连栋塑料温室传热模型与能耗预测研究

【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/m~2,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/m~2。 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。