北 方 園 藝 設(shè)施園藝 第一作者簡(jiǎn)介 周增產(chǎn) 男 博士 教授級(jí)高級(jí)工程 師 研究方向?yàn)樵O(shè)施農(nóng)業(yè) 收稿日期 半封閉溫室設(shè)計(jì)與應(yīng)用 周 增 產(chǎn) 趙 靜 李 秀 剛 卜 云 龍 張 江 峰 蘭 立 波 北京京鵬環(huán)球科技股份有限公司 北京 北京市植物工廠工程技術(shù)研究中心 北京 摘 要 以北京京鵬環(huán)球科技股份有限公司為神州綠鵬農(nóng)業(yè)科技有限公司設(shè)計(jì)建造的 半封閉溫室項(xiàng)目為例 論述了半封閉溫室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn) 對(duì)半封閉溫室的夏季降溫進(jìn)行測(cè) 試與分析 結(jié)果表明 半封閉溫室具有良好的降溫效果 平均降溫 溫室內(nèi)溫度 濕 度 風(fēng)速均勻性較高 節(jié)能效果顯著 關(guān)鍵詞 半封閉溫室 設(shè)施農(nóng)業(yè) 節(jié)能 中圖分類號(hào) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 文章編號(hào) 我國(guó)溫室大棚是栽培起源最早的國(guó)家 但近 代的設(shè)施農(nóng)業(yè)起步較晚 世紀(jì) 年代還 處于設(shè)施農(nóng)業(yè)的低級(jí)階段 在 世紀(jì) 年 代相繼出現(xiàn)日光溫室和塑料大棚 此后便在溫室 數(shù)量 面積和內(nèi)容設(shè)施水平上快速發(fā)展 近代溫 室的發(fā)展經(jīng)歷了改良型日光溫室 大型玻璃溫室 和現(xiàn)代化溫室 個(gè)階段 出于節(jié)能降本的考慮 按照外形劃分的連棟溫室逐漸成為溫室市場(chǎng)的主 流產(chǎn)品 但大型連棟溫室的夏季降溫一直是困擾 設(shè)施農(nóng)業(yè)的一個(gè)難題 據(jù)報(bào)道 世紀(jì)初 出于 節(jié)能的需求 一種具有 種通風(fēng)方式的新型半封 閉式溫室被提出 荷蘭 美國(guó)等國(guó)家開始研發(fā)設(shè)計(jì) 并建造半封閉溫室 現(xiàn)已在美國(guó) 土耳其 澳大利 亞 法國(guó) 荷蘭等國(guó)被推廣應(yīng)用 與傳統(tǒng)溫室相比 半封閉溫室的通風(fēng)方式可 節(jié)能 其中具有代表性的有荷蘭溫室設(shè) 計(jì)商 荷蘭 公司 荷 蘭老牌溫室建造商 集團(tuán) 規(guī)模型的半封閉 溫室包括美國(guó)亞利桑那州的 農(nóng)場(chǎng) 圖 位于 占地 其中包括 半封閉溫室 美國(guó)德克薩斯州的 農(nóng)場(chǎng) 位于 占地面積 番茄年產(chǎn) 量超 其中半封閉溫室 美 國(guó)加利福尼亞州的 農(nóng)場(chǎng) 位于 占地 其中 為半封閉溫 室 該農(nóng)場(chǎng)另有 在加拿大 主產(chǎn)西紅柿和 黃瓜 荷蘭 公司在 年于日本山梨縣 建造的半封閉溫室達(dá) 由于半封閉溫室在 國(guó)外的發(fā)展良好 降溫效果和增收效果均比較顯 著 我國(guó)也開始逐漸進(jìn)行引進(jìn)與推廣 然而單 純依靠外籍設(shè)計(jì)建造商 并不能真正解決溫室的 能耗與降溫問題 必須通過自己團(tuán)隊(duì)的建設(shè)才能 攻克難關(guān) 真正將優(yōu)秀技術(shù)消化吸收 創(chuàng)造屬于自 己的技術(shù) 形成中國(guó)創(chuàng)造的品牌 