多层覆盖连栋温室热环境模型构建

建立了多层覆盖连栋温室的温、湿度动态机理模型，定量描述了温室内的对流换热、土壤热传导、太阳辐射、长波热辐射、植物蒸腾、地面蒸发、水汽凝结、机械通风和自然通风等物理过程，根据质能平衡原理，对覆盖材料、室内空气、作物、土壤等建立了质能平衡方程。在给定的边界条件下，通过求解质能平衡方程，可求得室内温、湿度和各组成部分如覆盖材料、土壤、植物等的温度以及各部分间的能流、蒸汽流密度。利用有效辐射的概念，推导出了内外遮阳幕、内外覆盖材料、作物冠层、地表、室外天空之间的辐射热交换计算方法。利用压力分布法，推导出了具有顶窗、侧窗和湿垫等多个通风口时的风压和热压通风量计算式。与其他研究者提出的温室环境模型相比，本模型具有更为广泛的适用性。     

温室环境自动检测系统

温室环境是温室内作物生长的先决条件。目前我国温室环境的管理大部分是靠人工根据经验进行的，从而降低了作物生产的质量，因此温室环境的自动检测和控制是急需解决的课题。文中研究提出的温室自动检测系统，采用了专家系统指导下的实时处理方法，可及时方便地向用户提供技术指导和技术咨询服务，建立了友好的人机界面。     

温室环境自动检测系统

温室环境是温室内作物生长的先决条件。目前我国温室环境的管理大部分是靠人工根据经验进行的，从而降低了作物生产的质量，因此温室环境的自动检测和控制是急需解决的课题。文中研究提出的温室自动检测系统，采用了专家系统指导下的实时处理方法，可及时方便地向用户提供技术指导和技术咨询服务，建立了友好的人机界面。     

连栋温室地中热交换系统贮热加温的试验

为解决连栋温室冬季能耗大、费用高的问题,进行了采用地中热交换系统部分代替燃煤的贮热加温试验。测定了空气和管道周围土壤贮、放热前后的温度等参数变化,系统在夜间加温能力可达加温热流量６０Ｗ／ｍ^２,可有效保证夜间室内气温高于室外１１℃以上。     

日光温室的热环境理论模型

该文考察了日光温室各部件的湿热平衡，建立、求解并验证数学模型，证明了模型的准确性。分析表明，室内气温主要受室外太阳辐射的影响，而室外气温只具有次要的作用；温室后墙对保证温室热环境具有重要作用，而且其夜间的作用大于白天；随着保温性能的提高，温室的热环境得到稳定改善，特别是当使用透光保温合一型材料时，温室的热环境得到更大的改善。     

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。     

主动蓄放热加热基质与加热空气温室增温效果对比

为进一步提高日光温室内主动蓄放热热能的利用效率,该文以主动蓄放热加热基质系统(active heat storage-release substrate warming system,AHSSWS)提升栽培基质温度作为试验组,以主动蓄放热加热空气系统(active heat storage-release air warming system,AHSAWS)提升夜间气温处理作为对照组,比较了2种加温方式对基质温度、室内气温及番茄生长、产量的影响,并对2个系统的能量收支情况、设备投入、运行成本进行了比较。试验结果表明,相比主动蓄放热加热空气系统,主动蓄放热加热基质系统可提高基质温度2.5~5.3℃;与加热空气相比,加热基质处理可提高番茄株高及产量(增产43%)。连续晴天情况下,主动蓄放热加热基质系统的COP(coefficient of performance)为1.5~1.9,主动蓄放热加热空气系统的COP为3.0~4.0;连续阴天情况下,主动蓄放热加热基质系统的COP为0.5~0.9,主动蓄放热加热空气系统的COP为1.0~2.2。相对于主动蓄放热加热空气系统,主动蓄放热加热基质系统的集热效率、节能率、平均COP略低;但试验组的单位产量耗能量为0.7 k J/kg,低于对照组的单位产量耗能量(1.0 k J/kg),从单产能耗角度来讲,主动蓄放热加热基质系统更具优势,因此可根据番茄销售价格及当地电价来选择相应的加温系统。该文研究结果为主动蓄放热热能的高效利用以及主动蓄放热加热基质系统在日光温室冬春季番茄加温栽培应用提供了理论依据。     

