基于CFD的两连跨日光温室热环境模拟.pdf

基于 CFD 的两连跨日光温室热环境模拟于威1，刘文合1，白义奎1，丁小明2（1.沈阳农业大学水利学院，沈阳110866；2.农业农村部规划设计研究院，北京，100125）摘要：相比单跨日光温室，两连跨日光温室具有单位面积建造成本低，土地利用率高等优势，为深入了解两连跨日光温室热环境性能，该研究基于计算流体动力学（computationalfluiddynamics，CFD）构建了相同结构参数和构造材料的单跨和两连跨日光温室热环境模型。通过试验测试两连跨日光温室内的环境温度和各围护结构表面热流，并与 CFD 模拟的温度场进行对比，结果表明模拟数据与实测数据吻合度较高。在此基础上，基于该 CFD 模型分别对两连跨和单跨日光温室热环境进行模拟，并提取各围护结构表面热流和温度、土壤温度和空气温度进行对比分析。结果表明，在相同外界气候条件下，两连跨日光温室比单跨日光温室夜间气温高 1.73.8，土壤温度高 2.93.0，墙体内表面温度高2.97.9；两连跨日光温室的土壤和墙体在夜间，持续向南侧棚室放热，热流稳定，热流密度分别为 7.118.59、12.6515.19W/m2，分别比单跨日光温室土壤、墙体表面热流密度高 0.762.42、9.7114.36W/m2。相比单跨日光温室，两连跨日光温室地表土壤温度和室内气温波动较小，热环境调节能力明显提升。该研究结果为两连跨日光温室的结构优化、耕种管理等提供参考。关键词：温室；土壤；温度；三维瞬态模拟；单跨日光温室；热环境分析；Fluent；热流分布doi：10.11975/j.issn.1002-6819.202305209中图分类号：S625文献标志码：A文章编号：1002-6819(2023)-16-0215-08于威，刘文合，白义奎，等.基于 CFD 的两连跨日光温室热环境模拟J.农业工程学报，2023，39(16)：215-222.doi:10.11975/j.issn.1002-6819.202305209http:/www.tcsae.orgYU Wei,LIU Wenhe,BAI Yikui,et al.Simulating thermal environment in a two-span solar greenhouse using CFDJ.TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),2023,39(16):215-222.(inChinesewithEnglishabstract)doi:10.11975/j.issn.1002-6819.202305209http:/www.tcsae.org0引言日光温室是中国特有的温室结构形式1，其围护结构的几何参数与材料组成，决定了温室内的热环境特性，合理的日光温室构造是日光温室环境性能优良的保证。相比传统单跨日光温室一个后墙、一个棚室，两连跨日光温室是由一个后墙、两个棚室组成。构成两连跨日光温室的双棚室可同处于后墙南侧或分建于后墙的南北两侧，其中，两棚室分建于南北两侧的两连跨日光温室也有学者称其为阴阳型温室2-4和单坡双向型日光温室5，相比较单侧（南侧）两棚室，这种南北两侧棚室的两连跨日光温室在中国历史更久远，应用更广泛。因此，下文讨论的两连跨日光温室特指此种类型。两连跨增设了北侧棚室，有效提高了土地利用效率，降低了单位面积日光温室建设成本2，双棚室的生产效益也显著提升。同时，增设北侧棚室也必将带来南侧棚室热环境特性改变。杨文雅等6在两连跨日光温室的南、北侧棚室做了对照试验，测试了太阳辐射量、空气温湿度、土壤温度及共用墙体热通量，明确了南、北棚室的热环境差异。周长吉等7对两连跨日光温室与单跨日光温室进行对照试验，指出测试期间两连跨日光温室南侧棚室的平均温度比对照单跨温室提高 5.9，北侧棚室对南侧棚室的保温作用明显。说明两连跨日光温室的双棚室结构，不仅是结构上增加北侧棚室，同时也带来了南侧温室热环境的改变。但是温度场的瞬时变化还不清楚，特别是温室围护结构热流和土壤热流变化规律还有待进一步明确。日光温室墙体、土壤等围护结构的热流规律和土壤、空气温度等因素不仅影响作物生长，也是分析热环境成因的重要依据。因此，深入了解两连跨日光温室围护结构热流规律，对温室热环境特性研究有重要意义。随着流体动力学、传热学和数值模拟计算方法的不断发展，计算流体动力学（computationalfluiddynamicsCFD）技术和软件得到普遍开发与应用8。国外许多专家利用 CFD 方法对大型联栋温室的温湿度环境进行了研究，PISCIA 等9利用 CFD 与能量平衡相结合的方法，实现了不加温联栋式温室的温湿度控制，并验证了该方法对温室温湿度研究的可靠性。SABERIAN 等10利用CFD 研究了动态太阳热负荷对联栋式温室小气候的影响，揭示了考虑太阳能热负荷在 CFD 方法模拟温室热环境时的处理方法。ESTEBAN 等11-12分别利用 CFD 方法分析温室浮力驱动的自然通风对夜间空气冷凝模型的影响，验证了 CFD 方法研究温室空气通风和空气模型方法的有效性。