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南 波 邓朕行 宋佳龙 等 前屋面曲线形状对日光温室热环境影响研究 J 沈阳农业大学学报 2026 57 1 123 132 NANB DENGZX SONGJL etal Studyontheinfluenceoffrontroofcurveshapeonthethermalenvironmentofsolargreenhouse J Journal ofShenyangAgriculturalUniversity 2026 57 1 123 132 前屋面曲线形状对日光温室热环境影响研究 南 波 1 邓朕行 1 宋佳龙 1 李月瑶 2 翟忠保 3 于 威 1 白义奎 1 1 沈阳农业大学水利学院 沈阳110161 2 辽宁省阜新水文局 辽宁阜新123000 3 中国水利水电第六工程局有限公司 沈阳110000 摘 要 目的 日光温室的前屋面曲线形状影响温室光照的透过率 为深入分析前屋面曲线变化对日光温室温光性能的影响 建 立一种方法来研究这种现象 方法 基于计算流体动力学 ComputationalFluidDynamics CFD 通过试验测试日光温室内和各围护 结构的温度 并与CFD模拟的温度场进行对比 结果 模拟结果与实测结果吻合度较高 二者平均误差在2 4 在此基础上 对 不同前屋面日光温室温光环境进行模拟 并提取各围护结构吸收光照 热量收支 温度 空气温度和墙体内部温度进行对比分析 结果表明 7控点样条骨架前屋面温室全天温度最高 土壤和后墙 白天吸热 在夜间向温室放热 1 5幂函数前屋面温室白天蓄热 量最大 对比传统温室北墙蓄热量增加30kJ 温度提高2 1 7幂函数前屋面温室因前屋面面积最大所以白天进入温室的太阳 能最多 在正午达到750kJ 相比传统温室提高了82 结论 研究结果为日光温室前屋面曲线形状优化提供参考 关键词 日光温室 CFD模拟 采光面形状 温光性能 中图分类号 TU111 文献标志码 A 文章编号 1000 1700 2026 01 0123 10 Study on the Influence of Front Roof Curve Shape on the Thermal Environment of Solar Greenhouse NANBo 1 DENGZhenxing 1 SONGJialong 1 LIYueyao 2 ZHAIZhongbao 3 YUWei 1 BAIYikui 1 1 ShenyangAgriculturalUniversity CollegeofWaterConservancy Shenyang110161 China 2 FuxinHydrologyBureauofLiaoningProvince FuxinLiaoning 123000 China 3 SinohydroBureau6CO LTD Shenyang110000 China Abstract Objective The shape of the front roof curve in solar greenhouses significantly affects the light transmittance of the greenhouse Methods To analyze the impact of front roof curve variations on the thermal and light performance of solar greenhouses this study utilizes Computational Fluid Dynamics CFD to simulate and compare the environmental temperatures of solar greenhouses and their enclosure structures with experimental measurements Results The results show a high degree of consistency between the simulated and measured temperature fields with an average error of 1 2 Based on this