北方園藝（）： ·設(shè)施園藝 ·第一作者簡介 ：王晨晨 （），女 ，山東菏澤人 ，碩士研究生 ，研究方向為設(shè)施 園 藝 工 程 。：責(zé)任作者 ：鄒志榮 （），男 ，陜西延安人 ，博士 ，教授 ，博士生導(dǎo) 師 ，現(xiàn)主要從事設(shè)施園藝等研究工作 。：基金項目 ：國家 “”計劃資助項目 （）；寧夏回族 自 治 區(qū) “十 三 五 ”重點研發(fā)計劃重大資助項目（）收稿日期 ：日光溫室主動采光與相變蓄熱改造后性能分析王 晨 晨，鮑 恩 財，劉露，鄒 志 榮，康棟，周 海 淵（西北農(nóng)林科技大學(xué) 園藝學(xué)院，農(nóng)業(yè)部西北設(shè)施園藝工程重點實驗室 ，陜西 楊凌；楊凌普兆農(nóng)業(yè)科技有限公司，陜西 楊凌）摘要 ：針對傳統(tǒng)日光溫室普遍存在的冬季室內(nèi)采光不夠 、夜間溫度過低的問題 ，對楊凌地區(qū)座傳統(tǒng)日光溫室進行了基于主動采光和相變蓄熱技術(shù)的改造 。以當(dāng)?shù)匚锤脑斓娜展鉁厥覟閷φ?，研究了座改造溫室在不同典型晴天 、陰天和雪天天氣條件下的光照及空氣溫濕度的變化情況 。結(jié)果表明 ：主動采光溫室的光照強度在典型晴天較對照溫室可提高 ，采光率提高，平均氣溫提高，降低溫室夜間濕度，典型陰天和雪天可降低夜間濕度。相變蓄熱溫室典型晴天夜晚氣溫可比對照溫室高，濕度相對降低，陰天和雪天夜間氣溫比對照高左右 ，濕度比對照低。因此 ，通過種技術(shù)改造的日光溫室均有良好的效果 ，為傳統(tǒng)日光溫室的改造提升提供了有效途徑 。關(guān)鍵詞 ：日光溫室 ；主動采光 ；相變材料 ；蓄熱中圖分類號 ： 文獻標(biāo)識碼 ： 文章編號 ：（）到年 ，中 國 設(shè) 施 園 藝 面 積 達萬，占世界設(shè)施園藝總面積的以上，其中日光溫室為中國獨有的溫室類型 ，總面積為萬，全國占比約，其高效的保溫節(jié)能性為中國設(shè)施園藝的發(fā)展作出了巨大貢獻。但目前也有部分日光溫室因為年限較久 、結(jié)構(gòu)老舊等原因?qū)е卤匦顭嵝阅懿蛔?、環(huán)境調(diào)控能力差 ，亟需對這部分日光溫室進行節(jié)能化改造 。楊凌 （北緯°，東經(jīng)°）地處我國西北地區(qū) ，擁有眾多溫室類型 ，其中以日光溫室為主。某些日光溫室建造已有余年 ，由于楊凌地區(qū)冬春季較寒冷 ，其中且日光溫室后墻結(jié)構(gòu)為厚土墻型，在進行越冬栽培時植株易發(fā)生凍害 ，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)會造成一定的損失 。因此在提高日光溫室的增溫保溫性能上 ，有關(guān)學(xué)者從增大前屋面采光和相變蓄熱個方面做了大量研究 。李軍等研究發(fā)現(xiàn)適合西北地區(qū)的方位角為面朝正南方向 （低緯度區(qū) ）或南偏西°°（較高緯度區(qū) ），前屋面角的參考值為°°；王云冰等研究發(fā)現(xiàn)關(guān)中地區(qū)最優(yōu)后屋面仰角為°左右 ；高文波等、張勇等設(shè)計了可變采光傾角日光溫室 ，研究表明將溫室采光面的傾角從°提高到°時室內(nèi)光照透光率提高了，室內(nèi)氣溫整體水平提高 。張勇等認(rèn)為采用·與·的質(zhì)量比為或的相變體系較為理想 ，且的相變體系更加穩(wěn)定 ；楊小龍等制備了·相變蓄熱墻板 ，結(jié)果表明典型晴 、陰天時相變蓄熱板溫室的平均氣溫分別比對照高、；蔣自鵬等研究了芒硝基相變材料·石墨粉復(fù)合相變材料 ，當(dāng)芒硝基相變材料添加量為、時清晨日出前最低溫度可以提高、。