国内学者佟国红等13-18建立日光温室热环境的CFD 模型，并利用模型模拟分析了墙体材料、保温被卷放位置、温室跨度对日光温室温度环境的影响，在此过收稿日期：2023-05-26修订日期：2023-08-10基金项目：辽宁省重点研发项目：北方寒区生态智能型高效节能日光温室设计与装备研发(2021JH2/10200022)；2021 年辽宁省民生科技计划（农业攻关及产业化）；北京市设施蔬菜创新团队项目（BAIC01-2023)；农业农村部规划设计研究院农规英才项目（QNYC-2021-02）作者简介：于威，讲师，研究方向为农业设施与环境工程。Email：通信作者：丁小明，研究员，研究方向为温室设施装备和标准化。Email：第39卷第16期农 业 工 程 学 报 Vol.39No.162023年8月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringAug.2023215程中揭示日光温室热环境模拟的边界条件并进行验证。张芳等19-22针对大跨度保温型温室，在不同走向、自然通风等条件下，利用 CFD 技术进行热环境模拟，得到了温室内温度场分布规律。张勇等23-25利用 CFD 模拟研究了温室墙体蓄放热特性对室内热环境的影响，模拟过程中利用试验测试的方法得到了模型的初始条件。这些研究分别阐明了 CFD 技术模拟温室内环境特性时的关键问题，包括太阳能动态热负荷、空气模型、边界条件等，并且验证了结果的可靠性。因此，本文利用 CFD 技术对两连跨日光温室热环境规律进行模拟研究。通过对比单跨日光温室，分析两连跨日光温室墙体、前屋面、土壤等围护结构热量流动规律，进一步明确两连跨温室热环境特性，为两连跨日光温室的结构优化、耕种管理等提供参考。1热环境 CFD 模拟模型建立1.1物理模型为明确两连跨日光温室热环境特性，取单跨日光温室为对照温室，同时进行 CFD 模拟分析。模拟温室的结构参数如图 1 所示，两连跨与单跨日光温室围护结构（后墙、前屋面、东山墙、西山墙与土壤）材料、结构参数（跨度、脊高、后墙高、前屋面形状等）均相同。0.000a.两连跨日光温室剖面图a.Sectional drawing of two-span solar greenhouseb.单跨日光温室剖面图b.Sectional drawing of single-span solar greenhouse2.2003.5003.5000.0000.0002.2003.500S6 1201 5001 5001 5003003003003006 1206 120NSNXYZ注：S 代表南侧，N 代表北侧。X 方向的尺寸标注单位为 mm，Y 方向的尺寸标注单位为 m。Note:SandNrepresentthesouthandnorthsidesrespectively.ThedimensionsintheXdirectionareinmillimeters,andthedimensionsintheYdirectionareinmeters.图 1两连跨日光温室和单跨日光温室剖面图Fig.1Sectionsoftwo-spansolargreenhouseandsingle-spansolargreenhouse1.2模型假设模型所处地理位置设为辽宁省沈阳市，相关气象条件根据该地理位置确定，为便于模拟分析，在不影响模拟真实性，满足精度的条件下简化模型，做以下假设：1）不考虑棚室内作物对环境的影响，模拟分析过程忽略作物；2）笔者在前期研究中发现，土壤温度传播距离在15cm 范围内，影响较大，超出 1m 距离，温度梯度逐渐消失，即可忽略26。因此，设地面以下 1m 处土壤竖直换热量为零；距离温室外边缘 1m 的竖直面处土壤水平换热量为零；3）假设模拟过程中，室内无通风换气。1.3控制方程模拟空气不可压，同时遵守流体运动质量守恒、动量守恒、能量守恒规律基本物理守恒定律，联立 3 个守恒方程可以获得计算域内的各种热环境参数。连续方程、动量方程、能量方程为27(B)t+div(vB)=div(gradB)+S（1）Buv式中为通用变量，可以代表、t 等求解变量，u、v、t为三个方向的速度，m/s；为材料密度，kg/m3；为广义扩散系数；S 为广义源项。式中各项依次为瞬态项、对流项、扩散项和源项。1.4几何模型基于 Ansysfluent 下的 Geometry 模块，建立两对照温室 3D 模型(图 2)，Z 轴正方向为东，X 轴正方向为北，温室总长 60m，模型剖面尺寸如图 1，土壤体积取地表下 1m 厚，水平面尺寸为温室轮廓四周外延 1m。采用fluentmeshing 进行六面体网格划分，整体域网格基本尺寸为 50mm，共计生成1.9135106个网格单元。网格划分采用畸变度检验标准，Skewness 最大值为 0.53，小于0.85，满足网格划分标准。Xb.单跨日光温室b.Single-span solar greenhouseYZa.两连跨日光温室a.Two-span solar greenhouse注：Z 轴正方向为东，X 轴正方向为北。