simulations of the thermal and light environmentsofsolargreenhouseswithdifferentfrontroofcurveswereconducted Dataonlightabsorption heatbalance temperatures of enclosure structures air temperature and internal wall temperatures were extracted and analyzed Results indicate that the greenhouse with a 7 node control spline skeleton curve achieved the highest temperature throughout the day The soil and rear wall absorbed heat during the day and released it into the greenhouse at night The greenhouse with a 1 5 power function skeleton curve exhibited the highest daytime heat storage with a 30 kJ increase in heat storage and a 2 temperature rise compared to the traditional greenhouse The 1 7 power function skeleton curve greenhouse having the largest front roof area allowed the highest solar energy input during the day peaking at 750 kJ at noon an 82 increase compared to the traditional greenhouse Conclusion The findingsofthisstudyprovideareferenceforoptimizingthefrontroofcurveshapeofsolargreenhouses Key words solargreenhouse CFDsimulation lightingsurfaceshape thermalandlightperformance 沈阳农业大学学报 2026 57 1 123 132 JournalofShenyangAgriculturalUniversity DOI 10 3969 j issn 1000 1700 2026 01 013 收稿日期 Received 2025 09 24 修回日期 Revised 2025 12 10 接受日期 Accepted 2025 12 15 基金项目 辽宁省重点研发项目 210200022 第一作者 南 波 1984 男 博士 副教授 从事日光温室环境及保温性能的研究 E mail nanbo 通信作者 白义奎 1968 男 博士 教授 从事日光温室环境及保温性能的研究 E mail baiyikui 沈 阳 农 业 大 学 学 报 第57卷 在中国北方地区蔬菜越冬栽培生产体系中 日光温室是支撑该区域冬季蔬菜供应的核心农业设施类型 在提升农户生产收益与优化居民生活品质方面发挥关键支撑作用 其以太阳辐射为核心日能量输入源 无需 额外人工加温即可满足冬季喜温蔬菜的生产需求 具有效率高 绿色 低成本 可持续发展等特点 前屋面钢 骨架作为日光温室的重要采光结构 直接决定了温室的温度 光照环境以及其蓄放热性能 1 齐飞等 2 针对日 光温室骨架曲线的高效构建需求 构建并提出一种数值化实现方法 其方法的核心逻辑为 先界定空间屋脊点 位置 生产作业最低高度 前屋面屋脊段坡度与底脚段坡度4类关键控制参数 再基于参数间的内在关联关系 直接推导得出骨架曲线的数值化解析表达式 赵昱权 3 以关中杨凌地区的太阳辐射和气候特征为例 在确定 温室设施前屋面角 跨度 脊高等基础参数的前提下 通过对太阳辐射通量的计算得出3次样条函数的前屋面 曲线温室吸收的太阳辐射量最多 杨文雄等 4 的研究表明 随着前屋面倾角的增大 前屋面的平均透光率 以 及指定时间段内日光温室地面 