重庆江津典型塑料大棚温湿度预测及应用

发布时间：2020-08-12 19:47

【摘要】：设施农业是利用一定的人工设施,依靠先进的科学技术在局部范围改善或创造优化的环境气象因素,为动植物生长发育提供适宜的环境条件而进行有效的专业化、集约化、规模化农业生产,是现代农业的一个重要发展方向。目前,重庆市设施农业的效益较低,以设施农业为支撑的新型农业产业还未形成。在重庆地区的设施农业设备中,主要是简易塑料小拱棚、塑料连栋大棚,以及少量的科研、观光型现代化智能温室。在栽培方式一定的条件下,设施小气候是影响塑料大棚内作物生长发育和品质的重要因素,因此,系统研究设施内小气候特征及建立塑料大棚内小气候预报模型可为设施农业生产环境调控和栽培管理提供科学依据。文中以重庆市江津区农试站塑料大棚为例,依据能量平衡和传热学理论,详细分析了影响塑料大棚室内空气温湿度的环境因素,建立了覆盖层、作物冠层、土壤层、空气层非稳态能量平衡方程及空气层非稳态湿平衡方程。机理模型以室外环境参数、塑料大棚物理参数、作物特征参数为输入变量,在数学模型求解中采用对非线性方程组高阶降至一阶、赋值试算等数学方法,并通过计算机软件对数学模型实现编程,最终可以输出任意时刻的室内空气温度及相对湿度。在重庆市江津区农试站塑料大棚进行两个阶段测试,第一阶段针对植物处于不同生长阶段的三个独栋塑料大棚进行测试,第二阶段针对重庆江津独栋塑料大棚春季阴、晴、雨三种天气状况,测试内容主要包括室内外太阳辐射强度、门处风速、室外风速、室内外空气温度、室内外空气相对湿度、室内外土壤表层温度,并对室内外空气温度、相对湿度、太阳辐射强度,门处风速及室外有效风速,不同高度不同位置室内温湿度进行了对比分析。在对机理模型计算中,结合最优化方法及重庆地区塑料大棚特征,根据实测取值确定了对流换热系数取值,提高温湿度预测精确度。结果显示:晴天、雨天、多云三种天气下,室内空气温度实测与模拟值的标准误差为1.28、0.72、0.93℃,相对误差分别为6%、4%、3%,决定系数分别为0.76、0.74、0.81,室内空气相对湿度实测与模拟值的标准误差为0.08、0.09、0.06,相对误差分别为13%、10%、9%,决定系数分别为0.81、0.55、1.16。与机理模型相比,本文同时运用观测数据,以室外空气温度、相对湿度、风速、太阳辐射强度为自变量,以室内空气温度、相对湿度为因变量,利用多元逐步线性回归的方法,相继构建室内温湿度白天和夜间预测模型,并对模型进行了验证。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S625
【图文】：

示意图,塑料大棚,热量平衡,示意图

研究对塑料大棚室内空气热湿平衡模型作如下假设：① 系统上界距塑料大棚外围有一定距离，假定塑料大棚的存在对室外环境参数无直接影响[26]；② 覆盖材料为聚乙烯膜，薄膜厚度小，忽略薄膜内外温差，认为薄膜内外温度相同；③ 把大棚内部的空气看作一个整体，在所考虑的时刻塑料大棚内的温湿度分布均匀,以一个平均状态参数代表整体状况；④ 依据 Kindelan 的结论，针于大型温室，不考虑土壤中的水平方向的能流对模拟结果误差不大，此室内土壤传热计算模型按一维处理；⑤ 认为作物冠层和土壤表面温度分布均匀，不计在三维方向的温度差异，以一个平均状态参数代表整体状况；⑥ 空气密度和比热容不随相对湿度和温度变化。2.2 模型描述

示意图,塑料大棚,热量,示意图

图 2.2 夜晚塑料大棚热量关系示意图Fig. 2.2 A sketch map of heat relation in a plastic greenhouse during the night塑料大棚能量及质量平衡是微气候机理建模的理论基础。空气温度的升高或降低主要受塑料大棚中显热和潜热影响，其中包括室外太阳辐射、自然通风引起的塑料大棚内外空气间能量交换、空气与作物冠层的对流换热、作物冠层和塑料薄膜之间的辐射换热、深层土壤对地表的热传导。由于作物呼吸和光合作用的耗能很小，忽略作物呼吸和光合作用对模型的影响，大棚覆盖材料内表面水蒸汽凝结量很少，从而产生的汽化潜热量也很小，因此建模时不考虑水汽凝结。塑料大棚涉及的主要能量交换方式有对流换热、辐射换热、热传导和汽化潜热，能量传递示意图参见图2.1、2.2。2.2.1 覆盖层热平衡方程

示意图,能量传递,覆盖层,示意图

【参考文献】