大棚型日光温室设计及光效应初探

大棚型温室是针对目前北方高寒地区日光温室春夏秋主要生产季节光照条件差的问题而设计的。通过实验测试、分析及建造成本比较认为：大棚型温室的建造成本比土打墙日光温室稍高，而显著低于砖墙日光温室。大棚型温室内光照条件在5、6、7月份，无论晴天还是阴天均优于日光温室，特别在温室的北部表现更为突出。良好的光照条件为温室高产、优质奠定了基础。     

太阳能装配式蒙古包供能用多曲面聚光器性能

严寒寒冷地区装配式蒙古包冬季供能多采用生物质燃烧、电加热等方式,无法满足分布式绿色低碳可持续供能的要求。为解决上述问题,该研究提出一种用于装配式蒙古包的新型太阳能多曲面聚光集热供能技术,其具有太阳辐射“接力”供能、热输运阻力小、集热装置与蒙古包围护合而为一、正浮力梯度传热等特点,介绍了技术运行原理及所用多曲面聚光器结构参数,利用光学仿真软件TracePro对聚光器光学性能随时间的变化规律进行了分析,对比研究了实际天气条件下正浮力梯度传热与负浮力梯度传热对聚光器内空气进出口温度、集热量等热性能的影响。结果表明,当径向入射偏角为15°时,聚光器光线接收率约为89.50%,当轴向入射偏角为30°时,聚光器光线接收率为83.47%,相邻不同朝向聚光器在10:30和13:30左右聚光效率复合;在冬季晴天,采用正浮力梯度传热方式的聚光器最大出口温度与最大集热量分别为21.3 ℃和787.29 W,分别比采用负浮力梯度传热方式的聚光器提升了9.3 ℃和59.30%。此外,聚光器采用正浮力梯度传热与负浮力梯度传热时的光热转化效率分别为46.81%和35.71%,研究结果可以为装配式蒙古包供能用聚光器集成提供参考。     

温室水循环太阳能利用系统高效节能控制策略

针对目前温室水循环太阳能利用系统无法在合理时间集热的问题,该研究开发模面装置,基于其表面综合温度提出高效节能控制策略。理论分析表明,日间表面综合温度反映集热器表面可集太阳余热,利用该温度与蓄热水池内水温之间的差值可较准确地判断集热时机;夜间表面综合温度接近于室内气温,利用该温度进行放热控制的方式实质上就是利用室内气温的方式。通过现场试验,测试提出的控制策略下实现的中空板水循环太阳能利用系统的集放热效果,并与现有的基于设定时间点或室内气温的控制方式的能力进行对比。试验结果表明中空板系统在提出的集热控制策略下获得的晴天的集热量（404.1 MJ）与多云天和阴天的集热量（分别为225.9和62.7 MJ）差异明显。而设定时间点控制集热,导致少集热（1.4 h）、无效运行（1.7 h）等问题。基于室内气温方式浪费集热时机：集热初期,太阳辐射较强,系统本可集热（31.8 MJ）,且集热量远大于能耗,集热COP（Coefficient of Performance）达20.2,但因气温低,系统并不运行;集热末期,还出现短期无效运行（多云天为0.7 h;阴天为2.4 h）。该研究提出的集热控制策略能以更低能耗实现更高集热量;放热控制方式也具有一定优势。     

利用反向射流提升无盖板型太阳能集热器性能

为了进一步提高无盖板型太阳能空气集热器的集热效率,该研究提出了一种利用U型管制造反向射流强化集热板换热的无盖板型太阳能空气集热器。通过试验研究了该型集热器内部的温度分布特性,以及2020年12月10日和2021年6月20日的集热性能。试验结果表明：反向冲击射流的冷却作用可以有效降低集热板表面温度,形成覆盖大部分集热板面积的低温区域,且温度分布较为均匀;作为产生反向射流的U型管,还可以充当肋片结构对进入集热腔内的空气进行预热,夏季晴朗工况下U型管的进出口温差可达3.5 ℃;该型集热器在6月20日的平均集热效率可达到80%,而12月10日的热效率仅为45%,冬夏集热效率的差别较大。该研究为无盖板型太阳能集热器性能优化提供了新思路。     

双膜双被装配式日光温室在郑州地区的小气候测试

2020年11月1日-2021年2月28日,在河南郑州地区对冬春季双膜双被装配式日光温室内外温度、光照和湿度小气候进行测定,以探明其温光性能。在温室内外分别布置环境自动记录仪,每台记录仪均连接温湿度传感器和光照传感器,实现数据的自动监测与传输。结果表明：观测期内,温室内旬平均气温为11.4～21.4℃,旬平均最低气温为9.4～16.7℃;温室内0.1m深处旬平均土壤温度为15.4～22.9℃,旬平均最低土壤温度为15.0～22.1℃,温室内外最大气温差和土温差分别为17.0℃和15.6℃。全年最冷时段（1月上旬）温室外旬平均最低气温为−7.9℃,0.1m处土壤温度旬平均最低值为2.2℃,而此时段温室内旬平均最低气温和0.1m处土壤温度旬平均最低值分别达到9.9℃和15.8℃。11月−翌年2月,温室内光照度逐渐增大,晴天光照度在2000～22000lx,11月、12月、1月和2月晴天日平均透光率分别为42%、52%、49%和45%,12月透光率最高,不同月份透光率存在明显差异;阴天温室光照度在300～4000lx,各月阴天日平均透光率分别为34%、35%、36%和33%,透光率差异不明显。11月下旬−1月下旬,温室内夜间湿度为95.4%～99.0%,夜间叶片沾湿时长占比为89.1%～99.5%,温室内湿度大。观测结果说明双膜双被结构日光温室在黄淮地区冬春季具有较好的保温性能,有利于进行喜温果菜类的越冬生产,具有一定的推广应用价值,但是存在温室透光率偏低、光照弱等问题。     