墙面与后屋面的平均辐射照度 均呈现不同幅度的提升 齐飞等 2 在日光温室 前屋面核心设计参数 含屋脊点位置 最低作业高度 屋脊处坡度及底脚坡度 均已明确的基础上 以采用双圆 抛物线 双抛物线 椭圆面 幂函数五种不同骨架曲线结构的日光温室为对象 开展了采光性能专项模拟研究 其中双抛物线骨架曲线在采光性能上是可靠的 在作物生长与发育的整个进程中 温度与光照是两类对其生 理代谢及形态建成具有关键支撑作用的核心环境要素 综上分析 合理优化日光温室前坡面采光曲线的设 计 不仅能有效满足作物生长发育的光环境需求 保证其正常生长 还能显著提高温室系统的经济收益 在农 业生产中发挥关键支撑作用 5 随着计算流体力学 ComputationalFluidDynamics CFD 与数值传热的不断发展 CFD成为研究温室微气候 的有力工具 通过数值模拟技术不仅具备成本经济性特点 其输出的研究结果还可实现可视化表达 6 7 佟国红 等 8 12 利用CFD技术对日光温室内部温度场的动态变化进行分析 结果表明 实测数据与模拟数据的吻合度较 高 李夏青等 13 以冬季日光温室内部温度场为分析对象开展模拟研究 通过与实测数据的对比验证以确保模 拟结果的可靠性 在此基础上进一步阐明了冬季日光温室内温度场与湿度场的空间分布规律 刘联胜等 14 采 用CFD技术构建并优化了不同保温供暖工况下的日光温室环境数值模拟模型 其模拟输出结果显示 采用常 规方式安装后墙散热器时 会在散热器周边墙体形成局部高温区域 该区域会显著提升墙体的散热量 此研究 与王冬计等 15 的相关研究结果相契合 ZHANG等 16 在前人研究的基础上 综合考虑了太阳运动规律 气象资 料和材料的光学性质 建立了太阳辐射模型 其结果与测试值拟合度良好 利用建立的模型可对日光温室的取 向和结构进行优化 许红军等 17 以砖墙温室为研究对象 利用CFD软件对温室墙体温度场动态变化进行模拟 及验证 结果表明利用CFD软件模拟温室墙体内部温度场变化 吻合度较好 并且将墙体划分为 保温层 稳定 层 蓄热层 所以利用CFD技术可以研究温室内部温度场变化规律 分析不同条件下温室内部空气及围护结 构的温度变化 18 20 日光温室主要是通过前屋面获得太阳能 前屋面的曲线形状直接决定太阳入射角和透光率 合理的曲线 形状能使光照分布更均匀 日照时间更长 进而得到更优良的温热环节 本研究将以沈阳地区环境为背景 利 用CFD对4种前屋面曲线形状的日光温室进行模拟研究 通过综合对比各个温室的温度和光照指标 进一步明 确不同前屋面曲线形状的日光温室在温光微环境上的动态变化特征 以期为日光温室前屋面结构的优化改进 提供关键参考依据 1 材料与方法 1 1 CFD模拟模型的物理模型 为系统明确日光温室的温光环境特性 研究以传 统典型前屋面日光温室 辽沈 型 为对照温室 其温室 结构参数见图1 在此基础上 基于AnsysFluent软件 的Geometry模块开展日光温室3D模型构建工作 图2 X轴负向为东 Z轴负向为北 东西向温室总长60m 温 室宽度12m 净跨度11 52m 脊高4 2m 北墙高3 5m 后屋面水平投影宽度为1 5m 北墙总厚度0 48m 墙体 图1 日光温室剖面图 Figure 1 Section view of solar greenhouse 聚苯乙烯板 3 6m 粉煤灰砖墙 聚苯乙烯板 4 2m Y Z 3 5m 0 10000mm 12000mm 1500mm 100mm 380mm DA 124 第1期 南 波等 前屋面曲线形状对日光温室热环境影响研究 由380mm粉煤灰砖墙 100mm聚苯乙烯板组成 1 2 模型假设 基于降低计算设备算力消耗 简化模型计算难度 及减少计算时长的考量 在确保日光温室CFD模型具 备合理有效性的基础上 实施下述模型简化措施 图2 1 将温室界定为完全密闭系统 不考虑温室内外的空 气交换 2 不考虑温室内作物 作物在温室内的存在 会对空气流动 热量吸收和释放 蒸发等方面产生影 响 该假设减少模型中空气流动和热量交换的复杂性 室内空气设置成理想气体 空气确实可能接近理想气 体的状态 尤其是在常温常压下 3 假设空气为理想 气体 不考虑水蒸气湿度的影响 1 3 控制方程 以CFD数值模拟为核心工具 本研究构建了用于 模拟计算日光温室内部传热过程的数值传热模型 在该模型的传热模拟环节中 温室内外热量交换的物理过 程需严格遵循质量守恒 