节能日光温室是我国北方设施农业生产的主要形式。节能日光温室充分利用太阳能,并以太阳能作为主要能量来源,通过前屋面采光吸收太阳能,以及保温蓄热围护结构实现蓄放热循环,为温室作物生产提供适宜的光温环境。因此,合理阳光透过率、温室保温能力和蓄热能力是保证作物冬季生产的关键。针对节能日光温室特有的生产方式,采用试验、数值模拟计算及开发软件分析等方法,探讨温室内的光热环境变化,掌握温室内光热环境变化规律,依据合理的温室采光、保温和蓄热理论,形成温室设计的理论方法。论文主要研究三个方面的问题:节能温室的合理采光问题,太阳光如何最大限度进入温室内,提高温室内的采光量;合理保温问题,减少温室向室外释放热量;合理蓄热问题,将能量存储在温室内,供夜间维持室内温度。本研究主要基于热平衡原理,以日为周期,以温室内吸收的热量大于等于温室向外释放的热量为依据,确定温室相关参数,包括跨度、脊高、脊位比、后墙高度、前坡面倾角、保温被选择、墙体材料及厚度等,主要的研究成果如下:(1)通过试验数据研究分析,明确太阳辐射强度、室外温度及温室的围护结构是温室内环境的关键影响因素。前坡热流呈现“减小—增大—稳定”周期性变化过程,为温室内部主要的放热部分;后坡主要吸收温室内部的热量,基本不放热;后墙和土壤为温室内部主要蓄热部分,墙体吸收太阳辐射22.78%,向室内释放吸收热量50%以上;土壤吸收太阳辐射16.34%,向室内释放吸收热量50%以上。后墙和土壤温度均随厚度和深度增加而减小,后墙厚度在0.3m处和0.4m处温度全天基本无明显变化,可以认为是恒温层,墙体呈现―整体吸热-靠表面层放热内部吸热-整体放热‖过程,土壤厚度在0.8m以上温度基本恒定,无明显变化。(2)采用线性回归和加权马尔可夫链方法,对温室内空气温度、湿度、土壤温度等进行分类预测,结果和实验结果吻合,表明该方法能够对短期内温室内部相关环境参数进行预测;利用加权马尔可夫链预测结果,作为有限元模拟的边界条件,利用ANSYS软件中的非稳态热分析方法,对温室内墙体和土壤由表及里的温度变化进行模拟,结果与试验测试结果一致,利用该方法对墙体蓄热层和保温层的合理厚度进行模拟分析,得到给定室内外温度变化情况下温室墙体的最优蓄热层和保温层厚度,分析温室内部土壤温度变化情况,使土壤温度调节更加精准。(3)开发基于热平衡理论的温室设计软件。根据北方寒区特点,按照合理采光、保温和蓄热理论方法,以温室蓄放热平衡为目标,建立相应的约束条件,满足温室采光、保温和蓄热需求,根据输入温室基本参数,计算温室设计参数,满足温室采光需求,使墙体和围护结构能够达到保温和蓄热效果;并利用设计结果进行温室参数优化分析,使设计温室更加合理,为温室设计者提供帮助。本研究明确了北方寒区节能日光温室太阳辐射、热流变化以及温度变化规律,明确了太阳辐射强度、温度、墙体等是节能日光温室环境关键影响因素。建立了数值计算和有限元模拟相结合的计算模拟方法。开发出基于热平衡理论的节能温室设计系统,使温室设计更加合理。