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基于日光温室温度模型的墙体热量释放控制研究

作　者: 王烁
导　师: 杨其长
学　校: 中国农业科学院
专　业: 农业生物环境与能源工程
关键词: 日光温室 热环境模拟 热量缓释 热阻帘
分类号: S625
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


日光温室作为我国特有的保护地栽培设施,其精华是前屋面的高透光率与北墙及土壤的良好蓄热性能:夜间墙体与土壤将白天蓄积的热量释放到室内以维持室内温度。相关领域专家一直致力于温室墙体蓄热保温性能优化方面的研究,以提高冬季温室内最低环境温度,但效果不甚理想。本文提出利用“热阻帘”装置延迟墙体热量释放时间,将常规温室内墙体在前半夜大量释放的热量转移到后半夜低温时段释放,以此提高凌晨时段温室内最低环境温度,并通过模型分析不同因素对热阻帘使用效果的影响,本研究主要内容与结论如下:在分析日光温室内各结构传热过程的基础上,对温室墙体、土壤采用分层方式考虑,建立各结构热平衡方程,形成热阻帘使用效果预测模型。通过MATLAB软件编程求解线性方程组,计算输出图形:所设置卷帘时刻相应的试验温室夜间各结构温度以及对照温室夜间各结构温度,同时输出最优卷帘时刻以及相应的温室最低跨中温度。通过北京大兴区供试日光温室内Ⅰ型、Ⅱ型“热阻帘”对墙体热量释放控制试验的效果分析发现:夜间热阻帘覆盖阶段阻隔墙体释放热量38%~40%,热阻帘收起后墙体向室内释放热量最多可增加68.3%,同时室内最低环境温度在阴天时平均提高0.4℃,晴天时平均可提高1.03℃。由试验效果建议热阻帘主要在晴天使用。试验温室内环境因子测量值与热阻帘使用效果预测模型模拟值的比较分析表明:对照温室内跨中空气温度模拟精度IA为0.92,应用热阻帘的试验温室夜间跨中温度模拟精度IA为0.79,试验温室墙体内表面温度模拟精度IA为0.58;试验温室帘-墙间空气层温度模拟精度IA为0.92;试验温室土壤表面温度模拟精度IA为0.94。模型模拟值与实测值吻合程度较好,可以准确模拟温度值的变化。利用预测模型对热阻帘使用效果进行分析后得出:温室内最低跨中温度提升值随热阻帘对流传热系数的增大而变小;空气层厚度对温室内跨中最低温度的提升值影响极小;热阻帘卷起时间由17:00每隔10min逐时推迟,室内跨中温度提升值逐渐增大,热阻帘夜间不卷起时室内跨中温度提升效果最好,可提升2.45℃。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-13
第一章 绪论  13-19
  1.1 研究背景和意义  13-14
    1.1.1 国内日光温室发展现状  13
    1.1.2 国内日光温室存在的主要问题  13-14
    1.1.3 研究目的和意义  14
  1.2 国内外研究现状  14-17
    1.2.1 国内研究进展  14-16
    1.2.2 国外研究进展  16-17
  1.3 主要研究目标与内容  17-18
  1.4 研究思路  18-19
第二章 日光温室墙体热量释放控制效果预测模型  19-29
  2.1 日光温室热阻帘使用效果预测模型的构建  19-20
    2.1.1 模型假设  19-20
    2.1.2 模型中各部分热交换  20
  2.2 模型中主要质能平衡方程  20-25
    2.2.1 前屋面保温被热量收支平衡  21
    2.2.2 温室内空气热量收支平衡  21-22
    2.2.3 热阻帘热量收支平衡  22
    2.2.4 热阻帘与墙内表面间空气层热量收支平衡  22
    2.2.5 墙体热量收支平衡  22-24
    2.2.6 土壤热量收支平衡  24-25
  2.3 模型参数选择  25-27
    2.3.1 对流换热系数  25-26
    2.3.2 辐射换热系数  26
    2.3.3 其他物理系数  26-27
  2.4 模型边界条件与初始条件  27
    2.4.1 模型边界条件  27
    2.4.2 模型初始条件  27
  2.5 模型程序的设计  27-28
  2.6 本章小结  28-29
第三章 热阻帘对日光温室墙体热量释放控制效果的试验分析  29-45
  3.1 Ⅰ期热阻帘使用效果测试试验  29-37
    3.1.1 试验装置  29-31
    3.1.2 试验场地  31-32
    3.1.3 热阻帘控制模式  32-33
    3.1.4 监测项目与测点布置  33
    3.1.5 试验数据处理方法  33-35
    3.1.6 试验结果分析  35-37
  3.2 Ⅱ型热阻帘使用效果测试试验  37-42
    3.2.1 试验装置  38-39
    3.2.2 试验场地  39-40
    3.2.3 热阻帘控制模式  40
    3.2.4 监测项目与测点布置  40
    3.2.5 试验结果分析  40-42
  3.3 热阻帘使用效果测试试验总结  42-43
  3.4 本章小结  43-45
第四章 热阻帘对日光温室墙体热量释放控制效果的模型分析  45-53
  4.1 模型模拟结果验证  45-48
    4.1.1 温室跨中空气温度模拟结果型验证  45-46
    4.1.2 温室北墙内表面温度模拟结果  46
    4.1.3 帘-墙间空气层温度模拟结果  46-47
    4.1.4 土壤表层温度模拟结果  47-48
  4.2 热阻帘使用效果影响因素的模型分析  48-51
    4.2.1 热阻帘对流传热系数  48-49
    4.2.2 空气层厚度  49-50
    4.2.3 热阻帘卷起时间  50-51
  4.3 本章小结  51-53
第五章 结论与建议  53-55
  5.1 结论  53
  5.2 建议  53-55
参考文献  55-59
致谢  59-60
作者简历  60

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中图分类: > 农业科学 > 园艺 > 设施园艺（保护地栽培） > 温室
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