基于自然通风的日光温室内温湿度仿真模型

为了模拟自然通风条件下日光温室内温湿度的变化,将通风口开度进行量化处理,根据热量平衡和水汽质量平衡原理构建了温室内气温和湿度的动态变化数学模型。利用Simulink仿真平台将二者结合,搭建了以通风为输入、以室内温湿度为输出的温室微气候系统仿真框图,利用2类典型天气条件下的实测数据对模型进行了仿真检验。研究结果表明,室内气温的标准误差最大为0.479 2℃,仿真有效性指数最小为73.03%;室内湿度的标准误差最大为1.943 7%,模型有效性指数最小为71.13%;仿真模型是有效的。     

南方连栋塑料温室夏季机械通风优化设计

我国南方地区夏季长期高温,严重影响了温室作物生长。为了提高降温效果且减少通风能耗,需要优化温室机械通风系统的设计参数和控制方法。以南方地区典型的连栋塑料温室为研究对象,针对温室机械通风,建立了三维全尺度瞬态及稳态计算流体力学仿真模型。通过在温室内、外均匀布置温、湿度和光照传感器,测量机械通风引起的温室内气温变化和分布,用实验验证了仿真模型瞬态和稳态计算的准确性和有效性。通过仿真模型模拟了室外高温条件下的风机数量、温室长度、入口温度及环境温度变化等参数对机械通风降温效果的影响程度,并模拟了不同数量风机启闭控制的降温效果。本文提供的控制策略最高可减少约60%的能源消耗,而植物冠层平均温度仅升高0.21℃。     

机械通风条件下玻璃温室热环境数值模拟

利用CFD方法对机械通风条件下温室内热环境进行建模,在模型中考虑了作物、太阳辐射和热辐射,采用标准k-ε湍流模型和SIMPLE算法的有限体积法对流场微分方程进行离散,对室内流场和温度变化以及分布进行了数值模拟.通过在Venlo型温室采集关键位置的温度和速度数据,与仿真结果比较发现测试点的温度误差除少数外均控制在3 ℃之内,相对误差控制在10%之内,验证了建立CFD模型的有效性.     

不同风况和开窗配置对夏季单栋塑料温室微气候的影响

以华东地区种植着空心菜的单栋塑料温室为研究对象构建其全尺度计算流体力学模型(CFD模型)。该模型经现场实验验证,其计算值与各测点温度实验值变化趋势吻合且差异在1.1℃以内。随后,通过该模型研究不同开窗配置下温室内气流和温度场特征,评估开窗配置对通风率、室内外温差和室内气候均匀性的影响,揭示不同风况下温室微气候形成机理。仿真结果表明,不同开窗配置会产生截然不同的温室微气候场。顶侧窗配置下温室通风率最高,室内外温差最小,能产生较均匀的室内气候,因此最适合于温室夏季通风。不同风况会对温室内气流和温度场产生显著的影响,进而影响温室降温效果和气候均匀性;当外界高温低风速气候条件下,热压通风起主导作用;顶侧窗通风能显著提高温室降温效果,有效降低作物冠状层气温。     

基于ANFIS的温室微气候通风调控模型

为实现通过控制温室通风口开度来调节室内温湿环境的目的,首先根据热量平衡和水汽质量平衡原理构建了温室气温和湿度的动态变化数学模型,然后基于自适应神经模糊控制系统(ANFIS),分别选择梯形和高斯型隶属度函数完成了2类通风控制器的设计,其中包括控制变量的选取、论域的量化、模糊集的定义、隶属函数的选择及控制器的训练等过程．最后将控制器与温室模型相结合,利用Matlab构建了以通风为输入、以室内温湿度为输出的Simulink仿真框图,并利用2类典型天气下的实测资料对控制系统进行了仿真检验．仿真结果表明:无论晴天还是阴雨天,采用梯形隶属度函数的温室模糊控制器比高斯型控制器更敏感,对室内温湿环境的变化具有更好的控制效果,有效减小了温湿度变化率的波动幅度,起到了优化调控作用．     

南方连栋塑料温室冬季通风除湿开窗优化

连栋塑料温室主要依靠日光蓄热,冬季为保温需要长时间密闭以避免室内热量流失,这就导致室内形成高湿环境,使栽培作物易患病虫害.以有效除湿和减小室内热量损失为目标,以十一连栋塑料温室为研究对象,建立全尺度计算流体力学模型(CFD模型).在顶窗通风工况下,CFD模型的有效性经实验数据验证,其计算值与各测点湿度的实验值变化趋势吻合,且差异在5％以内;并利用该模型研究了不同开窗组合(侧窗、顶窗和顶窗加侧窗)对温室内空气流场和湿度场的影响.仿真结果表明,顶窗通风是一种较理想的通风组合,能够在3 min内完成作物冠状层的除湿.除湿结束后,室内平均相对湿度从92％降至68％,湿度分布均衡性较好,且热损失较小,能满足冬季温室保温、除湿的要求.     

