温室内部环境的数学建模优化方案

通过计算系统部件间的稳态传热率对系统的单个部件进行能量平衡建模，以预测长期逐时的准稳态条件。图11.2所示的这些部件包括盖层/织物、植被、土壤表面和内部空气。

图11.2 温室主要单元之间的热质传递

这种方法类似于对人居建筑物中的热物理环境建模，不同之处在于温室中植物与其环境之间水分交换率高，所以必须考虑水蒸气所含的能量。温室的热传递关系已经被集成在各种动态模拟模型中（Businger，1963；Walker，1965；Takakura等，1969；Iwakiri，1971；Kimball，1973，1986；Froehlich，1976；VanBavel和Sadler，1979a；Slack和Clark，1973；Ahmadi和Glockner，1982）。所有这些模型由一组能量平衡方程构成，每个温室部件都由一个方程表示（Seginer和Levav，1971）。联立这些方程组可求解温度，因为温度是确定植物生长速率最重要的参数。由于地面的热容量通常比温室其他部件的热容量大几个数量级，因此储存在地面中的热量显得更加重要。相比之下，存储在其他部件中的热量则通常可以忽略不计，并且在瞬态分析中，其热响应可以被认为足够快，使得它们在稳态条件下具有有效性。同时，可以用类似的方式处理内部空气的水蒸气和二氧化碳含量的质量平衡问题。采用迭代的数值近似方法可以求解非线性联立方程。

另一种方法是确定温室环境对外部影响的时间响应。由于这种响应是整个温室结构的一种特征，所以不需要考虑温室各部件之间复杂的相互作用。这种方法在参考几种类型温室的实验数据后可以被准确应用于类似的温室（Takakura，1967）。同时，它也可被用于温室环境的适应性控制（Udink ten Cate，1985）。(https://www.xing528.com)

对于温室，使用对太阳辐射有高透射率的盖层材料可以提高太阳能量收益的速率。尽管不可避免会产生一些反射，透射的太阳辐射大部分会被植被和土壤所吸收。假设天空辐射是各向同性的，并且天球的发射率为1，此时可以计算单位地面面积上盖层辐射损失的净热流。长波辐射是由温室内的物体发射的，而温室的辐射损失也包括通过盖层材料的辐射。许多塑料对长波辐射具有透明性，而低铁玻璃对其则不透明。对流换热受风速影响很大，在一定程度上也受相对于温室的风向的影响。模拟温室形状的钝体风洞试验表明，当在边界层上方测得的自由来流风速为18m/s时，稳态对流传热系数h可高达100W/（m²K）（Iqbal和Kharty，1977）。

在常规温室中，通风产生的与周围环境的热交换是由渗风、强制通风和浮力驱动的自然通风共同作用的结果。在正常操作条件下，气承式温室中仅存在强制通风。相对于周围环境的总空气变化率是确定通风换热量最重要的参数。由于农作物与其环境之间通常存在较高的水分传递，因此应考虑由于通风而引起的与外部环境交换水蒸气所产生的能量交换，通常假设水蒸气的潜热不随温度变化。导热损失可以通过假设地表以下某个深度保持某个恒定温度来计算。

通过地面的侧向导热需要进行专门的处理，但在涉及大型结构的情况下大多可以忽略不计。温室内各个部件之间的热传递可以用类似的方式来处理（Businger，1963；Seg-iner和Levav，1971；Kimball，1973，1986；Ahmadi和Glockner，1982）。