动量守恒与能量守恒三大基础定律 1 质量守恒方程 t v S m 1 式中 为密度 kg m 3 t为时间 s v为速度 m s 1 S m 为质量源项 2 动量守恒方程 t v v P eff F 2 式中 P为压强 Pa 为应力张量 F为重力引起的动量源项 3 能量守恒方程 t E v E P k eff T j h j J j eff v S h 3 式中 E为能量 J 为有效传热率 W m 1 K 1 T为温度 K eff 为有效应力张量 S h 为能量源项 4 湍流模型 t k x i ku i x i t k k x j G k G b Y M S k 4 t x i u i x j t x j C 1 k G k G 3 G b C 2 2 k S 5 式中 G k 为由层流速度梯度而诱发的湍动能生成项 G b 为由浮力作用驱动产生的湍动能生成项 Y M 为可压缩流 动工况下 湍流脉动膨胀向全局流场传递时对湍流耗散率的附加贡献项 C 1 C 2 C 3 为模型固有常量参数 k 和 分别为对应湍动能方程K方程和湍流耗散率方程 方程的湍流Prandtl数 S k 和S 为用户定义的湍动能源项和 湍流耗散源率源项 5 辐射模型 太阳能作为日光温室的核心能量输入源 直接影响温室内部能量平衡 因此 在数值模拟过程中 需启用 太阳负荷计算模型以量化该能量输入 同时借助太阳光线追迹技术 对太阳方位参数 辐照强度及材料辐射热 物理关键参数进行系统设定 本研究选用DO辐射模型开展辐射特性模拟 该模型的计算控制方程为 I r s a s I r s an 2 T 4 s 4 0 4 I r s s s d 6 图2 日光温室几何模型 Figure 2 Geometric model of solar greenhouse X轴负向为东 Z轴负向为北 ThenegativedirectionoftheX axispointstotheeast andthenegativedirectionof theZ axispointstothenorth Y Z X 125 沈 阳 农 业 大 学 学 报 第57卷 式中 r s s 分别为位置向量 方位向量与散射方向向量 a s n分别为吸收系数 散射系数和折射系数 I为太 阳辐射强度 W m 2 T为当地温度 K 为斯蒂芬 玻尔兹曼常数 5 67 10 8 W m 2 K 4 为相位函数 用于描 述散射辐射的方向分布特性 为空间立体角 1 4 采光面形状设计 本研究在系统总结国内外学者关于日光温室采光曲线设计研究成果的基础上 以传统日光温室骨架曲线 TraditionalSkeletonCurve TS 设为对照组 围绕 提高采光角度 增大有效采光面积 的核心设计目标 最终设 计得到3种新型采光骨架曲线 具体为7控点样条曲线 7nodeControlSplineSkeletonCurve 7NCS 相比传统曲 线 光环境分布更均匀 弧长更长 整体照明角度更大 可提升温室内光照覆盖范围 1 5幂函数温室 1 5Power FunctionSkeletonCurve 1 5PF 平均光照率较传统曲线提高9 6 17 4 空间辐射分布更优 适合中等光照需 求场景 1 7幂函数温室 1 7PowerFunctionSkeletonCurve 1 7PF 形成更平缓的屋面曲线 最大化太阳辐射截 获能力 尤其适合冬季低纬度光照条件 21 1 5幂函数 y 3 28x 1 5 0 9 7 1 7幂函数 y 4 04x 1 7 1 34 8 对4种前屋面骨架曲线的采光倾角和前屋面弧线长度进行计算 计算过程如下 温室的采光面的太阳入射角为前屋面法线方向与太阳高度角的夹角 即 n h 9 式中 n 为前屋面整体法线角度 通常取屋面中间或拟合的平均值 h为太阳高度角 在沈阳地区冬至日12 00 前屋面整体角度计算 以1 7幂函数为例 已知 y 4 04x 1 7 1 34 10 其切线斜率 dy dx 4 04 7 x 6 7 11 切线角度 tan 1 4 04 7 x 6 7 12 直接对函数在x 0 10 区间内的切线角进行积分平均 得到整体角度 int 1 10 0 10 tan 1 4 04 7 x 6 7 dx 13 计算弧线长度为 L 0 10 1 dy dx 2 dx 14 采用Matlab依照上面公式进行前屋面整体采光倾角和前屋面弧长计算 在温室净跨度11 