Note:ThepositivedirectionoftheZ-axisiseast,andthepositivedirectionoftheX-axisisnorth.图 2两连跨和单跨日光温室几何模型Fig.2Geometricmodeloftwo-spansolargreenhouseandsingle-spansolargreenhouse2边界条件和计算参数2.1试验温室供试温室位于沈阳市沈河区沈阳农业大学水利试验基地（414811.75N，1232531.18E），温室结构几何尺寸如图 3，温室总长 60m，南北两侧棚室跨度均为7.6m，后墙高 2.2m，墙厚 0.6m（0.24m 厚红砖+0.12m厚苯板+0.24m 厚红砖）。试验测试过程，棚室内无栽培作物。2.2试验方法试验布置如图 3，测试数据点包括，温度测试探头28 个，热流测试探头 24 个，室外气象站 1 个，室内气象站 1 个。以上全部测点均布置于距东山墙内表面 30m处的温室断面内，即温室东西向中间断面。216农业工程学报（http:/www.tcsae.org）2023年0.0002.2003.5003.5000.0001.0003 3006 1206 1201 5001 500300300a.温度传感器布置图a.Temperature sensor layoutb.热流传感器与室内气象站布置图b.Layout of heat flux sensor and weather station1 0001 0001.0003 3002.0002.000SNT01T02T03T04T05T06T07T08T09T10T11T12T13T14T15T16T17T18T19T20T21T22T23T24T25T26T27T280.0002.2003.5003.5000.0001.0001.5001.0000.500气象站 Weather station1.0003 3003 3002 0002 0001 5001 500375300300375375 3753753756 1206 120SNF01F02F03F04F05F07F08F09F10F11F12F13F14F15F16F17F18F19F20F21F22F23F24注：T01T28 表示温度测点，F01F24 表示热流测点，设置位置均为温室内表面。Note:T01T28representstemperaturemeasurementpoints,F01F24representsheatflowmeasurementpoints,allsetontheinnersurfaceofthegreenhouse.图 3试验测点布置示意图Fig.3Layoutofexperimentalmeasuringpoint温度和热流数据采集记录仪为美国 Campbell 公司生产的 CR1000 数据采集器和 CR3000 微数据采集器，工作温度范围均为2550。温度传感器采用德国贺利氏公司生产的探针式 PT100 温度传感器，工作温度范围为70500。热流探头采用 ukseflux 公司的 HFP01 热通量传感器，量程为20002000W/m2，工作温度为3070，测量精度为15%+5%。室内、外气象站均为德国 ADCON 公司生产的自动气象站，实时监测室内外温度、太阳辐射强度、风速等数据。试验测试时段由 2020 年 12 月 7 日至 2021 年 2 月23 日。每日揭保温被时间为 08:30，覆帘时间为 15:30，北侧棚室一直保持覆盖保温被。温度计、热流计与气象站均设定每 15min 记录一个数据。2.3边界条件边界条件包括流动变量和热变量在边界处的值。根据假设条件 4，冬季温室无通风换热，围护结构各面边界设为壁面。围护结构表面对流换热系数计算见式（2）（3）28。ci=2.5+4.2V（2）co=(2.56.0)+4.2V（3）式中 ci、co分别为内、外表面换热系数，W/(m2)；V 表示风速，m/s；（2.56.0）为常数范围项，表示自然对流的作用，温差越大，该常数项取值越大。当表面与周围气温温差在 3 以内时，取常数项的低值 2.5。经试验发现，墙体对流换热表面与接触空气温度在 3以内，故式（3）中的常数范围项，取值 2.5。2.4材料性质基于上述供试温室的构造，模型中涉及的建筑材料热物理参数取值如表 1。