连栋塑料温室环境动态模型库开发

摘要

温室是人类园艺种植方面的一项高级设施，因其具有一次投入后持续高产出、高回报的特点，对我国广大农村地区的经济发展起到重要作用，同时在提高我国农业国际竞争力的作用也越加明显。连栋塑料温室由于其覆盖材料本身质量轻、骨架结构遮光率低等特点成为温室中极具优势的一种。各种执行机构控制温室环境，确保温室内部随时保持最适宜作物生长的状态，从而实现高产。而温室环境模型正是温室环境调控的基础和理论依据。
　　本文在大量参考前人研究成果的基础上，对温室环境建模进行了研究，建立了适应我国不同地区、不同类型、不同结构、不同执行机构以及不同天气条件下的连栋塑料温室环境模型库。并在此模型库的基础上编写了温室环境预测软件，可针对圆拱型、锯齿型等多种典型连栋塑料温室在各种执行机构工况下的环境进行预测。
　　本研究主要内容包括:
　　(1)根据不同经纬度不同时间的太阳辐射情况，结合温室结构确定温室对太阳辐射的透射率。以不同遮阳网材质的遮荫率作为主要影响因素，确定了遮阳网对温室内部光环境的影响，建立温室光环境模型。
　　(2)根据目前已有的研究结果，分析温室内外水汽传递过程，基于质量守恒建立温室湿度模型。模型考虑温室内作物蒸腾作用，执行机构带来的水分蒸发，土壤蒸发，温室通风，渗漏及凝结作用等多个湿度变化过程。
　　(3)基于质量守恒建立二氧化碳模型。分析了作物、土壤以及温室内外气体交换对温室内二氧化碳的影响。基于能量平衡建立温室温度模型，考虑温室常见降温执行机构、加温执行机构等多种影响因素，详细分析了温室内外能量交换过程。
　　(4)采用LabVIEW软件作为主要开发工具设计连栋塑料温室环境预测软件。软件具有交互界面亲切等优势，使用方便。程序采用模块化设计，包括典型执行机构、温室结构、地理区域等多个模块，确保运行高效。室内温度、湿度、太阳辐射强度可根据输入信息计算得出模拟结果，并可根据室内需求的二氧化碳浓度计算需补充的二氧化碳量。
　　(5)选用圆拱型、锯齿型和人字型三类典型连栋塑料温室进行验证，试验选择晴天、阴天、多云三种天气，验证外遮阳、天窗侧窗、湿帘风机等多个执行机构模型。并根据模型对室内温湿度及太阳辐射强度进行预测。

目录

声明

摘要

主要符号说明

第一章 绪论

1．1 研究的目的和意义

1．2 国外研究现状

1．2．1 光环境模型研究

1．2．2 温室内温湿度及二氧化碳浓度研究

1．3 国内研究现状

1．3．1 温室光环境模型研究

1．3．2 温室内温湿度及二氧化碳浓度研究

1．4 现有研究的不足

1．5 主要研究内容

1．6 连栋塑料温室概述

第二章 温室光环境模型库的建立

2．1 太阳辐射强度的研究

2．2 日地相对参数计算

2．3 单个屋面的透射率研究

2．3．1 平面屋面的透射率研究

2．3．2 圆弧形屋面透射率研究

2．4 辐射角系数计算

2．5 连栋塑料温室光环境模型的建立

2．6 内外遮阳模型的建立

2．7 本章小结

第三章 温室湿度模型库的建立

3．1 温室湿度平衡方程

3．2 温室作物蒸腾模型的建立

3．3 通风模型的建立

3．3．1 强制通风量研究

3．3．2 自然通风量研究

3．4 温室蒸发模型的建立

3．4．1 湿帘水分蒸发模型的建立

3．4．2 喷淋系统水分蒸发模型的建立

3．5 其他影响因素分析

3．5．1 渗漏作用的影响

3．5．2 土壤蒸发的影响

3．5．3 凝结作用的影响

3．6 本章小结

第四章 温室二氧化碳浓度及温度模型库的建立

4．1 温室二氧化碳平衡方程

4．2 作物影响模型的建立

4．2．1 作物光合作用的影响

4．2．2 作物呼吸作用的影响

4．3 土壤呼吸作用模型的建立

4．4 渗漏模型的建立

4．5 二氧化碳施放设备的影响

4．6 温室温度环境模型的建立

4．7 本章小结

第五章 连栋塑料温室环境预测软件的开发

5．1 开发工具概述

5．2 程序总体设计

5．3 程序主要模块设计

5．3．1 温室结构模块设计

5．3．2 地理区域模块设计

5．3．3 执行机构模块设计

5．3．4 典型作物模块设计

5．3．5 通风量计算模块设计

5．3．6 光环境计算模块设计

5．3．7 湿度、温度和二氧化碳浓度计算模块设计

5．3．8 初始环境输入

5．3．9 其他模块

5．4 本章小结

第六章 模型验证及结果分析

6．1 试验条件及试验方法

6．1．1 试验用温室

6．1．2 试验测量仪器

6．1．3 试验方法

6．2 试验结果及分析

6．2．1 光环境模型验证

6．2．2 湿度模型验证

6．2．3 二氧化碳浓度模型验证

6．2．4 温度模型验证

6．3 模型预测结果及分析

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

已发表的论文及参加研究课题

课题资助基金