第 卷第 期年 月中國農(nóng)機化學(xué)報 ：不同跨度組裝式日光溫室光熱環(huán)境性能研究宋明軍，趙鵬，趙樹春，張斌祥，張建金（甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所 ，蘭州市 ，；甘肅省靖遠縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心 ，甘肅靖遠 ，）摘要 ：為研究跨度對組裝式日光溫室溫光環(huán)境的影響 ，選取 、和 跨度的組裝式日光溫室 ，以當(dāng)?shù)仄胀ㄈ展鉁厥覟閷φ?，進行溫室環(huán)境溫度 、光照性能觀測和墻體熱工性能分析 。結(jié)果表明 ：各組裝式日光溫室墻體熱穩(wěn)定性遠低于普通溫室 ，平均最低溫度較普通日光溫室低 ；組裝式溫室保溫和采光性能隨跨度增加而減小 ，月份，跨度組裝溫室平均最低溫度較 和 跨度溫室高 和 ，透光率高 和 ，室內(nèi)外最低溫度差可達；組裝溫室隨跨度增大 ，室內(nèi)溫度變化越劇烈 。綜合分析認為 ，冬季組裝式溫室中跨度溫室綜合保溫性能最好 ，組裝式溫室的保溫性能隨溫室跨度的增加而下降 ，組裝溫室在沒有輔助熱源加溫的情況下 ，不宜過度增加跨度 。關(guān)鍵詞 ：組裝式溫室 ；跨度 ；溫度 ；太陽輻射 ；性能中圖分類號 ：文獻標識碼 ：文章編號 ：（）宋明軍 ，趙鵬 ，趙樹春 ，張斌祥 ，張建金 不同跨度組裝式日光溫室光熱環(huán)境性能研究 中國農(nóng)機化學(xué)報 ，（）： ， ， ， ， ，（）：收稿日期 ：年 月 日修回日期 ：年 月 日基金項目 ：國家自然科學(xué)基金 （）組裝式日光溫室熱環(huán)境及主動蓄熱系統(tǒng)耦合傳熱機理研究第一作者 ：宋明軍 ，男 ，年生 ，甘肅平?jīng)鋈?，碩士 ，副研究員 ；研究方向為設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境與工程 。： 引言日光溫室作為我國北方冬季作物主要的反季節(jié)栽培設(shè)施 ，在生產(chǎn)中得到不斷的研究和改進，普通日光溫室后墻體具有良好的保溫蓄熱性能，但是普通日光溫室普遍存在土地利用率低和建造費時費力等諸多問題。因此科研和生產(chǎn)單位進行了組裝式日光溫室的研究與應(yīng)用，這些組裝式日光溫室的結(jié)構(gòu)大多還是依照普通日光溫室的參數(shù)進行設(shè)計?？缍仁侨展鉁厥医Y(jié)構(gòu)參數(shù)基本要素之一 ，它與脊高共同決定著溫室的透光率以及室內(nèi)的光溫環(huán)境。國內(nèi)學(xué)者已對普通日光溫室的合理跨度進行了大量的研究工作 ，劉彥辰等以陜西關(guān)中地區(qū)普遍使用的跨度分別為，和的日光溫室為研究對象 ，認為跨度溫室更適合在陜西關(guān)中地區(qū)的番茄種植中優(yōu)先推廣應(yīng)用 。劉玉鳳等針對陜西楊凌、不同跨度的日光溫室 ，以及唐中祺等對酒泉市肅州區(qū)跨度為、和的種石墻鋼結(jié)構(gòu)日光溫室的升溫保溫性能研究 ，結(jié)果跨度的溫室性能最優(yōu) 。這些對日光溫室合理跨度的研究 ，都是以土質(zhì)或石質(zhì)墻體日光溫室為研究對象 ，而跨度變化對組裝式日光溫室的環(huán)境性能的影響 ，國內(nèi)尚未見文獻報導(dǎo) 。