半封閉溫室的設(shè)計(jì) 半封閉溫室的設(shè)計(jì)原則 與傳統(tǒng)溫室相比 半封閉溫室可以更精確地 控制溫度 濕度和 濃度 不僅可以加溫 還能 降溫 半封閉溫室內(nèi)具有正壓特征 內(nèi)部保持 正壓 不易產(chǎn)生蟲病 采用風(fēng)道快速送風(fēng) 實(shí)現(xiàn)溫室內(nèi)部條件的均勻性 常規(guī)文洛溫室的通 風(fēng)率為 于此相比 半封閉溫室的通 風(fēng)率低 為 左右 由于窗戶較少 提高了 和熱能的轉(zhuǎn)換率 以便高效節(jié)能 常規(guī)溫室風(fēng)機(jī)和 濕簾分布在溫室兩端 距離一般不超過 風(fēng) 機(jī)端和濕簾端溫差 溫差較大 半封閉溫 圖 國(guó)外半封閉溫室氣候走廊及內(nèi)部作物實(shí)景圖 室開間距離可達(dá) 可以規(guī)?；ㄔO(shè) 半封閉 還具有高產(chǎn)高品質(zhì)的特性 比常規(guī)文洛式溫室增 產(chǎn) 左右 由此不難發(fā)現(xiàn) 半封閉溫室是具有 高可控性 高均勻環(huán)境條件 低通風(fēng)率 正壓高效 節(jié)能的一種新型溫室 圖 半封閉溫室的結(jié)構(gòu)組成及特點(diǎn) 京鵬科技公司設(shè)計(jì)的新型半封閉溫室主要由 冷熱源系統(tǒng) 送風(fēng)系統(tǒng) 出風(fēng)系統(tǒng)組成 目前設(shè)施 園藝界的半封閉溫室正壓送風(fēng)首部常用的系統(tǒng)有 種 一種是采用風(fēng)機(jī)盤管提供 地源熱泵或中央 空調(diào) 冷熱源 另一種采用濕簾蒸發(fā)降溫提供冷 源 以鍋爐熱水提供熱源 前一種形式投資大 運(yùn) 行費(fèi)用高 后一種投資小 運(yùn)行費(fèi)用低 當(dāng)然后一 種溫度可控精確性稍弱 但是對(duì)于大型生產(chǎn)溫室 可以滿足要求 通常選用第二種 圖 冷源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 冷源系統(tǒng)包括濕簾系統(tǒng)和熱泵空調(diào)系統(tǒng) 熱 源系統(tǒng)包括鍋爐熱水和熱泵空調(diào)系統(tǒng) 濕簾系統(tǒng) 是利用水的蒸發(fā)降溫原理實(shí)現(xiàn)降溫目的 濕簾由 加入特殊化學(xué)原料的纖維紙漿加工成波紋狀的纖 維紙 經(jīng)過粘貼而成的 其具有很好的吸濕性和 濕挺性 化學(xué)成分不會(huì)隨水流 氣流的作用而分 解 在溫室走廊外側(cè) 配置 高濕簾 濕簾 厚度 濕簾外配置防蟲網(wǎng) 卡簧卡槽固定 配置濕簾噴淋清洗系統(tǒng) 安裝外翻窗系統(tǒng) 濕簾水 池設(shè)計(jì)在溫室走廊地下 當(dāng)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí) 濕簾內(nèi) 外的氣壓差迫使室外干熱空氣穿過濕簾介質(zhì)進(jìn)入 正壓送風(fēng)系統(tǒng)走廊 水膜上的水會(huì)吸收空氣中的 熱量進(jìn)而蒸發(fā)成水蒸汽 帶走大量的潛熱 使經(jīng)過 圖 半封閉溫室內(nèi)部效果圖 濕簾的空氣溫度降低 在風(fēng)機(jī)的作用下 這些被 降低溫度的空氣源源不斷的進(jìn)入溫室 從而達(dá)到 室內(nèi)降溫的目的 氣溫下降時(shí)則采用鍋爐熱水提 供熱源 送風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 新型半封閉溫室由新型濕簾系統(tǒng) 循環(huán)水系 統(tǒng) 