52m 屋脊高度 4 2m不变的条件下 不同类型日光温室骨架曲线的关键结构参数与采光参数为 其中 国内传统日光温室骨架 曲线 TS 的前屋面高度为1 2m 前屋面弧长为9 761m 整体采光倾角为35 7控点样条日光温室骨架曲线 7NCS 的前屋面高度为1 4m 前屋面弧长为10 273m 整体采光倾角为42 1 5幂函数日光温室骨架曲线 1 5PF 的前屋面高度为2 2m 前屋面弧长为10 45m 整体采光倾角为44 1 7幂函数日光温室骨架曲线 1 7PF 的前屋面高度为2 6m 前屋面弧长为11 74m 整体采光倾角为47 为方便比较 将4种骨架曲线画在一个坐 标系下 4种前屋面骨架均设有相同的温室围护结构 后墙 侧墙 土壤 后屋面 和几何参数 后墙高 跨度 脊高 见图3 1 5 边界条件和计算参数 1 5 1 试验温室 本试验的日光温室位于沈阳农业大学 北纬41 4 东经123 4 该温室朝向为坐北朝南 核 126 第1期 南 波等 前屋面曲线形状对日光温室热环境影响研究 心尺寸参数为 东西向长度60m 温室宽度12m 净跨度 11 52m 总脊高4 2m 后墙高度与厚度分别为3 5m和 0 48m 材料应用上 前屋面覆盖层为PO塑料薄膜 后 屋面主体结构层由聚苯乙烯板构成 板材厚度设定为 0 3m 后墙采用0 38m粉煤灰砖墙 0 1m聚苯乙烯板的 复合墙体 试验时间为2024年12月21日 为典型晴天 温室保温被揭帘的时间为7 00 盖帘的时间为16 00 1 5 2 边界条件 本研究中边界条件的核心构成要素 包括 室外环境参数设置 室内空气参数设置 各围护 结构与土壤的材料属性参数设置 以及材料界面热交 换系数设置等 边界条件设置以实际工况参数为主 具体模型参数和边界条件分别见表1和表2 模拟初始参数配置为 时间起点设定为0 00时刻 北墙温度赋值为18 地面温度赋值为15 室内初 始温度赋值为12 其余围护结构表面温度统一赋值 图3 4种日光温室骨架采光曲线 Figure 3 Four skeleton lighting curve of solar greenhouse 参数 Parameters 导热系数Thermalconductivity W m 1 1 比热容Specificheatcapacity J kg 1 1 密度Density kg m 3 动力黏度Dynamicviscosity kg m 1 s 1 发射率Emissivity 太阳辐射吸收率Solarabsorptance PO膜 POfilm 0 19 1600 950 0 7 0 15 砖 Brick 0 76 1051 1600 0 93 0 6 聚苯乙烯板 Polystyreneboard 0 29 2510 550 0 8 0 5 土壤 Soil 0 85 1010 1700 0 92 0 6 空气 Air 0 0242 1006 43 1 225 1 81 10 5 保温被 Quilt 0 04 1600 70 0 6 表1 试验日光温室CFD模型核心材料特性参数表 Table 1 Core material characteristic parameters for the CFD model of the experimental solar greenhouse 围护结构 Envelopestructure 西墙Westwall 东墙Eastwall 后墙Rearwall PO膜POfilm 保温被Quilt 性质 Property 不透明Opaque 不透明Opaque 不透明Opaque 半透明Translucent 不透明Opaque 类型 Type 对流换热Convectiveheattransfer 对流换热Convectiveheattransfer 对流换热Convectiveheattransfer 对流辐射Convectiveradiation 对流换热Convectiveheattransfer 对流换热系数 W m 2 K 1 convectiveheattransfercoefficient 7 5 7 5 7 5 10 5 厚度 mm Thickness 200 200 800 0 05 40 表2 边界条件 Table 2 Boundary conditions 为5 首轮计算时长设定为24h 首轮计算结束后 通过输入初始化时间命令即 rpsetvar