<p>西 北 農 業(yè) 學 報，（）： &nbsp;：網絡出版日期 ：網絡出版地址 ：高原非耕地地區(qū)日光溫室熱環(huán)境的研究收稿日期 ： &nbsp;修回日期 ：基金項目 ：國家公益性行業(yè) （農業(yè) ）科研專項 （）；陜西省科技統(tǒng)籌項目 （）。第一作者 ：王昭 ，女 ，在讀碩士研究生 ，從事設施農業(yè)環(huán)境研究 。：通信作者 ：何斌 ，男 ，博士 ，副教授 ，碩士生導師 ，主要從事建筑結構設施農業(yè)研究 。：王昭，何斌，鄒志榮，王嘉維（西北農林科技大學 園藝學院，陜西楊凌；西北農林科技大學 水利與建筑工程學院，陜西楊凌）摘要為研究高原非耕地地區(qū)日光溫室熱環(huán)境的變化規(guī)律 ，對 年 月至 年 月內蒙古阿拉善盟典型日光溫室的室外溫度 、室內溫度 、地表下 的土層溫度 、前屋面及后屋面的熱流量變化情況進行測定 ，分析不同天氣條件下 ，日光溫室氣溫 、地溫 、熱量情況 。結果表明 ：該地區(qū)典型溫室日均溫度為 ，室內晴天最低溫度為 ，陰天，室內最高溫度，室內外溫差，室內地溫為，變化較室外晚；熱傳遞方面 ，晴天熱流量峰值出現(xiàn)在：，陰天出現(xiàn)在蓋簾后的。確定晴天 ：及陰天 ：為溫室合理灌溉及通風換氣的時間 ，不僅為進一步探究高原非耕地地區(qū)日光溫室熱環(huán)境特性提供了依據(jù) ，還為溫室不同時間不同類型作物的管理方式 、溫室結構的改良提供了思路 。關鍵詞非耕地 ；日光溫室 ；溫度 ；熱流量中圖分類號 &nbsp; 文獻標志碼 &nbsp; &nbsp; 文章編號（）隨著國家加大力度提高農業(yè)現(xiàn)代化生產水平 ，其推廣速度和范圍進一步增大。近些年來對于日光溫室的研究主要集中在對室內溫 、光 、濕環(huán)境的調控和溫室結構的改良個方面 。白義奎等對適宜東北氣候條件的遼沈型日光溫室的溫 、光 、濕等環(huán)境及保溫性能進行了綜合分析 ，郭文忠等設計建造寧夏型日光溫室基本保證了茄果類蔬菜越冬生長 ；朱寶文等探明建造于高寒冷地區(qū)的日光溫室室內溫度變化規(guī)律 ，為控制室內溫度提供了依據(jù) 。同時很多研究者對溫室的改良提出許多設想 ，張勇等研發(fā)了旋轉屋面角日光溫室 ，即前屋面角度隨著太陽入射角而變化 ，并對其采光 、保溫性能進行了測定 。孫周平等研發(fā)的彩鋼板保溫裝配式節(jié)能日光溫室 ，通過溫室脊高前移 、減小溫室中部 、后部的遮光面積 ，提高總體的溫光性能 ；管勇等將研制的相變蓄熱材料應用于日光溫室北墻提高了溫室氣溫 、地溫以及對太陽能的利用 。阿拉善盟地處非耕地高原內蒙古自治區(qū)的最西端 ，平均海拔 ，位于亞洲荒漠區(qū)最東部 ，總面積達。沙漠 、戈壁 、裸巖及沙化土地總面積達以上 ，并有不斷擴大的趨勢。因此 ，本研究通過對阿拉善盟地區(qū)的日光溫室內熱環(huán)境的測定 ，分析在不同天氣條件下溫室內熱環(huán)境變化情況 ，總結出溫室內溫度和熱量的變化規(guī)律 ，以期能夠對室溫 、地溫 、熱流量變化進行預測 ，對環(huán)境提前調控 ，從而保證溫室能夠維持在適宜作物生長所需的條件范疇 。 