环流风机布置对温室内流场影响的CFD模拟

为了解大肩高连栋玻璃温室夏季机械通风时室内流场分布,提高机械通风的降温效果,建立了6m肩高温室机械通风工况下的CFD模型,并对模拟结果进行了试验验证,结果表明:模拟值和试验值的最大相对误差为6. 70%,平均相对误差为2. 87%,显示CFD数值模型有效。在CFD模型基础上,进一步对不同环流风机布置下机械通风的降温效果进行了分析,结果表明:使用环流风机可提高机械通风的降温范围,在湿帘风机方向上实现气流的"接力",温室作物冠层南北温度差减小0. 5℃,32℃以下区域增加了20%;在环流风机安装方向上,不同横向截面上反向布置时室内冷热空气混合更好,室内温度分布更加均匀。     

机械通风温室内部温度模型的试验验证

介绍了一种以温室机械通风和温室内作物冠层蒸发过程为主的温室温度数学模型,该模型具有结构简单、所有过程均为线性表达的特点,特别适合温室的在线适时控制。为了能够验证模型的可行性,进行了两种通风率条件下的试验。试验结果说明:在通风量足够高时,该模型能较好地预测温室内部温度。     

基于CFD的夏季屋顶全开型玻璃温室自然通风流场分析

为研究自然通风对屋顶全开型玻璃连栋温室夏季降温的影响,采用k-ε湍流模型和DO辐射模型建立了屋顶全开型温室在夏季高太阳辐射和弱风天气下的CFD模型,将模型的模拟值与实测值进行对比,两者平均相对误差为2.5%。利用建立的CFD模型,进行了夏季高温季节通风降温调控措施的试验分析。结果表明:屋顶全开窗玻璃温室中,天窗的开窗角度应与侧窗配合,这样能增强通风的降温效果;在侧窗为45°时,天窗调整至60°的温室整体降温效果优于天窗45°或75°开启角度。屋顶全开窗玻璃温室在使用侧窗和调控至合理开启角度的天窗进行联合通风的工况下,温室整体温度从38.4℃降至36.9℃,调控措施降温效果明显。     

高纬度地区连栋温室燃煤气化炉热水供暖系统计算方法——以乌鲁木齐市郊连栋温室为例

探讨研究高纬度地区连栋温室燃煤气化炉热水供暖系统计算方法,并以实际工程案例逐步计算得出温室总供热系统热负荷量为912.4kW。对温室围护结构热损失、冷风渗透热损失和温室地面热损失三部分损失计算出各自占温室总散失热量的比例为60.8%、36.6%和2.6%。通过冬季最寒冷时段的性能测试,分析三种典型气候条件下温室内温度变化情况,最寒冷天气条件下温室内全天平均气温为13.7℃,典型阴天极端低温条件下室内全天平均温度为14.7℃,晴天低温条件下室内全天平均温度为15.1℃。     

日光温室根区热环境相变调控系统设计与性能试验

为探索一种节能高效的日光温室热环境调控模式,以鞍II型日光温室为原型制作试验温室模型并设计了相配套的日光温室根区热环境相变调控系统,包括相变集热单元、潜热储存与交换单元、根温调节单元、循环泵组和循环管路5部分,并制定出系统热性能测试方案。通过对比试验,研究系统在单路循环模式下运行对日光温室模型室内空气、栽培基质不同深度温度的调节效果,以及对温室模型中紫叶生菜幼苗生长指标的影响。结果表明,冬季运行条件下,系统可以有效蓄积太阳辐射热,实现日光温室的高效能量收集和热环境调控,减少室内空气温度波动,提高基质根区温度。典型晴天天气测试时,试验温室20 cm深度处基质平均温度均高于对照温室。此外,与对照温室相比较,试验温室中生菜幼苗的株高、茎粗、单株叶面积、最大叶宽可分别提高13.4%、11.9%、79.1%、35.3%,表明试验温室内热环境更利于紫叶生菜幼苗的生长。     

