温帘覆盖时间进行了理论分析和试验研究。利用保温帘揭盖前后温室能量平衡的变化及多元回归方法,推导出确定揭盖保温帘时间的数学模型,并分晴天、阴天两种典型天气展开讨论和试验,结果表明按计算所得保温帘揭盖时间达到了预期效果。     

基于灰色预测的温室地源热泵系统温度变频调控及验证

地源热泵空调系统已是一种成熟的温室温度节能控制设备,但尚有通过改变运行方式节约能源的空间。为此,针对温室温度纯滞后、非线性、强耦合难以精确建模的特点,引入灰色预测的方法对温室温度进行建模,并设计控制器对地源热泵循环泵进行变频调控。其系统是：设计引入温室温度灰色预测的控制器,根据温度预测值和设定值之差决定地源热泵循环泵的工作频率,以确保系统合理运行,降低运行能耗。由2015年1月15日和2015年1月16日的试验表明,引入灰色预测对地源热泵循环泵进行变频调控比改造前节约了24%的能源。该方法提高了循环泵的控制品质,而且在温室温度适应范围的前提下,较好地达到了节约能源的目的。     

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。