材料與方法 時間及地點測試于年月至年月進行 ，改良溫室均位于阿拉善左旗吉蘭泰鎮(zhèn)瑙干陶力嘎查哈圖左 林 的 非 耕 地 溫 室 示 范 基 地 ，地 處 北 緯°，東經°。坐北朝南 ，南偏西°，覆蓋材料選擇透光率的聚氯乙烯無滴膜 ，保溫被，厚。溫室內采用壟作的方式種植番茄 。溫室的具體結構參數(shù)如表所示 。 試驗方法測定的數(shù)據(jù)為室內外溫度 、室內地溫 、前后屋面各點熱流量 。分別在溫室東西方向的和，距后墻，高度的位置 。室外測點選在全天均無遮蔽物的空曠場地 ，高度為。數(shù)據(jù)從越冬茬番茄定植后開始 ，到果實全部采摘完畢為止 。測點布置方式如表所示 。：之前根據(jù)日出情況揭簾 ，：后蓋簾 。表 試驗溫室結構參數(shù) 長度 跨度 脊高 前屋面角 ° 后屋面角 ° 后屋面投影寬度 后屋面做法 后墻高度 后墻厚度 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;木板 聚苯板 抹灰 &nbsp; 表 測點分布情況 測點序號 測試設備 測試參數(shù) 布點要求 熱流計 熱流量密度 （） 測點 位于后屋面投影中點位置 ；測點 位于前屋面 ；投影均分高度 位置 ， 熱電偶室內空氣溫度 位于溫室栽培區(qū) （作物栽培區(qū)域 ）中部位置 ，高度距地面 熱電偶地下 溫度 位于溫室栽培區(qū)中部位置 ，距栽培面 處 熱電偶室外空氣溫度 位于室外空曠處 高度位置 熱電偶室外 深溫度 位于前屋面底邊 遠 ，距地表 處 結果與分析測定期間的天氣為晴天占，多云占，其他天氣占。因此溫度變化趨勢按晴天和陰天種情況進行分析 。太陽升起時需揭簾使作物能夠接收到陽光的照射進行光合作用 ，一 般 時 間 為：左 右，故 以 此 為 觀 測起點 。 溫室內日氣溫 溫室內日平均氣溫變化趨勢日平均氣溫能夠反映溫室內溫度變化的總體趨勢 ，是研究溫室性能的基本指標 。至各時段平均溫度變化情況如圖所示 。試驗溫室在：前 ，晴天溫度以平均速度上升 ，陰天為；：至蓋簾前 ，晴天 以速 度 下 降 ，陰 天 為；夜間 ，晴天溫度維持在，陰天為。 溫室內日最低溫度變化趨勢植物生長發(fā)育必須要達到一定的有效積溫 ，否則會導致作物生長不良 。一些蔬菜作物如白菜類 、根菜類 、蔥蒜類和大部分葉菜類等生蔬菜需要度過一段時間的低溫通過春化作用才能開花結實 。圖為監(jiān)測期間室內最低溫度 。圖 日平均溫度 不同天氣條件下室外最低溫度為，改良溫室晴天日最低溫度主要分布范圍較大 ，且溫度區(qū)段更低 ，晴天主要分布在，占總天數(shù)的，陰天集中在，占。低溫出現(xiàn)的時間在一天中的：··期 王昭等 ：高原非耕地地區(qū)日光溫室熱環(huán)境的研究：，溫度從蓋簾后一直處于下降的狀態(tài) 。如種植番茄 、黃瓜 、茄子等喜溫蔬菜或需提前采收 ，可以采取熱風爐進行適當加溫 ，尤其是種子發(fā)芽階段 ，以加快其生長 。