目前楊凌地區(qū)仍有許多土墻式或土磚混合墻式的傳統(tǒng)日光溫室正在使用中 ，亟需對部分老舊溫室進行節(jié)能化改造 。大量研究表明主動采光和相變材料蓄熱技術(shù)可有效提高溫室的蓄熱保溫性能 ，有效緩解冬季生產(chǎn)中由低溫引起的生產(chǎn)問題 。因此 ，該研究在楊凌地區(qū)現(xiàn)有傳統(tǒng)土墻及土磚混合墻日光溫室的基礎(chǔ)上 ，分別進行了主動采光和相變材料蓄熱技術(shù)改造 ，研究這種技術(shù)在實際生產(chǎn)中對溫室性能的影響 ，以期為日光溫室的改造提供實際參考 。 材料與方法 供試溫室結(jié)構(gòu) 楊凌地區(qū)傳統(tǒng)日光溫室結(jié)構(gòu)當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)日光溫室 ，坐北朝南 、東西延長 ，東西長度為，南北凈跨，脊高，墻體結(jié)構(gòu)為梯形機夯土 （圖），在此溫室基礎(chǔ)上進行一定的改造 。圖 改造前溫室結(jié)構(gòu)側(cè)視 圖 主動采光改造后溫室結(jié)構(gòu)側(cè)視 主動采光技術(shù)改造溫室結(jié)構(gòu)主動采光改造即將屋頂處的屋面傾角設(shè)置為可改變的 ，達到白天根據(jù)陽光直射情況進行不同程度的升高或降低屋面傾角 ，增大采光面積的目的 。楊凌傳統(tǒng)土墻日光溫室原骨架上半部屋面傾角角度為°°，透光率較小 ，陽光能量不能充分進入溫室 。采取的對應(yīng)改造措施為使用主動采光技術(shù) ，增 加 活 動 鋼 骨 架 ，使原有傾角增大了 第 期北方園藝°°，提高至°°（圖）。 相變蓄熱技術(shù)改造溫室結(jié)構(gòu)相變蓄熱溫室改造即在溫室后墻處放置 “相變材料蓄熱墻板 ”，使其白天吸收溫室內(nèi)多余熱量 ，夜間再將儲存的熱量緩慢放出 。相變材料通過膨脹石墨吸附 ，密封在特制墻板中 ，由癸酸 、硬脂酸和月桂酸種脂肪酸按比例混合熬制而成的三元有機酸 （圖）。圖 相變蓄熱改造后溫室結(jié)構(gòu)側(cè)視 供試儀器長期數(shù)據(jù)記錄儀 ，哈爾濱物格電子技術(shù)有限公司生產(chǎn) 。儀器主要包括溫濕度傳感器探頭 、土壤溫度傳感器探頭及光照傳感器探頭 。溫度測量范圍 ：，準(zhǔn)確度±，分辨率；濕度范圍 ：，準(zhǔn)確度±，分辨率；光照強度范圍 ： ，準(zhǔn)確度±。 試驗方法該試驗于年在楊凌地區(qū)湯家村 （北緯°，東經(jīng)°）進行 ，溫室內(nèi)均種植西瓜 ，采用滴灌灌溉 。選取座外部環(huán)境條件 、規(guī)格一致的日光溫室進行改造 ，對其中一座溫室進行主動采光改造 ；另一座溫室用雙層透明棚膜將其從中間一分為二 ，東側(cè)進行相變蓄熱技術(shù)改造 ，西部作為對照 。對試驗溫室和對照溫室內(nèi)的溫光濕等環(huán)境參數(shù)進行測定 。個處理溫室與對照溫室的環(huán)境參數(shù)測點完全相同 。每溫室中均有個溫光濕測點 ，均分布在溫室的四等分面上 ，且位于高處 。室外同時設(shè)溫光濕測點 ，布置方式同樣為地面高處 。該試驗于月日開始測量各參數(shù)數(shù)據(jù) ，數(shù)據(jù)記錄間隔為。對典型晴天 （月日 ）、陰天 （月日 ）、雪天 （月日 ）條件下各溫室內(nèi)溫光濕等參數(shù)進行測定 。 