組裝式日光溫室由于建造速度快 ，節(jié)省土地資源 ，甘肅省近幾年設(shè)計和建造了多種規(guī)格的組裝式日光溫室，這些組裝式日光溫室在生產(chǎn)應(yīng)用中 ，溫度環(huán)境性能差別很大 。為了研究跨度變化對組裝式日光溫室性能的影響 ，年我們進行了不同跨度組裝式日光溫室的溫光性能觀測試驗 ，希望通過此項研究 ，為生產(chǎn)應(yīng)用提供技術(shù)支持 。 材料與方法 試驗溫室試驗溫室位于甘肅靖遠大壩和三合農(nóng)業(yè)高科技示范園區(qū) （°，°），試驗地海撥 ，年平均氣溫，無霜期天 ，年日照時數(shù) 左右 ，極端最高氣溫為，極端最低氣溫。座不同跨度組裝式試驗溫室 ，溫 室 骨 架 均 為×橢圓型鋼管 ，間距，各組裝溫室的墻體和后屋面材料一致 ，前屋面棚膜為日光溫室專用膜 ，保溫被芯層為針刺毛氈 ，外層包裹防水布 ，總厚度。第 期 宋明軍 等 ：不同跨度組裝式日光溫室光熱環(huán)境性能研究 對照溫室選用當(dāng)?shù)仄胀ㄍ翂θ展鉁厥?，土墻體下部厚，上部厚，平均厚度，骨架材料和覆蓋材料與試驗組裝式溫室相同 。后屋面結(jié)構(gòu)為 ：竹膠板草簾麥草草泥 ，上薄下厚 ，平均厚度，后屋面長度，座溫室具體結(jié)構(gòu)參數(shù)見表。表 供試溫室結(jié)構(gòu)參數(shù)表 溫室編號跨度長度脊高墻高采光屋面角（°）后墻體結(jié)構(gòu)種植作物 稻草簾 保溫被 棚膜 辣椒 防水布 滌綸棉 防水布（總厚度） 黃瓜 毛氈 草簾 保溫被 防水布 生菜 黏土墻（） 辣椒 觀測項目及方法 測點布置主要進行試驗溫室內(nèi)外環(huán)境溫度和太陽輻射量的觀測 ，室內(nèi)空氣溫度觀測點位于各溫室前后正中間 ，偏右的 位 置 ，主 要 避 開 中 部 卷 簾 機 的 影 響 ，高 度。室外溫度觀測點位于室外空曠處 ，高度，為避免陽光直接輻射造成的影響 ，觀測時溫度傳感器上方加一硬紙板遮擋 。太陽輻射的測點位于溫室內(nèi)外空氣溫度測點的位置 ，組裝式溫室剖面結(jié)構(gòu)和觀測點位置如圖所示 。圖 組裝式日光溫室結(jié)構(gòu)示意圖及測點布置 測試內(nèi)容年月日月日進行各試驗溫室的性能觀測試驗 ，每記錄一次 ，連續(xù)觀測 。測試內(nèi)容為不同跨度組裝式溫室的保溫性能和采光性能 ，主要測試指標為室內(nèi)外空氣溫度 、最低溫度 、最高溫度和太陽輻射量 。 試驗設(shè)備溫度觀測選 型和型溫度自動記錄儀 ，精度±，溫濕度觀測選 型溫濕度自動記錄儀 ，精度±（），濕度為±。太陽輻射觀測選，測量范圍 ，誤差±，手工觀測采用便攜式光照輻射測量儀 ，測量范圍 ，誤差±，分辨率。 數(shù)據(jù)分析處理選取年月日月日的觀測數(shù)據(jù) ，主要為冬季最冷時期的數(shù)據(jù) ，通過處理數(shù)據(jù) ，獲得不同跨度組裝溫室室內(nèi)外溫度和太陽輻射量的動態(tài)變化規(guī)律 。運用熱工計算公式 ，分析墻體材料的熱工性能 ，對不同跨度組裝式日光溫室的光熱環(huán)境特征做出分析和評價 。 結(jié)果與分析 溫度保溫能力分析 最低溫度變化日光溫室最低溫度是評判溫室保溫性能好壞的重要指標 。從試驗期間各溫室內(nèi)最低溫度變化分析 （圖），試驗期間各組裝溫室最低溫度均低于對照土墻溫室 ，不同時段各組裝溫室的最低溫度變化規(guī)律不同 。