圖 日最低溫度 溫室內日最高溫度變化趨勢日光溫室主要是解決北方地區(qū)冬季氣溫偏低不適宜作物生長的問題，但在某些時刻由于外界環(huán)境和溫室自身結構共同影響下 ，溫室內會出現(xiàn)高溫現(xiàn)象 。圖為監(jiān)測期間 ，不同天氣條件的日最高溫度所占的比例 。圖 日最高溫度 從最高溫度的范圍上來看 ，已滿足白菜 、甘藍 、番茄 、黃瓜 、茄子等常見蔬菜的正常生長要求 ，同時建議在陰天時及時加溫以保證作物品質和生長速度。相比于其他地區(qū)溫室可以看出 ，高寒非耕地地區(qū)溫室的最高溫度出現(xiàn)較其他地區(qū)溫室晚。 溫室內外溫差變化趨勢室內外溫差部分反映的溫室保溫效果 。圖為不同天氣條件室內外不同時刻溫差變化情況 。圖 溫室內外溫差 從圖中可以看出 ，室內溫度始終高于室外溫度 ，溫差集中在。典型晴天室內外的溫差在：達到峰值 ，這是通風換氣及作物灌溉之前的階段 ，一天中光照強度最大 ，照射到室內的太陽光一部分被地面和墻體吸收蓄熱 ，一部分經地面反射為長波輻射 ，變化對室外溫度依存性小 ，溫差變大；：，每小時下降；：至次日：溫差較小 ，維持在左右 。典型陰天由于一天內溫度光強變化不大 ，對溫室升溫影響較小 ，同時為防止室內溫度過低會采用熱風爐進行加溫 ，提早蓋簾以保持溫度 。相比其他地區(qū)日光溫室 ，該地區(qū)日光溫室具有晝夜溫差大等特點 。 溫室內地溫地溫能顯著影響蔬菜作物的生長發(fā)育 ，地溫過高或過低顯著影響蔬菜根系對水分的吸收 ，劇烈的地溫變化會對根系的應力構成威脅 ，甚至造成作物枯萎 ；影響蔬菜根系對養(yǎng)分的吸收 。不同天氣條件下日平均地溫變化如圖所示 。改良溫室晴天條件下 （圖），室內地溫在，室外地溫，室內相比室外地溫高，最高溫度出現(xiàn)在：，最低溫度出現(xiàn)在：；室內：至次日：溫 度 處 于 下 降 趨 勢 ，平均每小時下降；室內：溫度表現(xiàn)為上升趨·· 西北農業(yè)學報 卷勢 ，每小時升高，室內溫度波動幅度高于室 外 。陰 天 條 件 下 （圖），室 內 地 溫 為，室外地溫，室內相比室外地溫高，最高溫度出現(xiàn)在：，最低溫度出現(xiàn)在：；室內：至次日：溫度處于下降趨勢 ，平均每小時下降；室內：溫度處于上升趨勢 ，每小時升高。圖 室內外地溫 室內地溫變化晚于室外左右 ，波動幅度高于室外 ，溫度較低時采取加溫措施會造成溫度的加速上升 。 日光溫室內熱流變化圖為不同天氣條件下室內各點熱流量變化情況 。整體上看 ，陰天波動弱于晴天 ，越靠近屋脊各點變化越劇烈 。晴天各時刻前屋面的熱流量明顯高于陰天 ，點點整體波動趨勢相似 ，晴天峰值出現(xiàn)在：前后 ，陰天最大值在蓋簾后。最小值出現(xiàn)在揭簾前 。晴天會出現(xiàn)室內溫度下降過快 ，點 （后屋面 ）散熱 ，在陰天條件下 ，點點全天處于波動平穩(wěn)狀態(tài) ，無明顯的峰值和最小值出現(xiàn) 。點的峰值出現(xiàn)在：，可達到（·）。圖 各測點熱流變化 以下從：揭簾時間 、：室外溫度最高時間 、：蓋簾前及：進行逐一分析 。特殊的時段對熱流量進行分析 。從圖可以看出 ，：，點點熱流量相近 ，并處于較低范圍 ，點略高 ，點值接近其他各點的。