2014年第7期科技創(chuàng)新 科技創(chuàng)新與應(yīng)用 日光溫室熱濕環(huán)境研究進(jìn)展 范穎超 張 杰 胡彭超 河北工程大學(xué) 河北 邯鄲 056038 1序言 日光溫室熱濕環(huán)境是一個復(fù)雜的多元的系統(tǒng) 包括農(nóng)作物蒸騰作 用 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的動態(tài)傳熱過程 水分凝結(jié)與蒸發(fā)過程 太陽輻射能的間 斷性輸入等物理和生物過程 我國對日光溫室的熱濕環(huán)境研究主要集 中在農(nóng)作物 圍護(hù)結(jié)構(gòu) 土壤及室外環(huán)境等對溫室熱濕環(huán)境的影響 以 及溫室熱濕環(huán)境建模 2 農(nóng)作物對溫室熱濕環(huán)境的影響 溫室為農(nóng)作物的生長提供了適宜的溫度和濕度 但是溫室熱濕環(huán) 境由于不同的地理位置 室外環(huán)境參數(shù)的變化以及本身材料的不同產(chǎn) 生不同的結(jié)果 從而影響農(nóng)作物的生長 農(nóng)作物的不同生長階段也對溫 室的熱濕環(huán)境產(chǎn)生影響 對于大葉子作物生長過程中 隨著葉面指數(shù)的 增加使室內(nèi)水分含量提高 植物的蒸騰作用使室內(nèi)的顯熱轉(zhuǎn)化為潛熱 降低了室內(nèi)溫度 增加了空氣的濕度 從而改變了溫室的熱濕環(huán)境 所 以農(nóng)作物與溫室之間是相互依賴和影響的關(guān)系 農(nóng)作物作為溫室的研究對象 必須以農(nóng)作物的生長狀況作為溫室 中熱濕環(huán)境的衡量指標(biāo) 農(nóng)作物是溫室生產(chǎn)的中心 水分在作物體內(nèi)的 運輸過程是水熱運移和轉(zhuǎn)化的重要過程 農(nóng)作物的存在與否對溫室內(nèi) 的溫濕度有顯著的影響 吳春艷 1 等指出農(nóng)作物通過輻射的吸收和反射 蒸騰耗熱影響溫室內(nèi)熱環(huán)境 王廷夷 2 等指出植被的高度 覆蓋率 覆蓋 面積都會對周圍空氣的溫濕度產(chǎn)生不同的影響 溫室作物除了蒸騰作用外 還有光合作用等過程也影響日光溫室 的溫濕度環(huán)境 溫室中農(nóng)作物的葉面積指數(shù)達(dá)到3 5以上時 約90 太 陽輻射量被作物冠層吸收或反射 作物吸收的太陽輻射主要用于光合 作用 太陽能也是溫室的主要能量來源 光合作用消耗的太陽能不能用 于加熱溫室 從而影響溫室的溫濕度環(huán)境 3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)對溫室熱濕環(huán)境的影響 一般我國日光溫室結(jié)構(gòu)為三面是墻體 一面是透光面 后墻是日光 溫室的主要蓄熱體 對溫室內(nèi)的熱環(huán)境有直接的影響 有研究指出日光 溫室較理想的墻體是 內(nèi)側(cè)由吸熱 蓄熱能力較強材料組成蓄熱層 外 側(cè)由導(dǎo)熱 放熱能力較差材料組成保溫層 中間有隔熱層 為了得到充 分的光照 采光面一般為塑料薄膜 透光率的大小和變化對溫室內(nèi)的 熱環(huán)境影響很大 溫室內(nèi)80 的熱量是從采光面散失的 鄒志榮 3 以陜北和關(guān)中的 研究顯示日光溫室熱量支出主要是貫流放熱 占總失熱量76 以上 其 中透明前屋面散熱占總貫流放熱的90 左右 所以采光和保溫是日光 溫室的設(shè)計和建造的兩個關(guān)鍵問題 透光面傾角與形狀不斷變化 目的 是最大限度地接受太陽輻射 透光面的保溫一般是覆蓋保溫簾 4 土壤及室外環(huán)境對溫室熱濕環(huán)境的影響 溫室作物生長在土壤上 土壤為其提供水分和養(yǎng)分 土壤通過表面 水分的蒸發(fā)降低溫室內(nèi)的溫度 增加溫室內(nèi)的濕度 土壤是溫室內(nèi)的主 要濕源 在白天 土壤接受太陽輻射并儲存熱量 夜間土壤是溫室主要 的熱源 釋放熱量緩解溫度的急劇下降 從而對溫室內(nèi)熱環(huán)境產(chǎn)生直接 的影響 楊曉光 4 建立一個非穩(wěn)態(tài)的二維地溫模型 分析了日光溫室土壤溫 度的分布情況 研究了土壤蓄熱和放熱階段的溫度梯度變化情況 孫治 強 12 對河南省鄭州市冬春季節(jié) 日光溫室溫度環(huán)境進(jìn)行研究 在日光溫 室土壤溫度環(huán)境邊際效應(yīng)導(dǎo)致了溫度 蒸騰在溫室內(nèi)的差異 由于土壤 水分運移的溫度效應(yīng)在土壤表層表現(xiàn)得最為明顯 其與室內(nèi)溫濕度的 變化有直接關(guān)系 5 日光溫室熱濕環(huán)境的建模 日光溫室的傳熱 傳濕過程是在太陽輻射 室外溫度等因素的周期 作用下的非穩(wěn)態(tài)傳遞過程 若通過實測數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化 不僅耗資費力 而且在建造和實測過程中也難以實現(xiàn)嚴(yán)格一致的對比條件 為探求溫 室的優(yōu)化設(shè)計和溫室溫濕度的控制 精確可靠地溫室模型研究是必不 可少的 郭慧卿 5 運用非穩(wěn)態(tài)傳熱理論的反應(yīng)系數(shù)法 建立日光溫室的熱 濕平衡數(shù)學(xué)模型 以溫度為評價指標(biāo) 