加热光纤法同步测定土壤水热参数误差分析

土壤水热参数是研究土壤水热传输的基本物理参数。当前热脉冲探针法（HPP）可同步测定土壤水热参数,但该方法仅限于在点尺度下测定。与其具有相同理论基础的加热光纤法（SPHP-DTS）,可将测定尺度增大至田间千米尺度,但其测定精度尚未得到有效验证。为了探知SPHP-DTS法的误差,本研究进行了SPHP-DTS法与HPP法测定土壤水热参数的对比试验。结果表明,以HPP为标准,加热光纤法测定热导率的精度RMSE为0.13 W?m-1?℃-1。SPHP-DTS法测定的热导率显著高于HPP法,主要原因在于加热光纤时产生的温度效应。通过热导率法测定土壤含水率时,在热导率测定误差的影响下,SPHP-DTS法的测定精度明显低于HPP法。SPHP-DTS法测定土壤水热参数的其他误差来源包括光纤与土壤之间多个界面的接触热阻、光纤的温度敏感性、噪音干扰以及温度梯度驱动下的水分迁移。本研究可为SPHP-DTS法提升土壤水热参数测定精度提供理论参考。     

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。     

大跨度保温型温室的热环境模拟

大跨度保温型温室为拱型钢骨架结构,南北走向,相邻温室间距仅2m,相比于传统日光温室土地利用率提高到91%,且仍具有日光温室节能的特点。为分析和评价该温室的蓄热保温性能,基于温室热传导、对流换热、太阳辐射、天空辐射、作物蒸腾、自然通风等热物理过程,构建了温室内热环境变化模型,并利用Matlab软件对其进行求解,模拟在冬季连续4个典型工作日无加温条件下,每10min的室内空气温度和作物根区温度,并将模拟值与实测值进行对比分析。结果表明,模型对大跨度温室内空气温度模拟的平均绝对误差在±1.3℃之内,模拟值与实测值间直线方程的决定系数（R2）为0.99（n=576）,回归估计标准误差（RMSE）和相对误差（RE）分别为1.6℃和16.4%;作物根区温度实测值与模拟值的绝对误差在±0.6℃之内,直线方程的R2为0.91（n=576）,RMSE和RE分别为0.76℃和6.7%。模型模拟值与实测值较为一致,可为温室环境精准调控和结构优化设计提供理论依据。     

地源热泵—地板散热系统在温室冬季供暖中的应用

针对浅层地能低品位的特点,在中国农业科学院Venlo型试验温室内设计建造了一套地源热泵与地板散热方式相结合的供暖系统,并对加热效果进行了试验,结果表明:温室内垂直方向的气温随着高度的增加而下降,水平方向气温分布均匀,温度分布有利于植物的生长。整套地源热泵系统的实际制热系数COP值达到3.14,与燃煤锅炉相比节能36.3%,节能效果明显。     

太阳能地板采暖系统

由清华大学建筑学院设计的清华阳光公司办公楼建筑中,搭建了约170 m2的全玻璃U型管式太阳能集热系统,以供约640 m2的室内(包括展厅、多功能厅及门厅)地板采暖。该地板采暖系统采用自行开发的计算机智能监控系统,实现一系列数据采集和远程访问。至今该系统运行正常,效果良好。     

日光温室热环境模拟模型的构建

该文建立了日光温室热环境模拟模型,定量描述了日光温室内的太阳辐射、对流换热、辐射换热、热传导、自然通风和水分相变带来的潜热对日光温室热环境的影响,根据质能平衡和传热学理论,得到一组关于覆盖物、室内空气、温室分层后墙、分层地面土壤、分层后坡和作物热平衡的微分方程组。利用MATLAB的强大计算能力与VB的良好用户界面建立模拟计算软件,可求得温室各组成部分的温度。通过试验验证,该模型能够比较准确预测日光温室环境温度。     

节能温室太阳能土壤蓄热加温系统的研究

为了改善节能温室冬天植物栽培生产地温低，严重影响植物生长发育，影响温室生产产量和品质的问题。以数学模拟和回归实验相结合的方法，研究了温室土壤的太阳能蓄热加温系统。研究结果表明：系统能有效的提高地温，减少地温的变化幅度；在以加热管形成的浅层土壤温度层和以蓄热管形成的深层土壤温度层之间具有一个过渡层，和其它层不一样， 这个过渡层的温度是不随时间变化的；以SAS软件拟合的非线性方程为基础的土壤温度场的数学模型的模拟结果与实验结果吻合较好；选用差分法计算的土壤热扩散率精确度高，符合实验及生产实际要求；由温室热平衡方程确定的太阳能集热器面积与温室种植面积的优化比例为1∶5，经试验验证，在目前技术状态下，该比例能满足作物冬季生长对土壤温度的要求。总之，研究的太阳能蓄热系统实现了太阳能夏天贮冬天用、日间贮夜间用、晴天贮阴天用的目的，从而在不消耗任何二次能源的条件下，能满足温室作物的正常生长要求。     