flow time0 重置 时间参数 然后进行第2轮24h计算 最终以第2轮的模拟数据作为后续分析的基础数据 1 5 3 数值方法 本研究重点分析不同前屋面曲线形状对日光温室的温光性能随时间的变化规律 针对温差 驱动下的气体流动过程 采用RNGk 模型求解 在数值模拟过程中 辐射换热计算采用DO辐射模型实施 前 屋面薄膜透光率设为0 9 压力 速度的耦合求解采用SIMPLE算法 能量方程及动量方程的离散过程采用二阶迎 风格式完成 计算时间参数设置 时间步长设定为60s 时间步数为1440 共计86400s 2 结果与分析 2 1 模型验证 为验证所建模型的有效性 将2024年12月21日的试验结果与相同环境参数条件下的模拟结果开展对比 分析 同时 通过实测各监测点在各时间节点的空气平均温度 并将其与模拟计算得到的空气平均温度值进 行逐一对比 进一步验证模型精度 用Matlab采用均方根误差 RMSE 进行误差分析 由图4可知 室内各测点 127 沈 阳 农 业 大 学 学 报 第57卷 的模拟气温与试验数据吻合度较高 从定量分析角度 试验值与模拟值的平均差值为2 4 全天试验测量值 略大于模拟值 RMSE MSE 1 n i 1 n yi y i 2 15 2 2 前屋面曲线形状对温室热环境影响 温室内空气温度是影响作物生长发育的关键环境 因子 为探究前屋面形状对室内温度动态的影响 本研 究模拟计算了4种前屋面形状日光温室一天内室内平 均气温的逐时变化过程 相关模拟结果见图5 由图5 可知 不同前屋面曲线对应的日光温室内 平均气温存 在明显差异 主要体现在7NCS 1 5PF 1 7PF温室平均 温度显著高于TS温室 在9 00后7NCS温室的平均温 度高于其他3种温室 7NCS温室内部温度在14 00达 到最大值 相较TS 1 5PF 1 7PF温室温度分别高1 2 0 1 0 2 左右 且1 7PF温室在16 00覆盖保温被后温 度降低速率最快 原因为1 7PF温室前屋面面积最大 导致热量散失较快 分别选取14 00和24 00这2个时间节点温室中部 30m处 的温度云图 由图6可知 改变前屋面曲线对 日光温室内温度分布的影响 在14 00时TS温室温度 分布不均匀很明显 由此可见 改变温室的前屋面曲 线 可以很好地改变温室内的温度梯度分布不均的现 象 同时 在温室内部靠近北墙的位置 其他3种温室 相比经典前屋面温室 在白天和夜间的温度也更高 本研究在分析前屋面曲线变化的影响时 除需系 统探究其对室内平均气温的调控作用外 还需进一步 考察该变化对室内土壤表面温度及北墙表面温度的具 体影响 为前屋面曲线的优化设计提供多维度热环境 依据 基于作物生长机制的分析维度分析 土壤表面 温度直接关联作物根系生长 其数值波动会直接影响 根系的代谢效率与生长活力 基于温室热环境维持分 析 北墙是核心蓄放热结构 且为室内最重要的蓄放热 组件 北墙表面温度的变化特征 对温室内部气温的稳 定程度具有直接决定性作用 图7重点呈现前屋面曲 线变化的影响效应 该效应具体指向日光温室内的温 度变化 聚焦于北墙表面平均温度与土壤表面平均温度的逐时变化规律 根据图中数据对比结果可观察到 当 采用不同前屋面曲线时 日光温室内两类关键界面 北墙表面 土壤表面 的平均温度 其逐时变化规律也呈现出 显著差异 由图7a可知 在揭开保温被后 温室内墙表面温度开始快速上升 其中1 5PF温室墙体内表面温度增 速最快 温度高于其他3种温室 墙体内表面温度高低依次是 1 5PF 1 7PF 7NCS TS温室 由图7b可知 在揭开 保温被到覆盖保温被的时间段 1 7PF温室室内土表面温度升温最快 在14 00左右达到峰值28 5 此时 土壤 表面温度从高到低依次为1 7PF 1 5PF 7NCS TS温室 在16 00覆盖保温被之1 5PF温室土表面降速最慢 使其 在16 00之后成为4种温室土表面温度最高的温室 图8为14 00时4种温室北墙内表面的温度云图 从图可看出 7NCS 1 5PF 1 7PF温室北墙内表面的最高 温度相比经典骨架温室的最高温度都有较大浮动的提升 7NCS 1 5PF温室墙内表面的最高温度提升1 8 左 图4 室内空气模拟与试验数据对比 Figure 4 Comparison of indoor air simulation and experimental data 图5 4种温室平均温度随时间变化曲线 Figure 