表1建筑材料性质29Table1Propertiesofbuildingmaterials29材料Materials密度Density（kgm3）比热容Specificheatcapacity（Jkg11）导热系数Thermalconductivity（Wm11）空气 Air1.2251006.430.0242红砖 Commonbrick17008400.42水泥 Cement23008801.5土壤 Soil88011070.94塑料薄膜 Plasticfilm92021000.047保温板 Insulationboard508800.027保温被 Quilt5010000.052.5初始条件2.5.1太阳辐射量太阳辐射强度采用 Fluent 内置离散坐标 DO 辐射模型，根据测试地点沈阳所在的经、纬度和时间计算太阳第16期于威等：基于 CFD 的两连跨日光温室热环境模拟217辐射强度，并基于光线追踪模块，对太阳辐射瞬时变化进行仿真模拟，控制方程为I(r,s)+(+s)I(r,s)=n2T44w40I(s,s)(rs)d（4）rss式中 为位置向量；为方向向量；为吸收系数；s为散射系数；I 为辐射强度（W/m2）；n 为折射系数；T 为温度（）；为相位函数；为散射方向向量；为空间立体角(1802/2)。2.5.2环境初始温度根据试验布置测点，实测温室热环境参数作为日光温室 CFD 三维瞬态热环境模拟的初始条件和验证数据。选取冬至时段的试验测试结果，2020 年 12 月 22 日（阴）和 2020 年 12 月 23 日(晴)的室外实测气象数据，作为模拟的初始条件，模拟 2020 年 12 月 22 日至 23 日 00:00至 24:00 的日光温室热环境。3模型验证与模拟分析3.1模型验证以 2021 年 12 月 23 日 00:00 为起始时刻，模拟日光温室三维瞬态热环境，并提取试验测点的热流和温度值，对模型进行验证。此处以室内空气温度为例，说明模拟验证过程。利用南侧棚室内气象站的空气温度实测值，对比 CFD 模拟的温室内气温，如图 4，计算 CFD 模拟数据与实测数据的平均相对误差为1.67，极差值为3.12，显示模型精度满足要求。经过验证其余测点的实测值与模拟值，均不存在显著差异，相对误差和极差值均小于空气温度误差和极差值，说明 CFD 模拟与试验测试吻合较好。27828228629029429830200:0002:0004:0006:0008:0010:0012:0014:0016:0018:0020:0022:0024:00温度Temperature/K时刻Time实测值 Measured value模拟值 Simulated value图 4两连跨日光温室室内气温模拟值与实测值对比Fig.4Comparisonbetweensimulatedandmeasuredindoortemperaturevaluesoftwo-spansolargreenhouse3.2围护结构热流模拟分析日光温室围护结构与棚室内、外空气的热交换量是影响温室热环境的主要因素。以 2020 年 12 月 23 日气象条件为初始参数，模拟对比单跨日光温室和两连跨日光温室各围护结构表面瞬时热流变化（图 5），负值代表围护结构吸收热量，即热量向棚室外流动，正值为围护结构向棚室内散发热量，即热流向棚室内流动。下文分析中出现的围护结构即指代图 5 所示的后墙、前屋面、后坡、土壤和山墙。由图 5 可知，全天时间，两温室内的热量通过前屋面、后坡和山墙持续散出，但两连跨日光温室比单跨日光温室热流密度分别高 0.662.11、0.311.21、1.115.55W/m2。1601301007040102000:0004:0008:0012:0016:0020:0024:0000:0004:0008:0012:0016:0020:0024:0000:0004:0008:0012:0016:0020:0024:00热流密度Heat flux/(Wm2)热流密度Heat flux/(Wm2)热流密度Heat flux/(Wm2)热流密度Heat flux/(Wm2)热流密度Heat flux/(Wm2)时刻Time时刻Time00:0004:0008:0012:0016:0020:0024:0000:0004:0008:0012:0016:0020:0024:00时刻Time时刻Timee.西山墙内表面e.Inner surface of the western walld.土壤表面d.Soil surfacec.后坡内表面c.Inner surface of back slopeb.前屋面内表面b.Inner surface of front roofa.后墙内表面a.Inner surface of the back wall时刻TimeSSGTSG220185150115804510SSGTSG1412108642SSGTSG907050301010SSGTSG70605040302010SSGTSG注：SSG 代表单跨日光温室，TSG 代表两连跨日光温室。Note:SSGrepresentsthesinglespansolargreenhouse,whileTSGrepresentsthetwospansolargreenhouse.图 5单跨日光温室和两连跨日光温室围护结构热流密度变化Fig.5Heatfluxchangesintheenclosurestructureofsingle-spanandtwo-spansolargreenhouse揭起保温被时段（08:3015:30）：两温室围护结构均吸收室内热量，热流通过围护结构向室外流出，其中单跨日光温室前屋面散热通量最大，为 210.52W/m2；两连跨日光温室的土壤和墙体，持续向南侧棚室放热，热流密度分别为 7.118.59、12.6515.19W/m2，均高于单跨日光温室，分别高 0.762.42，9.7114.36W/m2。