數(shù)據(jù)分析采用軟件對試驗數(shù)據(jù)進行處理并分析 。圖 不同溫室典型晴天 （）光照強度日變化 （） 結(jié)果與分析 不同天氣條件下日光溫室內(nèi)光照強度變化 晴天天氣條件由圖可知 ，典型晴天條件下 ，對照溫室與相變蓄熱溫室內(nèi)光照強度無明顯差異 ，但與主動采光溫室相比明顯較低 。主動采光溫室的平均光照北方園藝月 （下 ）強度為 ，對照溫室的平均光照強度為 ，相比對照溫室高 ，采光率提高。 陰天天氣條件由圖可以看出 ，典型陰天條件下 ，對照溫室內(nèi)的光照強度明顯低于主動采光溫室 。主動采光溫室與對照溫室的平均光照強度分別為 、 ，與對照溫室相比 ，主動采光溫室高出約 的光照強度 。相變蓄熱溫室內(nèi)平均光照強度約為 ，與對照溫室相比無明顯差異 。圖 不同溫室典型陰天 （）光照強度日變化 （）圖 不同溫室典型晴天 （）氣溫日變化 （） 不同天氣條件下日光溫室內(nèi)氣溫變化 晴天天氣條件由圖可知 ，典型晴天條件下 ，白天 （：），主動采光溫室室內(nèi)氣溫明顯高于對照溫室 ，最高值比對照高。相變蓄熱溫室氣溫略 低 于 對 照 溫 室 ，但 差 異 并 不 明 顯 。夜 晚（：次日：），主動采光溫室和相變蓄熱溫室氣溫均高于對照溫室 ，且相變蓄熱溫室氣溫最高 ，與對照溫室相比差別明顯 ，最高值比對照溫室高出約。 陰天天氣條件由圖可知 ，典型陰天條件下 ，相變蓄熱溫室氣溫全天最高 ，其次為對照溫室 ，主動采光溫室的氣溫最低 ，但主動采光溫室和對照溫室的差異并不明顯 。相變蓄熱溫室全天平均氣溫為，比對照溫室高出。圖 不同溫室典型陰天 （）氣溫日變化 （）圖 不同溫室典型雪天 （）氣溫日變化 （） 雪天天氣條件由圖可知 ，典型雪天條件下 ，相變蓄熱溫室氣溫全天高于對照溫室 。典型雪天夜間 （：次日：），對照溫室最低溫為，平均溫度為；相變蓄熱溫室最低溫為、平均溫度為，分別比對照溫室高出和。主動采光溫室與對照溫室相比并無明顯差異 。 第 期北方園藝 不同天氣條件下日光溫室內(nèi)濕度變化 晴天天氣條件由圖可知 ，典型晴天條件下 ，白天 （：），對照溫室 、相變蓄熱溫室 、主動采光溫室的濕度平均值分別為、，主動采光溫室效果尤為明顯 ，甚至低于室外濕度 。主動采光溫室最低濕度為，相變蓄熱溫室為，而對照溫室最低濕度為。夜間（：次日：），對照溫室 、相變蓄熱溫室 、主動采光溫室的濕度平均值分別為、，主動采光溫室最大濕度為，相變蓄熱溫室為，而對照溫室最大濕度為，主動采光溫室和相變蓄熱溫室比對照降低和。圖 不同溫室典型晴天 （）濕度日變化 （） 陰天天氣條件由圖可知 ，在典型陰天條件下 ，溫室內(nèi)全天濕度普遍較高 ，對照溫室 、相變蓄熱溫室 、主動采 光 溫 室 的 夜 間 濕 度 均 值 分 別 為、，依次降低 ，對照溫室最高濕度可達到，而相變蓄熱溫室和主動采光溫室的最高濕度分別為和，與對照相比分別降低了和。 雪天天氣條件由圖可知 ，在典型雪天條件下 ，：期間 ，室外濕度很大 ，達到以上 ，這是因為此時天氣伴隨小雨 。：以后 ，室外濕度急劇降低 ，在：期間 ，濕度值均低于，最低可達，明顯低于各試驗溫室內(nèi)濕度 。：后室外濕度緩慢升高 ，再次達到以上高濕狀態(tài) 。各試驗溫室中 ，對照溫室的濕度圖 不同溫室典型陰天 （）濕度日變化 （）圖 不同溫室典型雪天 （）濕度日變化 （）最高 ，濕度均值為，最高濕度可達，其次為相變蓄熱溫室 ，夜間平均濕度為，最高濕度為，最后為主動采光溫室 ，夜間平均濕度為，最高濕度為，個試驗溫室與對照相比最高濕度值分別降低了和。 