正壓送風(fēng)機(jī)組成濕簾正壓送風(fēng)系統(tǒng) 圖 送風(fēng)系統(tǒng)為風(fēng)機(jī)和風(fēng)道 其中風(fēng)機(jī)根據(jù)風(fēng)量和風(fēng) 壓可選擇常規(guī)風(fēng)機(jī)和變頻風(fēng)機(jī) 風(fēng)道根據(jù)直徑和 出風(fēng)口的布置方式不同 可選擇單風(fēng)道和雙風(fēng)道 種 布置方式通常由溫室棚頭走廊進(jìn)入果菜區(qū)的 方向布置栽培槽 在栽培槽下布置大流量風(fēng)機(jī) 每 個(gè)栽培底部配有一套送風(fēng)系統(tǒng) 風(fēng)機(jī)的計(jì)算與選 北 方 園 藝 月 下 圖 半封閉溫室送風(fēng)系統(tǒng)原理圖 擇依靠風(fēng)量與風(fēng)壓 風(fēng)道類型包括單風(fēng)道和雙風(fēng) 道 通過風(fēng)道直徑和送風(fēng)方式可以計(jì)算風(fēng)量 溫室 的出風(fēng)口根據(jù)窗戶的大小與數(shù)量有所不同 送風(fēng)走 廊可按照設(shè)計(jì)需求自定義 一 般 為 或 出風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 出風(fēng)系統(tǒng)為帶防蚊網(wǎng)的頂窗 圖 溫室頂 部配備有齒輪齒條電動(dòng)開窗通風(fēng)機(jī)構(gòu) 窗口配設(shè) 風(fēng)琴折疊式防蟲網(wǎng) 實(shí)現(xiàn)頂部開窗 使溫室內(nèi)外空 氣形成對(duì)流 達(dá)到除濕 降溫 防蟲的效果 開窗 機(jī)構(gòu)包括控制箱 電機(jī) 行程限位開關(guān) 齒輪齒條 套 傳動(dòng)連接部件等組件 采用荷蘭進(jìn)口溫室開 窗專用減速電機(jī) 電機(jī)配備行程限位裝置 自動(dòng)停 止 限位準(zhǔn)確 運(yùn)行平穩(wěn)可靠 圖 半封閉溫室效果圖 半封閉溫室環(huán)境控制模式 空氣循環(huán)再利用 該新型半封閉溫室的環(huán)境控制方式與傳統(tǒng)溫 室有所區(qū)別 新型半封閉溫室可以通過空氣循環(huán) 實(shí)現(xiàn)溫室中空氣能量和濕度的交換 在作物生長(zhǎng) 期間 溫室端部的風(fēng)機(jī)將空氣吹入栽培槽下的風(fēng) 道內(nèi) 然后通過風(fēng)道的風(fēng)孔均勻進(jìn)入溫室內(nèi) 這樣 一來 每株植物均能獲得等量的 新鮮 空氣 同時(shí) 促進(jìn)溫室的微氣候環(huán)境 圖 降溫方式 溫室內(nèi)降溫方式可以通過高壓霧噴系統(tǒng)和濕 簾風(fēng)機(jī) 種方式實(shí)現(xiàn) 圖 高壓霧噴系統(tǒng)是通 過水在高溫時(shí)蒸發(fā)吸收周圍大量的熱量 從而降 低空氣中的溫度 同時(shí)提高溫室內(nèi)的濕度 另一 種是通過計(jì)算機(jī)先進(jìn)的軟件模塊控制濕簾風(fēng)機(jī)系 統(tǒng) 種方式的選擇可根據(jù)室外光照強(qiáng)度和空氣 溫度濕 度 自 主 選 擇 比 較 而 言 濕 簾 風(fēng) 機(jī) 效 果 較好 第 期 北 方 園 藝 圖 半封閉溫室空氣循環(huán)原理圖 圖 半封閉溫室環(huán)境控制原理圖 通風(fēng)換氣方式 溫室內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)可以精確控制進(jìn)入溫室的外 部空氣體積 排除溫室外的熱能和溫室內(nèi)空氣的 濕度 通風(fēng)控制包括 個(gè)階段 