连栋塑料温室传热模型与能耗预测研究

论文摘要

随着温室种植业的快速发展,降低温室能耗、节约成本、提高资源利用率成为日益关注的问题。温室传热机理研究是分析温室运行能耗和提高温室生产效率的基础,其中温度则是温室微环境中最重要的因子之一。本文以连栋塑料温室的温度条件为主要研究对象,在合理假定的前提下,建立了温室的稳态传热模型,同时结合前人研究成果,对温室内部环境以覆盖层、内部空气层、作物层和土壤层分别进行传热分析,分析各层的太阳辐射、对流传热、热负荷以及通风换热等热过程,用数学语言描述热量传递过程,联立非线性方程组。借助MATLAB数学软件,采用牛顿迭代法进行方程求解,希望通过室外气候条件对温室内的温度环境进行模拟。在华中农业大学工程技术学院试验温室进行了模型的验证试验,完成了测点布置和数据采集,采集冬季室外数据和温室结构参数作为输入参数,用于传热模型的求解;同时采集温室内温湿度环境数据,分析温室环境的变化规律,并通过对实测温度与模拟温度进行对比,结果表明:夜间模拟结果误差不超过5%,白天模拟结果误差较大,最大达到30%。此温度模型能较准确的预测室内温度的变化,以温室传热模型为基础,计算了武汉地区连栋塑料温室的室外设计温度为-8℃,白天室内设计温度为28℃,夜间室内设计温度为20℃,设计热负荷为142W/m2,这一结果可为武汉地区塑料温室采暖设计提供依据。采用度时法进行温室运行能耗预测,确定了武汉地区连栋温室冬季需要在十一月末到三月初进行加热,期间采暖负荷为58.5Kg标准煤/m2。最后,为了提高设施农业生产效率、资源利用率和产品品质,本文提出了温室节能管理的建议:一方面合理设计温室加温系统及保温措施,另一方面栽培过程中的温度管理也同样重要。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 1 绪论
• 1.1 设施园艺研究综述
• 1.1.1 设施园艺的作用
• 1.1.2 国外设施园艺发展现状
• 1.1.3 国内设施园艺发展现状
• 1.1.4 设施园艺的研究热点
• 1.1.5 发展展望
• 1.2 温室微气候模型研究进展
• 1.2.1 国外发展状况
• 1.2.2 国内发展状况
• 1.3 本文的研究目的及内容
• 1.4 技术路线
• 2 连栋塑料温室传热模型的建立
• 2.1 温室模型研究综述
• 2.1.1 温室模型的作用
• 2.1.2 温室模型研究的意义
• 2.2 模型的构建
• 2.2.1 温室的传热分析
• 2.2.2 覆盖层能量平衡
• 2.2.3 温室内空气的热量平衡
• 2.2.4 作物层的热量平衡
• 2.2.5 土壤表层的热量平衡
• 2.2.6 温室内部水分平衡
• 2.3 模型的计算
• 2.3.1 模型求解方法
• 2.3.2 太阳辐射
• 2.3.3 热辐射
• 2.3.4 能量平衡方程
• 3 试验数据采集及模型验证
• 3.1 试验目的
• 3.2 试验设计
• 3.2.1 实验地点
• 3.2.2 数据采集设备
• 3.2.3 实验时间
• 3.2.4 测点布置
• 3.3 试验数据分析
• 3.3.1 试验数据采集
• 3.3.2 模拟结果
• 3.3.3 实验测试与模拟结果对比
• 4 连栋温室能耗分析
• 4.1 作物的生理适温
• 4.2 室内外设计温度与最大热负荷的确定
• 4.2.1 室内外设计温度
• 4.2.2 最大热负荷的确定
• 4.3 温室日热负荷预测
• 4.4 采暖期热负荷的计算
• 4.5 管理与节能措施
• 4.5.1 变温管理
• 4.5.2 内保温措施
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 本文创新点
• 5.3 今后研究方向
• 参考文献
• 作者简介
• 致谢
• 附录