：，各點熱流量處于較高值 ，點略低于點點 ，點較點低左右 。：，點 、點值相似 ，點和點分別略低 、略高于這兩點 ，點出現(xiàn)負值 ，表明該點由吸熱狀態(tài)變?yōu)榉艧釥顟B(tài) ，該現(xiàn)象的出現(xiàn)是由于溫度快速下降 ，而后屋面保溫效果較好造成變化滯后進而放熱 ，為負值 。夜間前屋面熱流量差距縮小至基本一致 。建議：可以進行適當?shù)墓喔燃巴L 。從后屋面的熱特性計算可以 在 中 間 加 導 熱 系 數(shù)（·）的泡沫板 。從圖可以看出 ，：時 ，點點熱流··期 王昭等 ：高原非耕地地區(qū)日光溫室熱環(huán)境的研究晴天 &nbsp; ；陰天 &nbsp;圖 極值時刻各點熱流量 量較小 ，無明顯差異 ，后屋面接近前屋面的。：，各測點達到峰值 ，點點逐 步 遞 增 ，點 和點 值 接 近 。：時 ，點點差距較小 ，點 、點吸熱量減小 ，點減小了，表明此時室內溫度已經下降 ，后屋面的保溫性能開始發(fā)揮作用 。：，點點升高 ，由于陰天夜晚溫度較低 ，室內進行了適當加溫措施 。建 議 揭 簾 時 覆 蓋 傳 熱 系 數(shù) 為（·）及左右的保溫被 ，前屋面前部分建議加厚，同時后屋面在建造溫·· 西北農業(yè)學報 卷室時內部另加苯板保溫 ，陰天時可適當推遲揭簾時間至：，待室外溫度升高光線變強時開始揭簾 。蓋簾時間提前至：。：可適當進行少量灌溉 ，避免通風散熱和濕度過大造成的霜霉病等病害產生 。 溫室內熱交換計算溫室內熱量變化受到室內外環(huán)境條件的影響 。熱量交換途徑有 ：太陽輻射得熱 ，圍護結構對流換熱 ，室內作物 、燈具 、人體等之間相互熱交換 ，溫室內作物葉片的蒸騰作用引起潛熱的變化 ，土壤水分的蒸發(fā)引起潛熱的變化 ，溫室內換氣裝置（門 、天窗 、風機等 ）及結構縫隙等與外界產生的對流換熱共個方面。當熱量的流入量高于散熱量時會使引起溫室內溫度升高 ，相反會造成溫度的下降 。由此可推出溫室內熱量平衡方程可以表述為 ：其中為溫室內熱量變化 （負值為熱量的散失 ，正值為熱量的流入 ），；為溫室內接收到的太陽輻射能 ，；為通過溫室的圍護結構（前屋面 、后屋面 、后墻等 ）換熱量 ，；為溫室內作物 、燈具 、人體等之間的熱交換量 ，；為土壤傳熱量 ，；為溫室換氣裝置 （門 、天窗 、風機等 ）及結構縫隙等與外界產生的對流換熱 ，；為溫室內作物葉片的蒸騰作用引起潛熱的變化 。該地區(qū)室外年平均最低溫度為，不同種類的作物生長適宜溫度不同 ，如韭菜 、菠菜 、大蔥 、大蒜等耐寒作物適宜生長溫度為；白菜 、甘藍 、馬鈴薯 、蘿卜等半耐寒作物適宜生長溫度為；番茄 、茄子 、辣椒 、黃瓜等喜溫作物適宜生長溫度為；南瓜 、西瓜 、甜瓜 、豇豆等耐熱作物適宜生長溫度為。白天基本可以達到所有作物生長所需的條件 ，夜間溫度均低于，不適宜作物的正常生長 。需考慮夜 間 加 溫 ，故此處設定室內設計溫度為。（）溫室內接收的太陽輻射能 （）由于夜間的溫室沒有太陽光照射 ，因此為零 。（）溫室結構換熱 （）溫室是一個相對穩(wěn)定的半封閉環(huán)境 ，根據(jù)穩(wěn)定傳熱理論 ：（）其中為不同材料圍護結構的傳熱系數(shù) ，（·）；為不同材料各部分面積 ，；為室內溫度 ，；為室外溫度 ，。