第一階段是打開 窗戶使外部空氣進(jìn)入溫室 第二個(gè)階段是提高風(fēng) 機(jī)轉(zhuǎn)速 將風(fēng)送入溫室 控制軟件通過控制通風(fēng) 側(cè)窗來實(shí)現(xiàn)第一階段 通過控制風(fēng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)第二 階段 圖 除濕方式 當(dāng)溫室內(nèi)濕度超過農(nóng)藝師的設(shè)定值后 環(huán)境 控制系統(tǒng)會(huì)通過調(diào)整溫室側(cè)窗 循環(huán)窗和頂窗的 位置來調(diào)節(jié)溫室內(nèi)濕度 圖 當(dāng)室外空氣被吸 入溫室時(shí)啟動(dòng)通風(fēng)模式 風(fēng)機(jī)濕簾降溫模式或者除 濕模式 溫室結(jié)構(gòu)允許最大正壓為 通過打開溫室頂窗來降低溫室內(nèi)的正壓 出于安 全考慮 每棟溫室內(nèi)均會(huì)安裝氣壓傳感器 傳感器 會(huì)在氣壓過高時(shí)報(bào)警 并打開溫室頂窗 圖 圖 半封閉溫室換氣 除濕模擬圖 半封閉溫室的應(yīng)用案例 北京京鵬科技公司于 年率先進(jìn)行半封 閉溫室的研發(fā)設(shè)計(jì)建造 應(yīng)用到神州綠鵬項(xiàng)目 用 于航天新品種選育 年首個(gè)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 半封閉溫室開始運(yùn)行 進(jìn)行番茄和柿子椒品種選 育 年北京中農(nóng)富通園藝有限公司設(shè)計(jì)建 造了規(guī) 模 型 半 封 閉 溫 室 部 分 技 術(shù) 引 自 荷 蘭 公司 同年 海升集團(tuán)斥資聘 請(qǐng)荷蘭頂級(jí)智能玻璃溫室設(shè)計(jì)商 全程設(shè) 計(jì)搭建 建造所需的所有材料 全部從荷蘭原裝進(jìn) 口 建造了亞洲單體最大的半封閉溫室 其中種植區(qū) 結(jié)構(gòu)組成 由北京京鵬環(huán)球科技股份有限公司為神舟綠 鵬農(nóng)業(yè)科技股份公司設(shè)計(jì)的新型半封閉溫室 圖 建在北京通州于家務(wù) 溫室總面積為 北 方 園 藝 月 下 溫室脊高 肩高 跨寬 開間 內(nèi) 部分成 個(gè)區(qū) 果菜一車間 果菜二車間 北側(cè)配 置 寬送風(fēng)走廊 可做生產(chǎn)參觀使用 走廊長(zhǎng) 度 圖 西北角布置 個(gè)控制室 西南角布 置 個(gè)更衣室 更衣室東側(cè)布置風(fēng)淋室 東南角布 置 個(gè)附屬用房 圖 神州綠鵬半封閉溫室 溫室走廊屋頂和控制室頂部采用多晶硅光伏 板系統(tǒng) 體現(xiàn)低碳環(huán)保節(jié)能 果菜生產(chǎn)車間頂部采 用 單層超白減反射散射鋼化玻璃 分區(qū)之 間隔斷采用 浮法玻璃 四周立面采用 雙層中空鋼化玻璃溫室幕墻覆蓋 溫室天 溝使用新型鋁天溝結(jié)構(gòu) 溫室頂部配備有齒輪齒 條電動(dòng)開窗通風(fēng)機(jī)構(gòu)及折疊防蟲網(wǎng) 實(shí)現(xiàn)頂部開 窗 使溫室內(nèi)外空氣形成對(duì)流 達(dá)到除濕降溫防蟲 的效果 由溫室棚頭走廊進(jìn)入果菜區(qū)的方向布置 栽培槽 在栽培槽底下布置大流量風(fēng)機(jī) 每個(gè)栽培 槽底下配一套風(fēng)機(jī)送風(fēng)系統(tǒng) 風(fēng)機(jī)參數(shù)請(qǐng)見下 文 風(fēng)道直徑 濕簾配置在溫室走廊外 側(cè) 配置 高濕簾 濕簾厚度 濕簾外 