上述模擬結(jié)果，經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，其誤差都在工程允許范圍之內(nèi)，所以本文所構(gòu)建的模型可以被用于預(yù)測(cè)夏季自然通風(fēng)條件下的日光溫室內(nèi)部熱環(huán)境。故本節(jié)繼續(xù)運(yùn)用該模型，對(duì)日光溫室的通風(fēng)方式、溫室結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，尋求進(jìn)一步降低夏季室內(nèi)氣溫的辦法。
一、溫室結(jié)構(gòu)的優(yōu)化
從實(shí)測(cè)和模擬計(jì)算結(jié)果可以看到，前后風(fēng)口對(duì)于室內(nèi)空氣溫度的降低起到了至關(guān)重要的作用，越靠近風(fēng)口處溫度越低。由自然通風(fēng)的原理可知，空氣在風(fēng)壓和熱壓兩者的共同作用下流動(dòng)，任何一種驅(qū)動(dòng)力的增強(qiáng)，都能對(duì)自然通風(fēng)起到加劇的作用。后風(fēng)口進(jìn)風(fēng)溫度較低，與屋頂出口處己經(jīng)存在較大溫差，優(yōu)化計(jì)算中降低后風(fēng)口的位置，使其貼近地面，增大后進(jìn)風(fēng)口與屋頂出口之間的高度差，加強(qiáng)熱壓作用。利用已經(jīng)得到驗(yàn)證的日光溫室三維模型，對(duì)溫室結(jié)構(gòu)做上述調(diào)整。
仍然使用8月30日13：30的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作用初始條件，對(duì)改進(jìn)后的日光溫室進(jìn)行溫度場(chǎng)模擬計(jì)算，計(jì)算域的確定和網(wǎng)格劃分的方法與原溫室穩(wěn)態(tài)計(jì)算方法一致，控制方程和模擬模型的有關(guān)設(shè)置則全部與穩(wěn)態(tài)模擬相同，主要的邊界條件設(shè)置為：
前屋面風(fēng)口：速度入口(velocity inlet)0.3m/s，入口氣流溫度310.1K
后墻風(fēng)口：速度入口(velocity inlet)0.4m/s，入口氣流溫度301K
后屋面即頂窗：壓力出口((pressure-outlet)
后墻：壁面(wall)定溫309.9 K
土壤：壁面(wall)定溫311.2K
前屋面PVC膜：壁面(wall)半透明膜，定溫314.6K
山墻：壁面(wall)絕熱
流場(chǎng)初始溫度：(all zone)304K
室外溫度：310.1K
計(jì)算結(jié)果如下：
由圖4-9可以看到，風(fēng)口位置改變以后，各測(cè)點(diǎn)的溫度值都比原溫室結(jié)構(gòu)要低，說(shuō)明位置改變以后風(fēng)口的降溫效果更為明顯。圖4-10表明，風(fēng)口位置改變以后，日光溫室內(nèi)部溫度梯度更為明顯，尤其是溫室后部，沿高度方向有較為明顯的溫度分層。改變位置過(guò)后的前風(fēng)口，進(jìn)風(fēng)也更有利于大部分作物所在區(qū)域的空氣流動(dòng)。所以，對(duì)前后風(fēng)口的位置優(yōu)化是成功的，能夠更有利于日光溫室的夏季降溫。
二、通風(fēng)方式的優(yōu)化
由于室外的氣象條件不斷變化，風(fēng)向和風(fēng)力都處于動(dòng)態(tài)變化中，同時(shí)還受到溫室附近的建筑物、地理形勢(shì)、植被以及其他障礙物的影l響，風(fēng)壓促使的自然通風(fēng)效果具有很大的不確定性，為了保證在風(fēng)壓變化時(shí)，溫室仍然具有足夠的通風(fēng)能力，應(yīng)該以熱壓作用為主導(dǎo)考慮因素，進(jìn)行日光溫室的通風(fēng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。當(dāng)風(fēng)速小于0.4m/s時(shí)，熱浮力是溫室自然通風(fēng)的主要驅(qū)動(dòng)力。現(xiàn)將原溫室后風(fēng)口長(zhǎng)寬均增加一倍，仍然利用g月30日13：30的氣象數(shù)據(jù)，由通風(fēng)口連續(xù)性方程可知，后風(fēng)口風(fēng)速降為0.124m1s；前風(fēng)口擴(kuò)大一倍，將現(xiàn)有風(fēng)口至地面間的薄膜也揭開(kāi)，則前風(fēng)口風(fēng)速降為0.14m/s.對(duì)優(yōu)化后的日光溫室進(jìn)行溫度場(chǎng)模擬計(jì)算，計(jì)算域的確定和網(wǎng)格劃分的方法與原溫室穩(wěn)態(tài)計(jì)算方法一致，控制方程和模擬模型的有關(guān)設(shè)置則全部與穩(wěn)態(tài)模擬相同，主要的邊界條件設(shè)置為：
前屋面風(fēng)口：速度入I=7(velocity inlet)0.14m/s，入口氣流溫度310.1K
后墻風(fēng)口：速度入口(velocity inlet)0.124m/s，入口氣流溫度301 K
后屋面即頂窗：壓力出口((Pressure-outlet)
后墻：壁面(wall)定溫309.9 K
土壤：壁面(wall)定溫311.2K
前屋面PVC膜：壁面(wall)半透明膜，定溫314.6K
山墻：壁面(wall)絕熱
流場(chǎng)初始溫度：(all zone)304K
室外溫度：310.1K
計(jì)算結(jié)果如下：
由圖4-11和圖4-12可知，前后風(fēng)口風(fēng)速降低以后，在熱壓為主要驅(qū)動(dòng)力的通風(fēng)條件下，室內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的溫度均低于原溫室結(jié)構(gòu)。通風(fēng)降溫效果明顯增強(qiáng)，除了靠近覆蓋膜的邊界測(cè)點(diǎn)而外，處于作物生長(zhǎng)區(qū)的測(cè)點(diǎn)溫度都不超過(guò)37℃，不超過(guò)光合作用的運(yùn)行溫度，并且處于作物呼吸作用的適宜范圍，能夠適應(yīng)并促進(jìn)作物的生長(zhǎng)。
三、兩種優(yōu)化方式的比較
圖4-13為上述兩種優(yōu)化方式與溫室原結(jié)構(gòu)的通風(fēng)降溫效果對(duì)比，可以看到，以熱壓作物主要驅(qū)動(dòng)力的自然通風(fēng)效果最好，此時(shí)室外風(fēng)向的變化，對(duì)室內(nèi)造成的影響不大，能夠保證室內(nèi)一直處于比較良好的通風(fēng)狀況。兩種優(yōu)化方式都非常容易實(shí)現(xiàn)，無(wú)論新建溫室，還是己有溫室的改造，都簡(jiǎn)單易行。http://qftd.net
