日光温室结构和覆盖材料对温室热损失的影响研究

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近些年我国日光温室取得了大规模的发展,但仍然存在光照利用率低,保温性能差,室内环境可控性差等问题,尤其是保温问题,深受种植者诟病。研究对降低对流热损失更有利的温室结构,发展保温效果更好的覆盖保温材料,具有十分重要的现实意义。本文首先通过数值模拟的方法讨论风向为北风和南风的情况,分析改变温室后顶坡度、后墙护坡坡度和前顶面形状对温室顶面对流热损失的影响,模拟结果表明:①温室后顶坡度为15~30°时,南风和北风时,温室顶面总体的对流换热系数均较低,并且温室前顶面产生的漩涡均较小,且局限于距温室前顶面两米的范围内;北风时,后顶坡度越大,在后顶面产生漩涡越剧烈,这会加剧主流区和壁面区的扰动,减薄速度边界层,不仅大幅度增加对流换热量,甚至还可能掀起或破坏覆盖物。从减少对流热损失角度出发,后顶坡度为15-30°较合适。②北风时,随着后墙坡度增大,前顶的对流换热系数降低,但后墙坡度增大会造成后顶附近漩涡区域变大,对流换热增强,此影响相对前者更为显著;南风时,后墙坡度变化对温室前顶和后顶的对流换热系数影响都很小。所以,在后墙坡度的选择时,应尽量减小后墙坡度,同时应考虑温室后墙护坡占地面积的影响。③北风时,温室前顶面的截面型线饱满度对温室前顶面的对流换热系数影响不大,截面型线越饱满,前顶处产生的漩涡越小,且后顶的对流换热系数越低。南风时,虽然温室前顶曲线越饱满,在前顶的对流换热系数越高,但温室后顶的对流换热系数的降低相对更大。因此,综合考虑南风和北风时对流换热的影响,在选定温室前顶形状时,从减少对流热损失角度出发,应该选用饱满度高的截面型线。其次研究了夜间温室外表面发射率对天空辐射的影响,计算了周围空气的等量温度,通过选择合适的数学模型,研究了改变温室最外层覆盖物的发射率和覆盖材料的热导率对温室热损失的影响规律。结果表明:①降低最外层覆盖物的发射率,能够很大幅度的降低温室外壁面对外的总热流量,在热导率为0.092W/(m·K)时,发射率为0.1的总热流量比发射率为0.3、0.5、0.7和0.9的总热流量分别降低9.2%、17.5%、26.2%和33.5%,降低发射率对提高温室内部空气平均温度效果显著;发射率越高,辐射热流量占总的热流量的比例也越高,发射率为0.1时所占比例仅为9%,发射率为0.9时,所占比例达到了53%;降低发射率虽然增加了对流换热的热流量,但相对辐射热流量的降低而言较小。②通过对比不同热导率工况下改变发射率对温室热损失的影响,结果发现热导率越高的工况,降低覆盖膜发射率对降低总的热流量效果越明显,对降低温室热损失能够起到越好的效果。③发射率一定时,降低覆盖保温材料的热导率,对温室的总热流量降低效果显著,热导率为0.05W/(m·K)总热流量要比热导率为0.092W/(m·K)、0.2W/(m·K)和0.3W/(m·K)的总热流量分别降低约26%、63%和77%;热导率增大,辐射热流量虽然在数值上增加,但在总热流量中所占的比例降低。热导率的改变对周围空气的对流换热量的影响要比对辐射热流量的影响要显著的多。
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