配置防蟲網(wǎng) 卡簧卡槽固定 安裝外翻窗系統(tǒng) 在 溫室走廊地下配置濕簾水池 其他配套系統(tǒng)包 括 外遮陽 內(nèi)遮陽 二層保溫 果菜無土栽培系 統(tǒng) 種補(bǔ)光系統(tǒng) 水肥一體化系統(tǒng)和環(huán)境自動(dòng)調(diào) 控系統(tǒng) 最終體現(xiàn)低碳環(huán)保和智慧理念 圖 神舟綠鵬半封閉溫室氣候走廊 溫室夏季降溫測(cè)試 分別對(duì)半封閉溫室內(nèi)的溫度 濕度 透光情況 及風(fēng)速進(jìn)行測(cè)試 溫 濕度測(cè)定 使用精創(chuàng) 溫濕度記錄儀 室外選擇 個(gè)點(diǎn) 溫室走 廊選擇 個(gè)點(diǎn) 半封閉溫室中選擇試驗(yàn)區(qū) 以作物 頂端 中端 底端為垂直測(cè)試測(cè)試點(diǎn) 標(biāo)號(hào) 以靠近風(fēng)機(jī) 風(fēng)道中端 風(fēng)道末端為水平測(cè)試 點(diǎn) 標(biāo)號(hào) 每個(gè)區(qū)有 個(gè)測(cè)試點(diǎn) 其中作物 中端與風(fēng)道中端為同一點(diǎn) 記錄當(dāng)天 的溫濕度變化 間隔 記錄 次 測(cè) 試布點(diǎn)如圖 所示 溫室透光性能測(cè)試 使用 照度計(jì) 對(duì)溫室內(nèi)外的光照強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定 室外光照點(diǎn)選 擇 個(gè) 室內(nèi)采用 點(diǎn)隨機(jī)選樣發(fā) 同時(shí)注意避開 遮擋物 記錄 的光照變化 間隔 測(cè)試 次 風(fēng)機(jī)風(fēng)速測(cè)試 使用臺(tái)灣衡欣 風(fēng)速 儀 測(cè)試濕簾風(fēng)機(jī)開始后 以 為測(cè)試點(diǎn) 溫室內(nèi)隨機(jī)選取 條風(fēng)道進(jìn)行風(fēng) 速試驗(yàn)并記錄 溫度及濕度變化 由圖 可知 溫室內(nèi)溫度隨外部溫度變化而 第 期 北 方 園 藝 圖 半封閉溫室測(cè)試布點(diǎn)圖 圖 半封閉溫室內(nèi)外溫度變化對(duì)比 波動(dòng) 經(jīng)過測(cè)試分析 當(dāng)天測(cè)試期間溫室外的平 均溫度 走廊平均溫度 走廊平均 降溫 果菜一區(qū)種植西紅柿 溫室內(nèi)中心 測(cè)試點(diǎn)平均溫度 平均降溫 果菜 二區(qū)種 植 菜 椒 溫 室 內(nèi) 中 心 測(cè) 試 點(diǎn) 平 均 溫 度 平均降溫 個(gè)溫室內(nèi)平均降 溫 測(cè)試數(shù)據(jù)表明 果菜一區(qū)垂直測(cè)試最 高點(diǎn)與最低點(diǎn)溫差 果菜二區(qū)垂直測(cè)試最高 點(diǎn)與最低點(diǎn)溫差 果菜一區(qū)水平測(cè)試近風(fēng) 機(jī)點(diǎn)與遠(yuǎn)離風(fēng)道點(diǎn)溫差 果菜二區(qū)水平測(cè) 試近風(fēng)機(jī)點(diǎn)與遠(yuǎn)離風(fēng)道點(diǎn)溫差 果菜一區(qū) 最高降溫 最低降溫 果菜二區(qū) 最 高降溫 最低降溫 由圖 可知 濕度最高的測(cè)試點(diǎn)為走廊 走 廊有濕簾 通過水泵供水降溫 故濕度最高 室外 圖 半封閉溫室內(nèi)外濕度變化對(duì)比 濕度最低 經(jīng)過測(cè)試分析 走廊平均濕度 室外平均濕度 溫室平均濕度 測(cè) 試結(jié)果表明 果菜一區(qū)垂直測(cè)試高點(diǎn)平均濕度 北 方 園 藝 月 