上述模拟结果,经过实测数据的验证,其误差都在工程允许范围之内,所以本文所构建的模型可以被用于预测夏季自然通风条件下的日光温室内部热环境。故本节继续运用该模型,对日光温室的通风方式、温室结构进行优化,寻求进一步降低夏季室内气温的办法。
一、温室结构的优化
从实测和模拟计算结果可以看到,前后风口对于室内空气温度的降低起到了至关重要的作用,越靠近风口处温度越低。由自然通风的原理可知,空气在风压和热压两者的共同作用下流动,任何一种驱动力的增强,都能对自然通风起到加剧的作用。后风口进风温度较低,与屋顶出口处己经存在较大温差,优化计算中降低后风口的位置,使其贴近地面,增大后进风口与屋顶出口之间的高度差,加强热压作用。利用已经得到验证的日光温室三维模型,对温室结构做上述调整。
仍然使用8月30日13:30的实测数据作用初始条件,对改进后的日光温室进行温度场模拟计算,计算域的确定和网格划分的方法与原温室稳态计算方法一致,控制方程和模拟模型的有关设置则全部与稳态模拟相同,主要的边界条件设置为:
前屋面风口:速度入口(velocity inlet)0.3m/s,入口气流温度310.1K
后墙风口:速度入口(velocity inlet)0.4m/s,入口气流温度301K
后屋面即顶窗:压力出口((pressure-outlet)
后墙:壁面(wall)定温309.9 K
土壤:壁面(wall)定温311.2K
前屋面PVC膜:壁面(wall)半透明膜,定温314.6K
山墙:壁面(wall)绝热
流场初始温度:(all zone)304K
室外温度:310.1K
计算结果如下:
由图4-9可以看到,风口位置改变以后,各测点的温度值都比原温室结构要低,说明位置改变以后风口的降温效果更为明显。图4-10表明,风口位置改变以后,日光温室内部温度梯度更为明显,尤其是温室后部,沿高度方向有较为明显的温度分层。改变位置过后的前风口,进风也更有利于大部分作物所在区域的空气流动。所以,对前后风口的位置优化是成功的,能够更有利于日光温室的夏季降温。
二、通风方式的优化
由于室外的气象条件不断变化,风向和风力都处于动态变化中,同时还受到温室附近的建筑物、地理形势、植被以及其他障碍物的影l响,风压促使的自然通风效果具有很大的不确定性,为了保证在风压变化时,温室仍然具有足够的通风能力,应该以热压作用为主导考虑因素,进行日光温室的通风优化设计。当风速小于0.4m/s时,热浮力是温室自然通风的主要驱动力。现将原温室后风口长宽均增加一倍,仍然利用g月30日13:30的气象数据,由通风口连续性方程可知,后风口风速降为0.124m1s;前风口扩大一倍,将现有风口至地面间的薄膜也揭开,则前风口风速降为0.14m/s.对优化后的日光温室进行温度场模拟计算,计算域的确定和网格划分的方法与原温室稳态计算方法一致,控制方程和模拟模型的有关设置则全部与稳态模拟相同,主要的边界条件设置为:
前屋面风口:速度入I=7(velocity inlet)0.14m/s,入口气流温度310.1K
后墙风口:速度入口(velocity inlet)0.124m/s,入口气流温度301 K
后屋面即顶窗:压力出口((Pressure-outlet)
后墙:壁面(wall)定温309.9 K
土壤:壁面(wall)定温311.2K
前屋面PVC膜:壁面(wall)半透明膜,定温314.6K
山墙:壁面(wall)绝热
流场初始温度:(all zone)304K
室外温度:310.1K
计算结果如下:
由图4-11和图4-12可知,前后风口风速降低以后,在热压为主要驱动力的通风条件下,室内各测点的温度均低于原温室结构。通风降温效果明显增强,除了靠近覆盖膜的边界测点而外,处于作物生长区的测点温度都不超过37℃,不超过光合作用的运行温度,并且处于作物呼吸作用的适宜范围,能够适应并促进作物的生长。
三、两种优化方式的比较
图4-13为上述两种优化方式与温室原结构的通风降温效果对比,可以看到,以热压作物主要驱动力的自然通风效果最好,此时室外风向的变化,对室内造成的影响不大,能够保证室内一直处于比较良好的通风状况。两种优化方式都非常容易实现,无论新建温室,还是己有温室的改造,都简单易行。http://www.zhenghangsy.net