圖 最低溫度變化曲線 月份平均最低溫度為，較、和分別高、和。組裝溫室中表現(xiàn)最好 ，較和分別高和，組裝溫室表現(xiàn)出隨跨度增大 ，最低溫度逐漸降低的趨勢 。月份以后 ，隨外界氣溫的回暖 ，組裝試驗溫室和對照溫室的最低溫度差距減小 ，溫室平均最低溫度較、和分別高、和。通過以上分析 ，月份 ，組裝式溫室的最低溫度均低于普通土墻溫室 ， 中國農(nóng)機化學(xué)報 年組裝式溫室隨跨度的增加 ，最低溫度呈下降趨勢 。 室內(nèi)外最低溫度差如圖所示 ，室內(nèi)外最低溫度差和外界氣溫變化相反 ，外界氣溫越低 ，溫室內(nèi)外的溫差越大 。對照溫室的保溫性能最好 ，月份 ，對照溫室內(nèi)外最低溫度差最高可達。組裝溫室中仍然是保溫性能最好 ，室內(nèi)外最大溫差可達，表現(xiàn)次之 ，的各值均表現(xiàn)最小 ，說明在最冷的月份 ，組裝溫室中保溫性能最好 ，隨著跨度增加 ，組裝溫室的保溫性能逐漸降低 。月份的保溫性能超過了，但差異不顯著 。各組裝溫室仍然表現(xiàn)為跨度越大 ，保溫性越差的特點 。圖 試驗溫室室內(nèi)外最低溫度差 升溫能力分析 升溫幅度溫室內(nèi)最高溫度和最低溫度差可以判斷設(shè)施的采光和升溫能力的強弱 ，由于日光溫室的最低溫度基本出現(xiàn)在揭簾時間 ，所以最高溫度和最低溫度差 ，可以反映溫室每日的升溫能力 。從表可以看出 ，組裝式溫室的升溫能力普遍高于土墻對照溫室 ，試驗期間的升溫幅度最大 ，次之 ，而的升溫幅度最小 ，月份、升溫幅度分別較高、和，組裝溫室升溫幅度的最大值和最小值均大于對照溫室 。月份、升溫幅度高于，而低于。 升溫速度由于日光溫室白天通風(fēng)和管理方式不同 ，僅從溫室的升溫幅度并不能真實反應(yīng)溫室的升溫能力 ，當(dāng)?shù)厝展鉁厥叶久刻欤航液?，中午：開始通風(fēng)降溫 ，選取每天：的數(shù)據(jù)進行分析 ，基本能反應(yīng)溫室的真實升溫速度 。從試驗結(jié)果分析 （表），組裝溫室單位時間的升溫速度明顯高于對照溫室 ，組裝溫室中的升溫速度最快 ，月平均升溫速度在左右 ，最大升溫速度可達，而的升 溫 速 度 最 低 ，平 均 升 溫 速 度，的平均升溫速度稍低于，但差異不顯著 。表 試驗溫室最高和最低溫度差 統(tǒng)計項目年 月 年 月最高值 最低值 平均值 最高值 最低值 平均值 外界溫度 表 試驗溫室升溫速度 統(tǒng)計項目年 月 年 月最高值 （·）最低值 （·）平均值 （·）最高值 （·）最低值 （·）平均值 （·） 外界溫度 太陽輻射量動態(tài)變化從試驗期間太陽輻射量分析 （圖），月份外界月平均太陽輻射量為，、的月平均太陽輻射量分別為、和第 期 宋明軍 等 ：不同跨度組裝式日光溫室光熱環(huán)境性能研究 ，為，各組裝溫室的月平均透光率分別為、和，為。圖 日平均太陽輻射量變化 組裝溫室表現(xiàn)出隨著跨度增大 ，太陽幅射量減小的趨勢 ，在相同跨度情況下 ，組裝溫室的太陽幅射量要高于土 墻 溫 室 。月份外界月平均太陽輻射量為，此時三種組裝溫室的月平均太陽輻射量分 別 為、和，為，透 光 率 分 別 為、和。通過以上對不同時期各組裝溫室的太陽輻射量分析 ，各溫室的太陽輻射量隨太陽高度角的增大而升高 ，透光率隨跨度增大而減小 。由于采光屋面角大 ，隨太陽高度角的增加 ，太陽輻射量和透光率上升較快 ，月份超過了。 