218农业工程学报（http:/www.tcsae.org）2023年覆盖保温被时段（00:0008:30 和 15:3024:00）：只有土壤和后墙热量流向温室内，其余围护结构均持续吸收室内热量，流向室外；其中，单跨日光温室的后墙仅在 15:3024:00 时段放热，而在 00:0008:30 时段吸收室内热量，两连跨日光温室的后墙在上述两个时段均向温室内放热，即两连跨日光温室后墙放热时长比单跨日光温室后墙多 8h，且热量密度高于单跨日光温室后墙19.52W/m2。可以看出，两连跨日光温室后墙蓄放热能力明显强于单跨日光温室。由此可见，围护结构各部分的热流方向和大小，会随时间和围护结构的不同而改变。为明确各围护结构对温室热负荷的影响，研究比较各部分围护结构总热流量。如图 6 所示为覆盖保温被时段，两温室围护结构总热流量，正值为向室内放热量，负值为向室外散热量。设日光温室围护结构总放、散热量为单位 1，经计算，单跨日光温室 92.3%的得热量来自于土壤，剩余热量来自于墙体，54.6%的热量通过前屋面散失；两连跨日光温室南侧棚室 73.6%的得热量来自于土壤，其余来自于后墙，63.3%的热量通过前屋面散失。两连跨日光温室通过各围护结构总散热量比单跨日光温室多 8.15kWh。由此可见，单跨日光温室热负荷低于两连跨日光温室。4.5 15.8 1.5 23.7 3.6 3.5 7.8 20.7 2.1 21.8 5.0 4.9 2515551525BWSRBSSSEGWG热量Energy/(kWh)围护结构Enclosure structureTSGSSG注：BW、SR、BS、SS、EG、WG 分别代表围护结构中的后墙、前屋面、后坡、土壤、东山墙、西山墙。Note:BW,SR,BS,SS,EG,WGrepresentthebackwall,frontroof,backslope,soil,eastwall,andwestwallrespectively.图 6覆盖保温被时段围护结构的得散热量Fig.6Heatquantityoftheenclosurestructureduringtheperiodofcoveringtheinsulationblanket3.3后墙温度模拟分析通过上述分析发现，夜间，单跨日光温室后墙向外散失热量，而两连跨日光温室后墙向室内放热。围护结构中，后墙对温室热环境影响差异最大。因此，对两日光温室后墙表面温度变化（图 7）和墙体内温度分布（图 8）进行分析。分别选取南侧 T09、北侧 T23 墙体温度测点（图 3）进行模拟，由图 7 所示。可以看出，不覆盖保温被时段，两温室后墙南侧表面 T09 测点温度无明显差异；覆盖保温被时段，两连跨日光温室的 T09 测点温度明显高于单跨日光温室，温差为 2.97.9；单跨日光温室后墙北侧表面 T23 测点温度，全天无明显波动，近似直线；不覆盖保温被时，两连跨日光温室 T23 测点温度明显高于覆盖保温被时，且呈抛物线形，极值出现在 13:00 左右，显示其受外界环境影响明显；两连跨日光温室 T23 测点温度始终高于单跨日光温室，平均温差为 6.45。27028029030031032000:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 24:00温度Temperature/K时刻TimeTSG-T09TSG-T23SSG-T09SSG-T23图 7单跨和两连跨日光温室后墙测点温度对比曲线Fig.7Temperaturecontrastcurveofmeasuringpointatthebackwallofsingle-spanandtwo-spansolargreenhousea.15:30时日光温室后墙体温度分布a.Wall temperature distribution in solar greenhouse at 15:30b.24:00时日光温室后墙体温度分布b.Wall temperature distribution in solar greenhouse at 24:00温度Temperature/K292.00290.31288.62286.92285.23283.54281.85280.15278.46276.77275.08273.38271.69270.00285.00283.85282.69281.54280.38279.23278.08276.92275.77274.62273.46272.31271.15270.00TSG-ETSG-MTSG-WSSG-ESSG-MSSG-WTSG-ETSG-MTSG-WSSG-ESSG-MSSG-W温度Temperature/K注：图形左侧为墙体南侧，E、M、W 分别代表距离东侧山墙 0、30 和 60m的后墙截面。