5 Curve of average temperature change over time in four kinds of greenhouses 128 第1期 南 波等 前屋面曲线形状对日光温室热环境影响研究 右 1 7PF温室北墙内表面的最高温度提高2 分别相 应提高6 和7 图9揭示前屋面结构曲线对日光温室内各围护结 构热量收支逐时变化的影响特征 由图9可知 在白天 时段内 前屋面结构曲线变化对后坡热量收支的影响 程度相对较低 而对后墙 前屋面及土壤等结构的热量 收支变化 则展现出更为显著的影响效应 4种日光温 室的前屋面结构在全天24h时段内 均呈现持续放热 特征 7NCS 1 5PF 1 7PF温室前屋面全天热量散失均 大于TS温室 且1 7PF温室前屋面热量散失最大 在正 午时刻达到最值130kJ 相较TS温室前屋面热量散失 增幅为30kJ 提高30 其3种温室相较TS温室变化 范围为15 30kJ 后墙在白天积蓄热量 1 5PF温室在正午左右达到最大值120kJ 相较TS温室后墙蓄热量增 加30kJ 提高38 3种温室在白天后墙蓄热量相较TS温室变化范围为5 30kJ 随着屋面的改变 7NCS 1 5PF 1 7PF温室在白天土壤的蓄热量也随之增大 且增幅大致相同 在正午左右达到最大值 都为225kJ 相较 TS温室提高40kJ 提高22 而前屋面的改变对后坡面的热量收支变化不太显著 温度Temperature 轮廓Contour1 30 8 30 0 29 1 28 3 27 4 26 6 25 7 24 9 24 1 23 2 22 4 21 5 20 7 19 8 19 0 温度Temperature 轮廓Contour1 19 8 19 0 18 1 17 3 16 4 15 6 14 7 13 9 13 1 12 2 11 4 10 5 9 7 8 8 8 0 图6 日光温室中部截面温度场CFD模拟 Figure 6 CFD simulation of temperature field in the middle section of solar greenhouse a 4种温室中部截面在14 00温度云图 Temperaturecloudmapat14 00forthecentralsectionoffourgreenhouses b 4种温室中部截面在24 00温度云图 Temperaturecloudmapsat24 00forthecentralsectionoffourgreenhouses 图7 日光温室土壤 墙体温度变化曲线 Figure 7 Temperature variation curve of soil and wall in solar greenhouse a 4种温室墙表面平均温度随时间变化曲线 Thecurveoftheaveragesurfacetemperatureofthefourgreenhousewallsovertime b 4种温室土表面平均温度随时间变化曲线 Thecurveoftheaveragesurfacetemperatureofthefourgreenhousesoilsovertime TS 7NCS 1 5PF 1 7PF 温度Temperature 轮廓Contour1 32 5 30 7 28 9 27 1 25 4 23 6 21 8 20 0 18 2 16 4 14 6 12 9 11 1 9 3 7 5 图8 4种温室14点时北墙内表面温度云图 Figure 8 Temperature cloud picture of the inner sur face of the north wall at 14 o clock in four greenhouses 129 沈 阳 农 业 大 学 学 报 第57卷 本研究对4种不同前屋面结构温室 7NCS 1 5PF 1 7PF TS 的后墙温度分布特征进行了分析 由图10可 知 在距墙体内表面0 10cm的蓄热层区域 各温室温度分布呈现显著差异 7NCS 1 5PF和1 7PF温室在此深 度的平均温度较TS温室高2 0 3 5 其中1 5PF温室表现出最优蓄热性能 其温度峰值较TS温室高2 0 值 得注意的是 所有温室在此深度均表现出显著的热量集聚效应 同一观测时段内10cm深度截面的温度较内表 面高约3 证实该区域为墙体主要蓄热层 