多间日光温室温湿度环境模拟与分析

为了观察中国北方地区多间日光温室每个屋子的温湿度分布和夜间散热过程,利用Penmane-Monteith法土壤水分蒸发理论和计算流体动力学(CFD)方法进行环境温湿度模拟分析。试验时,在温室内布置了温湿度传感器、热通量传感器和土壤温度(水分)传感器,并进行了多点测试。测试分析得出:多间日光温室的室内最高温度为37℃,夜间温度为5℃,凌晨最低温度为2℃左右。利用Penmane-Monteith蒸发公式算出温室土壤的蒸发速率得出白天和夜间的蒸发率分别为6.07×10-5kg/m2·s和2.28×10-6kg/m2·s。通过模拟发现:室外平均风速0.5m/s时,室内最大流速能达0.33m/s(出现在屋子Ⅱ)。最终研究得出:该类型温室需要加强保温措施才能满足中国北方地区温室生产要求。     

日光温室中空板水循环集放热系统设计与集热性能试验

针对现有日光温室内置式水循环集放热装置存在的集热能力不足的问题,设计了中空板水循环太阳能集放热系统,通过理论分析,结合日光温室热环境模拟预测软件,验证系统可行性。理论计算表明,在室内地面面积400 m2聚苯板墙体日光温室内,系统集热总量可达350 MJ,可供日光温室2~3 d的夜间放热加温。通过现场试验测试系统的集热性能,试验结果表明:系统集热效率最大可达0.93;晴天条件下的系统日蓄热温升约比阴天条件下高1倍;在太阳辐射较弱时,中空板与室内空气的对流换热对集热效率影响显著;在3.3~5.9 m3/h的流量范围内,系统集热量随着水流量增大而增加。中空板系统作为装配式集热系统,建造成本低、简单实用,不占用室内栽培面积,适用于旧温室改造。     

日光温室北墙与环境间换热特点及边界条件

对墙体内侧为相变材料的日光温室3层异质结构北墙建立传热模型，采用隐式有限差分方法，建立了相变北墙节点温度离散方程。以墙体内外表面温度为边界条件，通过Matlab编程计算墙体内温度分布，对温室北墙内外表面温度节点进行热平衡分析，计算北墙内外表面与外界环境间换热量，从而分析了日光温室北墙蓄放热特性及墙体与外界换热的特点。通过Matlab拟合工具，建立了晴好天气条件下日光温室北墙体表面与环境间换热量和墙体表面温度、室外空气温度、太阳辐射强度之间的函数关系。研究结果可为日光温室北墙优化设计与评价提供计算参考。      

连栋玻璃温室天沟结构对栽培区光环境的影响分析

为降低北方地区连栋温室冬季生产能耗、提高温室保温性能，设计了大斜面外保温连栋玻璃温室，即寿光型智能玻璃温室。该温室采用大天沟设计，安装了外保温被及传动机构，因此形成了较宽的遮阴带，影响了栽培区的太阳辐射及温室透光率。为分析天沟尺寸对室内光环境的影响，构建了连栋温室天沟对温室栽培区内不同位置辐射强度影响的动态模型，并基于该模型对室内光环境进行了均匀性与敏感性分析。结果表明：天沟结构对栽培区内日累积辐射平均值的影响程度从大到小依次为天沟间距、天沟宽度、天沟垂直厚度和天沟高度；寿光型智能玻璃温室的天沟设计为相邻两天沟间距12.00m、天沟水平宽度1.60m、垂直厚度0.86m、天沟下沿离地面高度6.30m，可以保证栽培区内最佳的光照均匀性。不同情景下的模型模拟结果表明，为确保栽培区内光照均匀性，在栽培区内辐射强度变异系数最小的情况下，山东省寿光地区温室天沟高度、天沟垂直厚度之和与天沟间距、天沟宽度之和的比值在0.49～0.54之间。本研究可为寿光型智能玻璃温室在不同地区的设计应用提供理论依据。     

基于智能温控算法的温室管理系统

为了适应作物生长需求,需要对大棚温度进行精确控制.首先,建立包含多种环境因素的大棚温度模型;其次,采用模糊PID控制方法,建立了高精度的温度控制方法.综合考虑温室外环境温度、风速、太阳照射强度和室内湿度等因素,采用ARX方法建立温度模型.采用模糊PID控制方法,以温度变化量及其变化率为输入,PID调节量为系统输出,对温...