使溫室的設(shè)計合理化 孟力力指 出作物90 以上為水 故作物各項參數(shù)以水為基準(zhǔn) 建立了日光溫室熱 環(huán)境模擬模型 采用IA比較法 通過與北京市某一溫室測試數(shù)據(jù)比較 符合度指標(biāo)在0 66以上 6 研究展望和結(jié)論 日光溫室主要是嚴(yán)寒季節(jié)進(jìn)行蔬菜生產(chǎn)的 其環(huán)境條件中的溫光 水氣對蔬菜的生長發(fā)育有十分重要的作用 尤其是溫度和濕度 對農(nóng)作 物的生長和病蟲害有直接的影響 對日光溫室中的熱濕機(jī)理進(jìn)行研究 不僅有助于溫室的設(shè)計和建造 而且對農(nóng)作物的生長環(huán)境有重要的指 導(dǎo)意義 雖然目前國內(nèi)對日光溫室做了大量研究 但是仍有許多工作有 待完善 1 由于地理環(huán)境的差異以及構(gòu)建溫室材料的不同 溫室的熱濕環(huán) 境存在較大的差別 缺乏通用的溫室設(shè)計和建造標(biāo)準(zhǔn) 2 采用模型模擬和現(xiàn)場試驗是研究溫室內(nèi)熱濕環(huán)境的有效方式 我國研究人員對不同地區(qū) 不同溫室類型的模擬局面 急需建立日光溫 室室內(nèi)溫濕度的數(shù)據(jù)庫 為日光溫室室內(nèi)環(huán)境的管理和調(diào)節(jié)提供數(shù)據(jù) 依據(jù) 3 針對我國日光溫室的建造通常依據(jù)經(jīng)驗 缺乏相應(yīng)的理論支 持 往往造成設(shè)計不合理 溫室保溫效果不好 導(dǎo)致作物生長狀態(tài)和品 質(zhì)欠佳 所以構(gòu)架符合我國氣候特色的溫室熱濕理論 模擬溫室內(nèi)溫濕 度分布規(guī)律 以滿足農(nóng)作物的最佳生長條件為目標(biāo) 制定相應(yīng)的溫室內(nèi) 溫濕度調(diào)節(jié)方法和策略是我國溫室的研究發(fā)展方向 參考文獻(xiàn) 1 吳春艷 趙新平 郭文利 日光溫室作物熱環(huán)境模擬及分析 J 農(nóng)業(yè)工程 學(xué)報 2007 23 4 190 195 2 王廷夷 鄒聲華 李孔清 植被高度對建筑微環(huán)境影響的數(shù)值模擬 J 制 冷與空調(diào) 2010 24 2 19 24 3 鄒志榮 李建明 王乃彪 劉云星 李海崗 李虎林 日光溫室溫度變化 與熱量狀態(tài)分析 J 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報 1997 6 1 58 60 4 楊曉光 陳端生 鄭海山 日光溫室氣象環(huán)境綜合研究 四 一日光溫室地 溫場模擬初探 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 1994 10 1 150 156 5 孫治強 孫麗 王謙 李勝利 日光溫室土壤溫度環(huán)境邊際效應(yīng) J 農(nóng)業(yè)工 程學(xué)報 2009 25 5 150 155 6 郭慧卿 李振海 張振武 崔引安 日光溫室溫度環(huán)境動態(tài)模擬 J 沈陽農(nóng) 業(yè)大學(xué)學(xué)報 1994 25 4 438 443 摘 要 日光溫室的熱濕環(huán)境主要受溫室外環(huán)境 周期性太陽輻射 土壤性質(zhì) 溫室圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響而呈現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)變化 并且涉及 溫室作物復(fù)雜的物理和生理過程 在總結(jié)目前國內(nèi)現(xiàn)有日光溫室熱濕環(huán)境研究的基礎(chǔ)上 分別從四方面探討了日光溫室熱濕環(huán) 境的研究內(nèi)容 并指出了我國日光溫室熱濕環(huán)境研究現(xiàn)存的不足和發(fā)展方向 關(guān)鍵詞 日光溫室 熱濕環(huán)境 研究展望 ml 水楊醛用量為0 017mol 收率為89 4 按水楊醛計算產(chǎn)率 3 結(jié)論 在本實驗所采用的催化劑中 以六氫吡啶的催化性能最好 得到 的產(chǎn)品多 晶型 色澤較好 二乙胺的催化性能次之 得到的產(chǎn)品量較 少 晶型也略差 此外 以六氫吡啶作催化劑還有反應(yīng)條件溫和 產(chǎn)率 較高 副反應(yīng)少等優(yōu)點 故確定六氫吡啶為本實驗的理想催化劑 其 最佳反應(yīng)條件 水楊醛與六氫吡啶的摩爾比為6 1 反應(yīng)溫度為75 反應(yīng)時間為2 0h 在此最佳工藝條件下 香豆素 3 羧酸乙酯的收率 為89 4 參考文獻(xiàn) 1 張彥英 孟憲梅 芳基取代香豆素合成方法的研究進(jìn)展 J 染料與 色 2003 40 1 39 41 2 劉秀娟 厲連斌 王歌云 香豆素 3 羧酸及其酯的合成研究 J 化學(xué) 試劑 2007 29 1 43 45 3 章思規(guī) 辛忠 精細(xì)有機(jī)化工制備手冊 M 北京 科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版 社 257 260 4 丁長江主編 有機(jī)化學(xué)實驗 M 北京 科學(xué)出版社 2006 215 15