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。     

中国连栋温室采暖期的确定及采暖能耗分布

该文利用中国多年气候资料,参照建筑设计标准,采用气象学中的五日滑动平均法,计算了不同地区在不同温度界限下日平均温度小于等于该界限温度的持续时间,并同中国连栋温室实际采暖期相比较,确定了中国大型连栋温室采暖期的计算方法;利用日本度时法计算了中国各地大型连栋温室的期间热负荷,进而计算采暖能耗。结果表明：以当地累年逐日平均气温≤10℃的持续日数作为连栋温室的采暖期和实际情况相符。分析结果表明,从南方部分地区采暖期为0 d到青海、西藏大部分地区365 d,说明中国连栋温室对热量的要求南北差异极大。通过计算中国各地的采暖能耗,表明各地最大采暖耗煤量出现在1月,其次为12月和2月,北方1月平均耗煤量占年耗煤量的30％左右,12月占20％以上,2月占20％以下,年耗煤量在中国范围内也存在极大差别。大型温室采暖期的确定及采暖能耗的计算可为中国连栋温室采暖设计标准化提供依据,为温室节能提供参考。     

基于CFD的两连跨日光温室热环境模拟

相比单跨日光温室,两连跨日光温室具有单位面积建造成本低,土地利用率高等优势,为深入了解两连跨日光温室热环境性能,该研究基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)构建了相同结构参数和构造材料的单跨和两连跨日光温室热环境模型。通过试验测试两连跨日光温室内的环境温度和各围护结构表面热流,并与CFD模拟的温度场进行对比,结果表明模拟数据与实测数据吻合度较高。在此基础上,基于该CFD模型分别对两连跨和单跨日光温室热环境进行模拟,并提取各围护结构表面热流和温度、土壤温度和空气温度进行对比分析。结果表明,在相同外界气候条件下,两连跨日光温室比单跨日光温室夜间气温高1.7～3.8 ℃,土壤温度高2.9～3.0 ℃,墙体内表面温度高2.9～7.9 ℃;两连跨日光温室的土壤和墙体在夜间,持续向南侧棚室放热,热流稳定,热流密度分别为7.11～8.59、12.65～15.19 W/m²,分别比单跨日光温室土壤、墙体表面热流密度高0.76～2.42,9.71～14.36 W/m²。相比单跨日光温室,两连跨日光温室地表土壤温度和室内气温波动较小,热环境调节能力明显提升。该研究结果为两连跨日光温室的结构优化、耕种管理等提供参考。     

连栋温室热水供热系统散热管道传热系数的计算与测试

设施农业是我国现代化进程中的一个重要内容，现代化温室作为设施农业的标志，正在受到大力发展和重点研究。为了对温室热水供热系统散热管道的热工性能进行研究和测试。论文主要进行了以下工作：对温室热水供热系统散热管道的热工性能进行理论分析和计算；在密闭小室内，对温室散热管道热工性能进行实际测试。通过理论计算与实际测试，得出了散热管道传热系数的实验公式，并分析了可信性与影响因素。     

空气源热泵用作北京保育猪舍地暖的供暖效果研究

中国"2+26"城市禁煤供暖,猪场迫切需要找到可以替代燃煤、满足供暖需求的供暖方式。为了解空气源热泵在猪舍地暖的供暖效果,选择北京猪舍,配置空气源热泵设备,进行供暖期间保育猪舍热环境效果试验。结果表明:试验期间,室外最低和最高温度分别为-11.0和12.1℃;在地暖供暖猪舍中,地面温度与供水温度、室外温度都呈正比例相关关系,与供暖距离呈反比例线性关系;在系统供水温度范围为30.0～41.0℃时,猪舍无猪单元距离分水器最近(24 m)测点和最远(60 m)测点地面温度为19.1～28.6℃;实际供水温度平均值较设定温度降低1.8～4.0℃;距离分水器最近(24 m)测点地面温度较实际系统供水温度下降8.3～13.1℃;距离分水器最远(60 m)测点较最近测点(24 m)地面温度下降0.5～1.8℃。无猪时,0.3 m高温度较地面温度降低5.0℃;距离地面0.3 m以上不同高度温度变化不明显。对于北京保育猪舍适宜采用空气源热泵地暖供暖,推荐蓄水罐设定温度宜为43～32℃,实际供水温度宜为40.6～29.9℃。     

带前馈的比例积分(PI)控制方法在温室热水加温系统中的应用

由于受到室外温度、空气流动、太阳辐射等的影响，温室室内温度控制较为复杂。针对热水加温温室的特点，提出用带前馈的比例积分(PI)控制方法来控制热水管道温度。在实际应用中设定恰当的参数是取得理想控制效果的关键。本文以室外温度、太阳辐照度、风速及温室的状态等为输入，利用径向基函数神经网络建立室内温度预测模型，在此基础上，通过计算机模拟，快速地确定带前馈的比例积分控制方法中使用的参数。