墻體材料熱工性能分析運用建筑材料熱工計算方法，對組裝溫室和對照溫室的墻體熱工參數(shù)進行分析 （表、表）。雖然組裝溫室的墻體熱阻都大于對照溫室 ，但對照溫室土墻體熱穩(wěn)定性好 ，蓄熱系數(shù)和熱惰性指標是組裝溫室的倍以上 ，實際測得土墻溫室冬季的保溫性能要好于組裝式溫室 。從各組裝溫室的墻體熱工性能分析 ，種試驗組裝溫室墻體的熱阻和傳數(shù)系數(shù)相近 ，的熱穩(wěn)定性最 好 ，最 差 ，而冬季保溫性能則表現(xiàn)為，保溫性能隨跨度的增大而變小 。綜合分析認為 ，各組裝溫室的溫度差異主要還是由于組裝溫室跨度增大 ，前屋面散熱面積增加 ，而組裝溫室墻體蓄熱能力較差 ，導(dǎo)致溫室保溫性降低 ，跨度變化是影響組裝溫室保溫性能的重要因素 。墻體材料基本熱工參數(shù)如表所示。表 墻體材料基本熱工參數(shù) 墻體材料 厚度 密度 （·） 導(dǎo)熱系數(shù) （··） 比熱容 （··）稻草簾 保溫被 滌綸棉 毛氈 土墻體 表 試驗溫室墻體材料熱工性能 溫室編號 熱阻 （··） 傳熱系數(shù) （··） 蓄熱系數(shù) （··） 熱惰性指標 結(jié)論與討論本試驗選取了種不同跨度的組裝式日光溫室進行光熱環(huán)境性能研究 ，隨著溫室跨度的增加 ，溫室的結(jié)構(gòu)參數(shù)相應(yīng)的也隨之不同 。因此 ，分析了溫室墻體熱工性能的綜合 ，認為冬季組裝溫室是由于墻體蓄熱性能差 ，隨跨度增加 ，前屋面散熱面積增大 ，在冬季表現(xiàn)出跨度越大 ，溫室保溫性能越差的變化特征 。組裝溫室表現(xiàn)出升溫速度快 ，但降溫速度也快的特點 ，月份 ，、跨度組裝溫室平均升溫幅度分別較對照溫室高、和，而傳統(tǒng)土墻溫室的最低溫度則高于組裝溫室。隨著組裝溫室隨跨度增加 ，室內(nèi)溫度變化越劇烈 。月 份和跨 度 組 裝 溫 室 升 溫 速 度 為和，每 日 平 均 升 溫 幅 度和，明顯高于跨度組裝溫室 。而晚間跨 中國農(nóng)機化學(xué)報 年度溫室最低溫度較和跨度溫室高、，跨 度 組 裝 溫 室 溫 度 變 化 較和平緩 。各溫室的太陽輻射量表現(xiàn)出隨太陽高度角的升高而增加 ，隨跨度增大而減小的趨勢 。月份跨度組裝溫室的月平均太陽輻射量為，平均透光率為，分別高于和跨度組裝溫 室、和、。月份跨度組裝溫室由于采光屋面角大 ，太陽輻射量上升較快 ，平均太陽輻射量高于跨度組裝溫室，透光率高。綜上所述 ，由于組裝式日光溫室墻體蓄熱性能不足 ，在冬季表現(xiàn)出跨度越大 ，溫室保溫性能越差的變化特征 。所以 ，今后在組裝式日光溫室的設(shè)計建設(shè)中 ，若沒有輔助補溫設(shè)備的情況下 ，不宜過度增加跨度 ，要根據(jù)生產(chǎn)需要 ，合理進行組裝溫室結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計 。參考文獻魏曉明 ，周長吉 ，曹楠 ，等中國日光溫室結(jié)構(gòu)及性能的演變 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報 ，（）： ， ， ，（）：牛貞福 ，黃振軒 ，國淑梅 ，等雙屋面日光溫室建造設(shè)計及其環(huán)境動態(tài)變化分析 中國農(nóng)機化學(xué)報 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