日光温室以其优良的保温节能特性,在中国北方得到广泛应用。墙体作为日光温室中最重要的围护结构兼有承重、保温和蓄热的功能,对于保持温室气温的稳定起着至关重要的作用。墙体蓄放热能力的优劣,一方面与墙体材料的储热特性有关,另一方面取决于蓄热层厚度。因此,确定日光温室蓄热层厚度,对于推进日光温室墙体改进,推动设施农业发展意义重大。本文从探索温室墙体蓄热层厚出发,采用温室测试、模型计算与虚拟仿真模拟等技术对影响温室墙体蓄热层厚度的墙体表面太阳辐射照度、墙体内部温度两个关键因素进行了研究。首先,该文在总结已有日光温室太阳辐射模型的基础上,通过气象数据,地球、太阳的运动规律以及太阳光线与日光温室前屋面入射角的关系,建立了较为完善的日光温室太阳辐射模型,并利用该模型对温室内部辐射规律进行分析。其次,以温室内太阳辐射与室外气温作为输入条件,按照试验温室实际尺寸和相关关系进行参数化建模并模拟计算不同月份墙体温度场变化。最后测试不同墙体类型的日光温室墙体内部温度变化,通过对墙体内部温度衰减变化,对墙体蓄热层厚度进行计算与验证。得出主要结论如下:(1)本研究通过气象数据,地球、太阳的运动规律,建立太阳光线与屋面之间的关系,并求解屋面任意位置、任意时刻的入射角与透光率计算照射在地面与墙体表面不同位置的太阳辐射照度,建立了晴天(无云)的日光温室太阳辐射模型。通过对典型晴天实测值与计算值进行比较,计算值与真实值平均偏差最大为63.46 W/m~2,平均绝对误差最大为63.48 W/m~2,均方根误差最大为79.18 W/m~2,决定系数在0.95~0.99范围内。计算某地区某时刻墙体与地面的太阳辐射照度较为准确,用于分析温室内不同季节地面与墙体表面辐射规律以及透光率的变化规律的准确性高。(2)通过太阳辐射模型分析发现,正午前后4 h范围内,温室前屋面各位置入射角与透光率随时间变化不明显;同一时刻前屋面各位置处入射角变化明显,但透光率变化不明显。早晚其他时刻,温室前屋面各点入射角与透光率随时间变化较为明显;同一时刻前屋面各位置处入射角变化不大,但透光率变化差异较为明显。相比于受屋面角度的影响而言,透光率受时间即太阳方位与太阳高度角的影响更大。(3)通过太阳辐射模型分析发现,温室墙体表面与地面太阳辐射随季节的变化而变化。春秋分是一年中墙体与地面接受太阳辐射时间最长的节气,此时墙体表面与地面太阳辐射照度大致相当。春分到秋分期间,地面辐射照度高于墙体表面辐射照度。从秋分到春分期间,墙体表面太阳辐射照度大于地面太阳辐射照度。不同区域温室内太阳辐射状况主要受纬度影响,低纬度地区较高纬度地区而言,冬季太阳辐射量大,夏季辐射量小。(4)温室方位角变化在20°以内,对于地面光照影响不大,主要影响墙体接受太阳光辐射照度的大小。南偏西可以延后温室墙体蓄热时间,使夜间温度保持在较高水平。墙体的表面倾角变化会影响墙体表面的太阳辐射照度,最终会影响到墙体的蓄热能力。在墙体高度不变的情况下,墙体表面倾斜10°,可增加墙体表面面积1.54%,墙体表面倾斜至20°时,可增加墙体表面面积6.62%。与无倾斜墙体相比,倾斜10°与20°单位面积太阳辐射照度在一年内分别可提高0.40~1.32 MJ/m~2与0.47~2.47MJ/m~2,即提高了3.91%~32.18%与4.66%~60.35%。(5)本文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,发现以温室墙体、地面太阳辐射强度与室外的空气温度为输入条件,综合考虑温室墙体内部导热,与室内外空气对流换热、辐射换热,利用CFD软件模拟温室墙体内部温度场变化,结果吻合较好,说明了采用CFD模拟温室墙体温度场的变化是可行的,可靠性较高。(6)选取了目前外保温应用的混凝土后墙、砖墙、模块化土墙三种温室类型,根据1-4月份测试结果来看,温室内部温度随气温回升而整体提高,不同墙体不同深度处温度波动幅度相差不大。通过分析墙体内部温度衰减,通过对衰减因子进行Logistic回归分析,定义温室墙体内部厚度相邻1 cm处温度衰减因子变化不超过0.01时即为温室蓄热层厚度。可认为陶粒混凝土温室墙体蓄热层厚度为16 cm、砖墙温室厚度为32 cm、模块化土块温室墙体厚度为25 cm。导热系数小的材料作墙体蓄热层时,蓄热层厚度也较小。(7)墙体可划分为“保温层、稳定层、蓄热层”,各层的厚度与墙体蓄热材料、保温材料的热物性有关。从本文测试的结果来看,在墙体材料热物性不变的情况下,各层受外界环境的综合影响厚度变化不大。综上所述,本研究总结出了以太阳辐射照度作为温室CFD模拟的边界条件与初始条件进行模拟计算温室墙体温度场变化,再通过对温室数据进一步分析确定温室墙体蓄热层厚度的方法。该方法可根据不同地区气候环境、不同材料与温室结构类型,利用CFD技术模拟温室墙体温度场,确定蓄热层厚度,对丰富日光温室墙体蓄热层厚度确定方法和理论具有重要意义。研究结果可为日光温室内墙体蓄热、屋面优化、作物种植、围护结构能量平衡等研究提供理论参考与相关数据。也可为可为其他区域优选温室墙体结构,推进日光温室墙体改进提供依据和参考。