下 垂直測(cè)試低點(diǎn)平均濕度 中心水 平測(cè)試點(diǎn)平均濕度為 果菜二區(qū)垂直測(cè) 試高點(diǎn)平均濕度 垂直測(cè)試低點(diǎn)平均濕度 中心水平測(cè)試點(diǎn)平均濕度為 溫 室內(nèi)濕度變化趨勢(shì)隨高度增加而減小 光照強(qiáng)度測(cè)試 光照強(qiáng)度對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育影響很大 在一 定光照度范圍內(nèi) 隨著光照度的增加 光合速率也 相應(yīng)增加 由圖 可知 測(cè)試當(dāng)天 光照強(qiáng)度隨時(shí)間變化 經(jīng)測(cè)試 溫室內(nèi)平 均光 照 強(qiáng) 度 室外平均光照強(qiáng)度 透光率為 風(fēng)機(jī)風(fēng)速測(cè)試 溫室使用風(fēng)機(jī)型號(hào) 電機(jī)功率 風(fēng)壓 電壓 轉(zhuǎn)速為 標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量 經(jīng)過測(cè)試 由表 可 知 距風(fēng)機(jī) 不同距離下的風(fēng)速 基本均勻 風(fēng)量為 送風(fēng)性能良好 雖與標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量略有區(qū)別 但要考慮風(fēng)壓損失 也屬 合理 送風(fēng)性能均勻?qū)厥业慕禍赜写龠M(jìn)作用 圖 半封閉溫室內(nèi)外光照強(qiáng)度對(duì)比 表 半封閉溫室平均風(fēng)速 風(fēng)速 平均風(fēng)速 果菜一區(qū) 果菜二區(qū) 圖 半封閉溫室實(shí)景測(cè)試圖 結(jié)論 北京京鵬環(huán)球科技股份有限公司承建的神舟 綠鵬半封閉溫室 自 年投入使用以來 溫室 性能良好 期間因?yàn)轱L(fēng)量問題 更換過新的風(fēng)機(jī) 更換后的風(fēng)機(jī)穩(wěn)定性較好 圖 適宜設(shè)施 作物的栽培 半封閉溫室是近年才進(jìn)入到我國(guó) 的 現(xiàn)在的建設(shè)面積還不是很大 主要在華北地區(qū) 進(jìn)行推廣 從試驗(yàn)結(jié)果分析 半封閉溫室具有良好的 降溫效果 在室外平均溫度 時(shí) 溫室內(nèi)測(cè) 試平均溫度 平均降溫 溫室內(nèi)溫 度 濕度 風(fēng)速均勻性較高 半封閉溫室適合規(guī)?；a(chǎn)需要 與普通 第 期 北 方 園 藝 圖 半封閉溫室作物生長(zhǎng)圖 溫 室相比 溫室內(nèi)部溫度均勻度高 節(jié)能效果明 顯 且夏季運(yùn)行防蟲效果好 半封閉溫室內(nèi)作物生長(zhǎng)狀態(tài)良好 具有高 產(chǎn)高品質(zhì)的特性 比常規(guī)文洛式溫室增產(chǎn) 左 右 參考文獻(xiàn) 丁 小濤 周強(qiáng) 何立中 等 半封閉溫室迷你黃瓜巖棉栽培技 術(shù) 中國(guó)蔬菜 侯 欣 王秀峰 魏珉 等 不同光照條件下硝酸鹽脅迫對(duì)黃瓜 幼苗生長(zhǎng)及光合特性的影響 山東農(nóng)業(yè)科學(xué) 胥 芳 蔡彥文 陳教料 等 濕簾 風(fēng) 機(jī)降溫下的溫室熱 流場(chǎng) 模擬及降溫系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 王 柔夫 荷蘭高科技的半封閉式溫室重在創(chuàng)新 中國(guó)農(nóng) 資 北 方 園 藝 月 下