以本次試驗選取的日光溫室為例 ，山墻為厚 ，的紅磚墻 ，傳熱系數(shù)（·）；后墻 、后屋面以及夜間前屋面 （聚氯乙烯無滴膜外覆保溫被 ）均為復合材料 ，其傳熱系數(shù)計算公式 ：其中為復合圍護結構外層材料的對流換熱 系 數(shù) ，（·），此 處 取 值（·）；為復合圍護結構隔層材料的厚度 ，；為復合圍護結構隔層材料的導熱系數(shù) ，（·）；為復合圍護結構內層材料的對流換 熱 系 數(shù) ，（·），此 處 取 值（·）。前屋面面積，外層覆蓋保溫被 ；，（·），內層為聚氯乙烯無滴膜 ，（·）；后屋面面積，外層為防水卷材 ，中間為水泥砂漿 ，（·），內層為聚苯板 ，；后墻面積，外層為聚苯板 ，內層為厚土坯墻 ， 。因此總 前屋 后屋 后墻 山墻 （××（）××（）××（）×××（） 冷風滲透損失可按公式 ：（）其 中為 空 氣 的 定 壓 比 熱 ，·（·）；為通過冷風滲透進入溫室的空氣質量 ，；空氣質量為每小時冷風滲透進入溫室的空氣總質量 ，可按公式 ：其中為每小時溫室內空氣交換的總次數(shù) ，日光溫室，取；為溫室體積 ， ；為空氣密度 ，室內溫度··期 王昭等 ：高原非耕地地區(qū)日光溫室熱環(huán)境的研究時 ，空氣密度取。×× ×× （）溫室內作物及燈具 、人體等之間的熱交換量 （）夜間不進行補光處理 ，工作人員無夜間作業(yè) ，取值為零 。（）土壤傳熱損失 （）選取墻外以內范圍 ，以寬為一個梯度 ，由外 到 內 各 梯 度 的 傳 熱 系 數(shù) ?。?#183;），（·），（·），（·），計算其通過土壤傳熱的熱量損失×××××××××××× （）溫室換氣裝置 （門 、天窗 、風機等 ）及結構縫隙等與外界產生的對流換熱量 （）夜間為達到保溫效果會關閉門窗及其他通風換氣 設 備 ，因 此 本 次 計 算 設 定 為 密 閉 環(huán) 境 ，為零 。故當忽略不同風速及葉面蒸騰作用的影響（）時 ，可近似求得夜間日光溫室熱量散失情況 。溫室內夜間熱量損失 ： 若要保證喜涼作物的正常生長 ，當室外溫度在時 ，室內溫度需維持在以上 ，則溫室內的采暖負荷至少為 。若要保證半耐寒作物的正常生長 ，當室外溫度在時 ，室內溫度需維持在以上 ，則溫室內的采暖負荷至少為 。若要保證喜溫 、耐熱作物的正常生長 ，當室外溫度在時 ，室內溫度需維持在以上 ，則溫室內的采暖負荷至少為 。 結 論溫室內熱量變化受到室內外環(huán)境條件的影響 ，熱量交換途徑有 ：（）室內相比室外地溫變化晚左右 ，當室外地溫發(fā)生變化時 ，應提前調節(jié)室內環(huán)境 。（）陰天全天前屋面中下部及后屋面熱流量明顯高于晴天 ，須適當對這兩個位置覆蓋保溫被或苯板以減小熱量流失 。（）溫室后墻熱流變化情況 ，晴天條件下 ，從揭簾至：，后墻熱流量介于前屋面各點之間 ，：后熱流量高出其他各點左右 ；陰天條件下 ，：左右后墻墻熱流量達到峰值 ，是所有點中熱量流出的最高位置 。（）夜間通過熱風爐的方式進行加溫 ，加溫負荷可根據(jù)各地自身氣候情況及對室溫的要求參考本試驗計算結果進行測算 。