面向多热特性一体化控制的日光温室建筑构造建模理论研究

The rapid development of vegetable production industry in the solar greenhouse has made tremendous contributions to safeguarding the supply of fresh vegetables in winter and solving the "three rural" issue in northern China. The structure of solar greenhouse directly affects lighting, insulation and heat storage, thermal and moisture environment, and it also affects vegetable production levels of solar greenhouse. However, there are few studies on the relationship between structure and thermal performance, and there is not a theory and technical system which can guide the design of solar greenhouse structure. In order to improve multiple thermal characteristics of solar greenhouse, the project is proposed, whose object is a solar greenhouse with high light and thermal performance, whose mainline is the modeling of solar greenhouse structure integrated multiple thermal characteristics, whose point of penetration is analysis of the relationship between orientation and light environment, analysis of the relationship between structural parameters and multiple thermal characteristics, and analysis of the relationship between the construction method of walls and thermal and moisture environment. In this project, the impact principle of the greenhouse structure design on multi thermal characteristics is analyzed. The cooperative control mechanism of multiple thermal characteristics is explored to ensure the light and thermal levels of environment for the vegetable production in the solar greenhouse. The modeling and solving methodology for designing the structure of solar greenhouse is propose. The project can provide the theoretical and technical reference for improving the level of design of solar greenhouse structure and the high-yield of greenhouse vegetables.

日光温室蔬菜生产产业的快速发展，为解决我国北方地区冬季鲜食蔬菜供应和“三农”问题做出了巨大贡献。日光温室建筑构造水平直接影响温室光照、保温与蓄热、热湿环境控制三大热特性，进而影响温室冬季“反季节”蔬菜生产水平。但目前关于温室建筑构造与建筑热工性能的相互影响关系研究不够，更缺乏一套可指导温室建筑构造科学设计的理论和技术体系。本项目以高光热性能日光温室为研究对象，以温室建筑构造设计建模为主线，以综合提高温室三大热特性水平为目标，以温室建造方位与光照、温室建筑“五度”空间参数与光热、温室墙体构造方式与热湿环境控制关系的建立为切入点，系统研究温室建筑构造设计的光热性能保证原理，探索确保温室蔬菜生产光热环境水平的多热特性参数“一体化”协同控制机制，提出一套确保日光温室光热环境水平的建筑构造设计建模技术、求解方法，为提高我国日光温室建筑构造设计水平、温室蔬菜优质高产，提供理论、使能技术及技术标准参考。

日光温室的光照、保温与蓄热、热湿环境控制特性，不但受地理纬度、外界环境气象条件的影响，同时还受温室建筑构造方式包括建筑构造方式、建筑材料特性、建筑热工性能，以及蔬菜作物生长发育等多因素的影响，是一个非常复杂的过程，涉及多学科交叉。传统日光温室建筑构造设计缺乏对建筑热工设计理论必要的认识和理解，多是沿用传统而落后的农业设施建造方法，或是简单仿照或照搬他人的建造方法，缺乏对新技术、新方法的认识和了解；缺乏对新材料的认识和了解，仍然采用传统而落后的农用材料和方法建造。其结果是，与荷兰等发达国家比较，我国大量建造的日光温室的蔬菜生产能力不高、土地利用效率低，生产不稳定、产量低。.为此，本项目根据“面向多热工特性一体化控制的日光温室建筑构造建模理论研究”项目任务书要求，以高光热性能日光温室为研究对象，以温室建筑构造设计建模为主线，以综合提高温室光照、保温与蓄热、热湿环境控制三个关键热特性水平为目标，以日光温室建筑传热过程的建立为切入点，系统研究日光温室建筑构造设计的光热性能保证原理，探索确保日光温室“反季节”蔬菜生产光热环境水平的多关键热特性参数“一体化”协同控制机制。初步形成了一套基于相变蓄热与太阳能利用技术的高产温室建筑热工理论与优化设计方法，包括日光温室前屋面保温覆盖物开（闭）时间与地理纬度地区关联模型、日光温室建筑最佳朝向简化计算模型、日光温室建筑空间形态特征参数优化设计计算模型、“三重”复合相变蓄热通风墙体系统及传热模型、复合相变材料墙体热性能评价模型、免跟踪双管多曲面空气集热器热性能及数学模型等理论模型的构建，试验及工程应用实测结果验证了模型的有效性。. 研究成果填补了现代日光温室建筑热工设计理论与方法的空白，先后为多地农业园区新型日光温室建设，提供了重要理论与设计方法指导。后续将开展基于蔬菜作物产量和品质驱动的日光温室光热环境精准控制与智能化控制策略研究。