现代温室是一种高能耗的抗逆性生产设施,降温和加温都需要消耗大量的能源,节约温室能耗已成为设施农业发展的突出问题。因此,为降低能耗和提高温室热性能,开展了温室能耗建模、降温与加温条件下的温室内计算流体(CFD)建模、基于流场分析的温室环境优化设计、基于CFD流场与能耗预测模型(EPM)的温室能耗控制等方面的研究。第1章:综述温室能耗模型、室内CFD建模和温室能耗控制方法的研究现状,分析了课题的研究背景和意义,给出了本课题的研究内容和总体框架。第2章:针对温室能量传递过程的非线性、多因素耦合等特点,提出了一种温室降温能耗的模型优化预测(MOP)方法。建立了温室能耗预测物理模型,结合Sobol’灵敏度分析方法对物理模型中的待定参数进行简化,有效提高了模型参数辨识过程的收敛速度;提出了一种面向温室能耗预测的自适应粒子群遗传算法(APSO-GA),实现温室降温能耗的快速和准确预测;通过在Venlo型温室进行降温实验,验证了模型及算法的有效性。第3章:针对半封闭式温室加温物理过程的特征,建立了温室的加热能耗预测模型,并结合自加速粒子群遗传算法(SPSO-GA)优化模型的待定参数,实现半封闭式温室加温能耗的准确预测;通过上海地区半封闭式温室的加温实验,证明了温室能耗的MOP方法具有较广泛的适用性。第4章:分析温室内空气流体动力学属性,基于Darcy-Forchheimer方程推导出作物对室内环境影响的质量、动力和能量源项方程;结合标准k-ε模型,构建并求解温室湿帘-风机降温条件下的三维非稳态模型;通过仿真分析温室的降温性能,揭示了湿帘面积和风机速度参数对室内降温环境的影响规律;提出了一种基于CFD流场分析的温室降温系统设计方法,实现不同温室条件下的降温湿帘面积和风机参数的合理选配。第5章:利用温室能耗预测模型分析了温室的热负荷,设计了浅表水源热泵加热系统(SWSHPS);采用Lam-Bremhorst低雷诺数模型构建温室加热系统CFD模型,实现了室内的风机盘管位置与分布的优化设计。提出了一种结合能耗预测和流场分析的温室加热系统的设计方法,并通过实验验证了设计方法的有效性。第6章:采用CFD离线预测方法确定风机盘管组的优先级,结合EPM在线预测和优化温室的能耗需求,提出了一种基于CFD-EPM的温室加热控制方法。构建实验平台,编写相应的控制软件,分析和评估CFD-EPM控制方法的效能,验证了控制方法具有能耗低、控制精度高和响应速度快等优势。第7章:总结了本文的主要研究内容和创新点,对未来的研究工作进行了展望。