半封闭式连栋温室环境调控设计理论与应用研究
近年来,半封闭式连栋温室在我国广泛应用,经“气配方”组合后的混合气体经正压送风管道可均匀输送到100m以外的种植区域,显著提高了土地利用率。我院设施农业研究所聚焦影响空气流动特性的新型混流室构建及结构设计、穿孔管道关键参数方法确定及优化开展研究,形成集成应用策略并推广应用,提升了我国半封闭式连栋温室建设水平。
1.新型进风混流室构建
创新了降温减湿与送风协同调控的进风混流室结构,新型混流室结构可有效避免单模块故障引起的种植区局部温控失效。在单腔体的基础上,设置1个起到缓冲调节作用的第二腔室,对各个加热制冷模块处理后的空气进行混流,使送入种植区气体的温湿度具有一致性,不会因部分加热制冷模块发生故障导致温室内局部温湿度异常。CO2直接输入第二混流腔室,实现精准供给。
2.半封闭温室结构精细化设计
聚焦半封闭式连栋温室混流室结构精细化设计,系统分析了混流式山墙立柱的荷载情况(风、雪、覆盖系统、作物、拉幕系统、降温设备等),通过有限元分析对比发现:风荷载为主要控制荷载;考虑混流室位置的各类荷载后,对山墙立柱的内力及应力比影响较大,应力比显著增大。
3.穿孔管道关键参数方法确定及优化设计
创新提出基于响应面模型与多目标优化的穿孔风管参数协同设计方法,揭示穿孔风管结构参数对气流特性的影响机制,构建了孔径、孔间距、入口风速与风速均匀性、压降及温度均匀性的预测模型。结果表明大孔径显著改善风速均匀性,而增大孔间距会降低均匀性;压力损失呈相反趋势;温度均匀性主要受入口风速影响。敏感性分析揭示孔径影响力最强,其次为孔间距和风速,且孔径与间距交互效应显著。结合熵权TOPSIS与NSGA-II优化,确定了“大孔径,宽间距”最优参数组合(孔径9.0mm、间距65mm、风速7.0m/s),该方案使风速变异系数(CV-v)降低58.8%、温度均匀性系数(CV-t)提升5.2%,压力损失(∆P)减少10.8%,能耗降低17.4%。

半封闭温室混流室



性能指标的交互作用响应面分析

多目标优化解集