結(jié)論典型晴天條件下 ，主動采光溫室較對照溫室可提高室內(nèi) 左右的光照強度 。晴天夜晚 ，相變蓄熱溫室的氣溫較高 ，最高可比對照高出約。陰天和雪天可比對照高出約。晴天主動采光溫室和相變蓄熱溫室可有效降低日光溫室的夜間濕度，陰天和雪天時則可降低。北方園藝月 （下 ）參考文獻申保珍 我國設(shè)施農(nóng)業(yè)創(chuàng)造近 萬就業(yè)崗位 農(nóng)民日報 ，（）楊其長 供給側(cè)改革下的設(shè)施園藝將如何發(fā)展 ？ 中國農(nóng)村科技 ，（）：張真和 農(nóng)用塑料技術(shù)在設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展中國蔬菜，（）：劉志杰 ，鄭文剛 ，胡清華 ，等 中國日光溫室結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 中國農(nóng)學(xué)通報 ，（）：張曉丹 ，張愛軍 ，李鵬 ，等 楊凌現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)日光溫室保溫技術(shù)分析 農(nóng)機化研究 ，（）：劉彥辰 ，鄒志榮 ，胡曉輝 ，等 陜西關(guān)中地區(qū)不同跨度日光溫室光溫環(huán) 境 分 析 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報 （自 然 科 學(xué) 版 ），（）：李軍 ，鄒志榮 ，楊旭 ，等 西北型節(jié)能日光溫室采光設(shè)計中方位角和前屋面角的分析 、探討與應(yīng)用 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報 ，（）：王云冰 ，鄒志榮 ，張志新 ，等 關(guān)中地區(qū)不同后屋仰角日光溫室保溫性能分析 中國農(nóng)業(yè)氣象 ，（）：高文波 ，張勇 ，鄒志榮 ，等 主動采光蓄熱型日光溫室性能初探 農(nóng)機化研究 ，（）：張勇 ，鄒志榮 ，李建明傾轉(zhuǎn)屋面日光溫室的采光及蓄熱性能試驗 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 ，（）：張勇 ，鄒志榮主動采光蓄熱傾轉(zhuǎn)屋面日光溫室創(chuàng)新結(jié)構(gòu)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)（溫室園藝 ），（）：張勇 ，鄒志榮日光溫室主動采光機理與透光率優(yōu)化試驗農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，（）：張勇 ，鄒志榮 ，李建明 ，等日光溫室相變空心砌塊的制備及功效 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 ，（）：楊小龍 ，王宏麗 ，許紅軍 ，等磷酸氫二鈉相變墻板在溫室中的應(yīng)用效果 上海交通大學(xué)學(xué)報 （農(nóng)業(yè)科學(xué)版 ），（）：蔣自鵬 ，鐵生年芒硝基相變材料性能及其在簡易溫室中升溫效果試驗 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 ，（）： ， ， ， ， ， （ ， ， ； ， ）： ， ， ， ， ， ， ， ， ， ： ； ； ； 第 期北方園藝