Note:Leftsideisthesouth，E，MandWrepresentthecross-sectionofthebackwallatadistanceof0,30,and60mfromtheeastwall,respectively.图 8日光温室后墙温度场 CFD 模拟Fig.8CFDsimulationoftemperatureonthebackwallofsolargreenhouses墙体内部的温度分布直接决定热量流动方向，因此，选取覆盖保温被时刻 15:30 和室外温度较低的深夜 24:00，模拟墙体横截面温度分布，提取距离两温室东侧山墙 0m的 E 截面、30m 的 M 截面和 60m 的 W 截面，显示后墙南北和东西方向温度的变化趋势。如图 8a 所示，15:30 时两温室后墙均出现东部温度高于西侧、南侧温度高于北侧；两连跨日光温室墙体内温度高于单跨日光温室。如图 8b 所示，24:00 时，温室后墙自身的东西部温度差异已不明显，两温室墙体内热量储存差异明显增大，两连跨日光温室墙体储热量第16期于威等：基于 CFD 的两连跨日光温室热环境模拟219更多。3.4土壤温度模拟分析土壤温度与室内气温是影响作物生长的重要环境条件，取距离土壤表面深 0、0.1、0.3、0.5、0.8m 的测点T10、T11、T12、T13、T14 土壤温度模拟值结果进行分析，如图 9。发现两温室土壤温度日变化具有相同点：距离土壤表面越近，土壤温度变化越剧烈；土壤深度大于 0.5m 的温度日波动变化量小于 1.0。3113500:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 24:0027528028529029530030500:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 24:00温度Temperature/K 温度Temperature/K T10T11T12T13T1428028529029530030500:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 24:00温度Temperature/K 时刻Timea.两连跨日光温室a.Two-span solar greenhouseb.单跨日光温室b.Single-span solar greenhousec.两连跨与单跨日光温室土壤温度差异变化曲线c.Soil temperature difference between two-spanand single span solar greenhouses时刻Time时刻Time T10T11T12T13T14T10T11T12T13T14图 9日光温室土壤温度变化曲线Fig.9Soiltemperaturechangeinsolargreenhouses对比温室相同测点温度差值（图 9c），发现两日光温室土壤温度不同点：两温室土壤深度大于 0.5m 处的温度变化波动趋于直线，但两连跨比单跨日光温室土壤温度均值高 2.93.0；16:0024:00 时，距地表 0.1m深处的单跨日光温室土壤温度比两连跨日光温室低2.93.0。由此看出，两温室土壤深度相同处温度变化趋势一致，但越接近地表，单跨日光温室较两连跨日光温室土壤温度越高，土壤深度越深，单跨日光温室较两连跨日光温室土壤温度越低。3.5室内气温模拟分析温度测点 T5 位于东西走向，距东西山墙表面均为30m 的温室中间剖面上（图 3），研究提取模拟结果中两类温室于测点 T5 的温度，为室内气温，如图 10，对比分析发现：单跨日光温室室内气温的白天极高值和夜晚温度极低值，均超出了两连跨日光温室的温度极值范围；夜间，两连跨日光温室室内气温比单跨日光温室高1.73.8，室内温度波动相对更小，温度调节能力相对更强。27528128729329930500:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 24:00温度Temperature/K时刻TimeSSGTSG图 10日光温室 T5 测点温度变化Fig.10TemperaturechangesatT5measuringpointinasolargreenhouse4结论本文利用 CFD 软件模拟两连跨和单跨日光温室的围护结构热流、表面温度和室内温度变化，通过对比分析得到以下结论：1）基于 Fluent 内置太阳辐射模型，通过输入实测室外风速、气温、太阳辐射强度为初始条件和边界条件，对日光温室热环境建模，验证模型吻合较好；2）两连跨和单跨日光温室的室内热量通过后墙、后坡、山墙全天 24h 持续向室外流出；土壤和后墙，白天吸收室内热量，夜晚向室内放热；对比单跨温室，两连跨日光温室夜晚放热时长多 8h，后墙蓄热能力更强，且流向室内的热流密度平均高 19.52W/m2；3）两连跨日光温室 0.3至 0.8m 深土壤温度比单跨日光温室高 2.93.0；两连跨日光温室室内气温全天变化幅度更小，温差波动范围比单跨日光温室小 1.73.8。