（）夜間對后屋面進行保溫被覆蓋 ，加以上的保溫被 ，為保證夜間保溫效果前屋面前處應加厚。晴天：對作物進行灌溉 ，并配合通風換氣 ，陰天減少灌溉量 。揭簾時間推遲至：之后 ，蓋簾時間提前至：，：開 始 少 量 灌 溉 ，無 須 通 風 ，以 減 少 熱 量散失 。參考文獻：劉志杰 ，鄭文剛 ，胡清華 ，等 中國日光溫室結構優(yōu)化研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 中國農學通報 ，（）： ， ， ， ，（）：（ ）吳正景 ，張菊平 ，王少先 日光溫室保溫節(jié)能技術應用與研究進展 北方園藝 ，（）： ， ， ，（）：（ ）魏瑞江 ，孫忠富 我國日光溫室小氣候進展與展望 西北農林科技大學學報 （自然科學版 ），（）： ， （ ），（）：（ ）白義奎 ，劉文合 ，王鐵良 ，等 遼沈型日光溫室環(huán)境及保溫性能試驗研究 農業(yè)工程學報 ，（）： ， ， ， ： ，（）：（ ）郭文忠 ，楊冬艷 ，曲繼松 ，等 寧夏 型日光溫室設計建造及冬季溫光環(huán)境特征 北方園藝 ，（）： ， ， ， ，（）：（ ·· 西北農業(yè)學報 卷）朱寶文 ，胡德奎 ，趙年武 ，等 高寒冷涼地區(qū)日光溫室溫度變化規(guī)律研究 中國農學通報 ，（）： ， ， ， ，（）：（ ）張勇 ，鄒志榮 ，李建明 傾轉屋面日光溫室的采光及蓄熱性能試驗 農業(yè)工程學報 ，（）： ， ， ，（）：（ ）孫周平 ，黃文永 ，李天來 ，等 彩鋼板保溫裝配式節(jié)能日光溫室的溫光性能 農業(yè)工程學報 ，（）： ， ， ， ，（）：（ ）管勇 ，陳超 ，凌浩恕 ，等 日光溫室三重結構相變蓄熱墻體傳熱特 性 分 析 農 業(yè) 工 程 學 報 ，（）： ， ， ， ，（）：（ ）杜方紅 ，黃文浩 阿拉善地區(qū)生態(tài)問題及探討 內蒙古環(huán)境保護 ，（）： ， ，（）：（ ）張百平 ，張雪芹 ，姚永慧 ，等 內蒙古阿拉善地區(qū)的荒漠化與戰(zhàn)略性對策 干旱區(qū)研究 ，（）： ， ， ， ，（）：（ ）劉瓔瑛 ，丁為民 ，張劍鋒 日光溫室保溫簾揭蓋時間的確定農業(yè)工程學報，（）： ， ， ，（）：（ ）肖林剛 ，鄒志榮 ，吳樂天 ，等 寒冷干旱地區(qū)日光溫室結構寒冷干旱地區(qū)日光溫室結構的優(yōu)化設計 農學學報 ，（）： ， ， ， ，（）：（ ）李天來 設施蔬菜栽培學 北京 ：中國農業(yè)出版社 ，： ： ，：（ ）金志鳳 ，周勝軍 ，朱育強 ，等 不同天氣條件下日光溫室內溫度和相對濕度的變化特征 浙 江 農 業(yè) 學 報 ，（）： ， ， ， ，（）：（ ）高振茂 ，沈希華 冬季低溫弱光條件下溫室濕度的科學調控 中國蔬菜 ，（）： ， ，（）：（ ）喬曉軍 日光溫室換氣率測量方法 北方園藝 ，（）： ，（）：（ ） ， ， （ ， ， ，； ， ， ，） ， ， ， ， ··期 王昭等 ：高原非耕地地區(qū)日光溫室熱環(huán)境的研究 ， ， </p>