太阳能加热的地上式户用沼气生产系统热性能分析

为对太阳能加热的地上式户用沼气生产系统的推广应用和优化设计提供指导,试验研究了该型系统的热性能,对系统中真空管太阳能热水器日平均集热效率、沼气池散热量和热水-料液传热系数与相关因素的关系进行了分析。试验表明,当日平均环境温度在-2.1~-8.6℃变化时,沼气池内料液温度可维持在(27±2)℃的范围内。得到了太阳能热水器日平均集热效率、沼气池散热量和热水-料液传热系数的计算公式;研究发现沼气池内料液温度对热水-料液传热系数的影响很大,随着料液温度的提高,传热系数显著增加。     

滴灌和施用秸秆降低日光温室番茄地氮素淋溶损失

以一年两季设施番茄为对象,利用渗漏池收集渗漏液,研究了设施菜地不同灌溉模式(滴灌、漫灌)和施用有机物料(单施鸡粪M、鸡粪配施玉米秸秆M+C、鸡粪配施小麦秸秆M+W)对土壤矿质态氮、可溶性有机氮淋溶损失的影响。结果表明,日光温室栽培条件下,氮素的淋溶损失主要发生于秋冬季,滴灌和漫灌模式下,该季可溶性总氮淋失量占全年淋失量的56.8%和71.1%。漫灌模式下,冬春季和秋冬季可溶性总氮淋失量分别为114.3和281.1kg/hm~2,占单季氮投入量的12.5%和29.3%。与漫灌相比,滴灌使全年番茄产量和氮素吸收量分别显著提高15.6%和21.4%,氮素利用率(氮素吸收量/氮素投入量)显著提高47.5%,同时使全年矿质态氮(铵态氮+硝态氮)和可溶性有机氮淋失量分别降低68.6和47.4 kg/hm~2,降幅分别为33.1%和39.6%。与单施鸡粪相比,鸡粪配施秸秆(玉米或小麦)对番茄产量无影响,但显著降低灌溉水渗漏量和氮素淋溶损失量,使全年灌溉水渗漏损失量平均降低24.3%,全年矿质态氮和可溶性有机氮淋失量分别平均降低26.6%和33.7%。综上,可溶性有机氮在氮素淋溶损失中不可忽视,滴灌模式通过降低渗漏液中氮的浓度,配施秸秆通过减少灌溉水的渗漏损失,进而降低可溶性氮的淋溶损失。     

卫星遥感和积温-辐射模型预测区域冬小麦成熟期

准确预测区域尺度的小麦成熟期,指挥麦收机械化作业有序开展,具有十分重要的社会和经济效益。该文针对目前区域冬小麦成熟期预测中时效性差、缺乏空间分布以及缺少定量描述等突出问题,选择华北地区河北、河南和山东3省冬小麦为研究对象,首先基于S-G滤波后的2013年冬小麦生育期时间序列MODIS LAI,采用动态阈值法获取抽穗期具体日期,即叶面积指数(LAI)达到峰值时的具体日期;然后基于由2008-2012年农业气象资料与地面气象资料构建的抽穗-成熟期有效积温模型和总辐射模型,逐个栅格单元计算MODIS LAI获取的抽穗期具体日期到当前日期的积温、太阳辐射总量,并结合全球多模式集合预报(THORPEX Interactive Grand Global Ensemble,TIGGE)资料对当前日期(5月10号至6月8号)之后的16 d冬小麦成熟期进行逐日动态预测以得到全部区域的成熟期预测值;最后采用农业气象站点的成熟期观测值对预测结果进行验证,结果表明:冬小麦成熟期预测值与观测值的决定系数R2为0.92,均方根误差RMSE约为3 d,两者具有良好的相关性。该研究方法对其他大区域的农作物成熟期预测具有借鉴价值。     

陕西省太阳辐射及其日照时数的时空变化特征

根据陕西省气象台站观测资料,分析了陕西省太阳总辐射和日照时数的时空演变特征.结果表明,陕西省太阳总辐射和日照时数呈现出一致性的从北向南递减趋势,且在渭北高原一带存在太阳总辐射和日照时数的次高值区,同时指出了陕北地区4～8月,关中、陕南地区5-8月是太阳能资源利用的最佳时期.研究结果可为进一步研究区域气候变化、指导农业生产及合理利用太阳能资源提供参考依据.     

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