在距离墙体内表面20 30cm处 各温室的温度变化幅度较蓄热 层明显减小 温差约为5 相较蓄热层减少约40 且温度波动显著弱于蓄热层 尽管不同温室间在此深度 的温度差异收窄至约1 但1 5PF仍保持相对优势 当深度延伸至30 48cm时 温度梯度趋于平缓 受时间影 响较小 且整体维持在墙体温度的最低区间 日平均温度较内表面低4 2 5 8 特别值得关注的是 新型温室 结构对热工性能的改善呈现明显的空间异质性 7NCS和1 7PF系列温室在蓄热层的温度增益达12 17 但 在稳定层和深层区域的改善效果有限 5 3 讨论与结论 本研究利用CFD软件对4种前屋面曲线的日光温室进行了模拟研究 重点围绕围护结构的光照吸收规律 热量收支过程 以及室内空气温度空间分布特征 墙体内部温度动态变化规律开展分析 通过对比验证与数据 整合 归纳得出以下主要结论 基于Fluent内置太阳辐射模型 通过输入实测数据为初始条件和边界条件 对 日光温室温光环境建模 模拟值与试验值误差值小于试验平均值的6 验证模型吻合较好 7控点样条骨架 前屋面温室全天温度最高 土壤和后墙 白天吸热 在夜间向温室放热 其中1 5幂函数前屋面温室白天蓄热量 图9 前屋面曲线对温室各围护结构热量收支逐时变化的影响 Figure 9 Influence of the front roof curve on the time by time change of the heat budget of each greenhouse envelope a 前屋面热量收支 Heatbudgetofthesouthroof b 后墙热量收支 Heatbudgetofthenorthwall c 土壤热量收支 Soilheatbudget d 后坡热量收支 Northroofheatbudget 130 第1期 南 波等 前屋面曲线形状对日光温室热环境影响研究 最大 对比传统温室北墙蓄热量增加30kJ 温度提高2 本研究探讨了4种不同前屋面曲线对日光温室温光性能的影响 揭示了前屋面曲线对温室内部热环境和 光分布的作用机制 为优化温室前屋面设计提供了理论依据 然而 在实际种植条件下 作物对室内对流换热 的影响 水分蒸腾效应以及通风对温室对流换热的作用不可忽视 这些因素引入的误差对模型精度的影响仍 需进一步深入研究 参考文献 1 王天鹤 王晓祥 刘万达 等 新型日光温室内部光照分布特点分析 J 黑龙江农业科学 2022 12 63 69 WANG T H WANG X X LIU W D et al Analysis on characteristics of light distribution inside new type solar greenhouse J Heilongjiang Agricultural Sciences 2022 12 63 69 2 齐 飞 何 芬 赵云云 等 日光温室骨架合理曲线的一种数值化表达方法 J 中国农业大学学报 2024 29 7 161 169 QI F HE F ZHAO Y Y et al A numerical expression method of solar greenhouse skeleton reasonable curve J Journal of China Agricultural University 2024 29 7 161 169 3 赵昱权 关中地区日光温室前屋面曲线标准化设计 J 农业开发与装备 2022 1 135 138 ZHAO Y Q Standardized design of front roof curve of solar greenhouse in Guanzhong Area J Agricultural Development Equipment 2022 1 135 138 4 杨文雄 马承伟 不同屋面倾角对日光温室光照环境的影响模拟 J 北方园艺 2019 16 78 82 YANG W X MA C W Simulation effect of inclination angle of roof on the light environment of sunlight greenhouse J 图10 4种前屋面温室的后墙不同墙体深度温度的变化 Figure 10 Temperature changes at different wall depths o