本研究的 CFD 模型建立过程忽略了室内栽种植物的影响，验证试验也在无作物栽培条件下进行。由于实际耕种条件下，作物将影响土壤、墙体等蓄热体的蓄放热和室内对流换热。因此，这部分误差对模型精准度的影响，还有待进一步研究明确。参考文献王聪，姜迎春，徐占洋，等.雪荷载作用下几字型钢日光温室极限承载力分析J.农业工程学报，2022，38(19)：172-179.WANG Cong,JIANG Yingchun,XU Zhanyang,et al.Ultimate bearing capacity of the solar greenhouse with hat-shapedsteelundersnowloadsJ.TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),2022,38(19):172-179.(inChinesewithEnglishabstract)1苏东屏，王铁良，李明，等.阴阳结合型日光温室的规划与设计J.沈阳农业大学学报，2002，33(2)：138-141.SUDongping,WANGTieliang,LIMing,etal.DesignofsolargreenhouseoftypecombininglightwithshadeJ.JournalofShenyang Agricultural University,2002,33(2):138-141.(inChinesewithEnglishabstract)2周长吉.周博士考察拾零（二）阴阳型日光温室J.农业工程技术（温室园艺），2011(4)：48，52.3纪燕.北方阴阳型双层日光温室的结构与建造研究J.农业科技与装备，2021(3)：25-26.4任冰洁，王铁良，李天来，等.双向单坡日光温室温度环境试验研究J.节能技术，2005(6)：495-496.5杨文雅，黄群，张燕.阴阳结合型日光温室环境特征测定分析J.宁夏农林科技，2017，58(9)：1-6.YANGWenya,HUANGQun,ZHANGYan.Determinationofand analysis on environmental characteristics of solar6220农业工程学报（http:/www.tcsae.org）2023年greenhouse of combining light with shadeJ.Journal ofNingxia Agriculture and Forestry Science and Technology,2017,58(9):1-6.周长吉，刘晨霞，王娟.阴阳型日光温室环境条件初探C.中国农业科学院，山东省寿光市人民政府.设施园艺研究新进展2009 中国寿光国际设施园艺高层学术论坛论文集.北京.中国农业科学技术出版社，2009：133-138.7王超，方慧，张义，等.轻简柔性墙体装配式日光温室能耗分析J.农业工程学报，2023，39(3)：190-197.WANG Chao,FANG Hui,ZHANG Yi,et al.Energyconsumptionanalysisofsimplysoftinsulatedwall-assembledChinese solar greenhouse J.Transactions of the ChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),2023,39(3):190-197.(inChinesewithEnglishabstract)8PISCIAD,MUOZP,PANADSC.AMethodofcouplingCFDandenergybalancesimulationstostudyhumiditycontrolin unheated greenhousesJ.Computers and Electronics inAgriculture,2015,115:129-141.9SABERIAN A,SAJADIYE S.The effect of dynamic solarheat load on the greenhouse microclimate using CFDsimulationJ.RenewableEnergy,2019,138:722-737.10ESTEBANJ,JERNIMOJ,JUANI,etal.Analysisoftheroleofsidewallventsonbuoyancy-drivennaturalventilationinparral-typegreenhouseswithandwithoutinsectscreensusingcomputational fluid dynamicsJ.Biosystems Engineering,2009,104:86-96.11PISCIAD,JUANI,ESTEBANB,etal.ACFDgreenhousenight-time condensation modelJ.Biosystems Engine