溫室園藝 2020 02 55 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 溫室園藝 后墻涂色對日光溫室光熱性能的影響 摘要 墻體是日光溫室吸熱貯熱的重要結(jié)構(gòu) 不同顏色對光的吸收反射不同 試驗通過將庭院式溫室 作為模型溫室 對黏土磚后墻涂色的效應進行了研究 結(jié)果表明 涂黑處理 不涂色 對照 黏土藍 磚 涂白處理的墻體溫度 光照強度和空氣溫度均存在差異 在連續(xù)晴天時 涂黑處理隔間內(nèi)的溫 度最高 涂白處理隔間內(nèi)的光照強度最強 在連續(xù)陰天時差距不明顯 通過試驗得出涂黑處理能提高 后墻溫度2 1 涂白處理則會降低墻體溫度3 3 涂黑處理還能夠增加溫室內(nèi)的空氣溫度 而涂 白處理對光照強度的增加較為顯著 相比對照平均提高997 4 lx 需要指出的是本結(jié)果是在無外保 溫材料下獲得的 保溫措施會提升其效果 引言 日光溫室是中國主要的生產(chǎn)設(shè)施 其重要特 征是具有墻體結(jié)構(gòu) 能有效降低貫流散熱并具有 貯熱緩溫的效應 趙崠 1 佟國紅 2 等研究了 不同墻體材料對溫室環(huán)境的影響 白義奎等 3 4 對復合墻體材料和單一墻體材料進行對比分析 發(fā)現(xiàn)復合墻體材料性能更優(yōu) 溫祥珍 5 等研究 了復混墻體熱傳導規(guī)律 馬宇婧 6 研究了營養(yǎng) 液中的熱傳導規(guī)律 認為熱傳導是個過程 是物 質(zhì)的特性 反映在速度上是相對穩(wěn)定的 盡管如 此 楊艷紅 7 認為由于空氣的熱容量很小 也 比較敏感 墻體的貯熱能夠?qū)鉁禺a(chǎn)生明顯影響 崔慶法 8 馬鵬里 9 王靜 10 封美琦等 11 12 指出在實際的農(nóng)事操作中 將反光幕 黑膜張掛 在溫室后墻上 這些反射光會從溫室后方照向前 方 較好地改善溫室內(nèi)光照不均的現(xiàn)象 但會降 低溫室后墻蓄熱能力 對溫室環(huán)境的溫度 光照 以及溫室生長作物都存在一定的影響 試驗以太 谷地區(qū)為例 對庭院式日光溫室后墻進行涂黑 涂白處理 研究涂色后溫室內(nèi)小氣候的變化 旨 在滿足種植者的實際需求 選擇最適合庭院式日 光溫室的涂色方案 為日光溫室性能的改善提供 解決方案 試驗場地與方法 試驗在山西農(nóng)業(yè)大學設(shè)施農(nóng)業(yè)工程研究中 心進行 試驗模型溫室坐北朝南 四周無遮蔭 東西長度為15 5 m 南北跨度為1 6 m 后墻 高 2 5 m 前屋面為單斜式 并設(shè)有立窗 立窗 高度為 1 4 m 前屋面角為 34 5 以原有的墻 體作為庭院式溫室后墻 墻體實際高度 3 m 厚 24 cm 用陳舊角鋼做棚體的骨架結(jié)構(gòu) 前屋面 立窗及溫室側(cè)墻均采納 PE薄膜覆蓋 棚膜主要 通過卡簧與卡槽的連接 固定在溫室的鋼架上 并在庭院式溫室左側(cè)制作簡易門 圖 1 庭院式溫室用 PE薄膜分隔成 5個隔間 東 西兩側(cè)設(shè)置緩沖間 長 1 75 m 中間 3個隔間 為試驗處理間 每個隔間長 4 m 設(shè)置 3個處理 從西到東分別是 1 涂黑處理 用墨汁涂黑 DOI 10 16815 ki 11 5436 s 2020 04 009 溫室園藝 2020 02 56 溫室裝備 Greenhouse Equipment 后墻 2 對照 黏土藍磚不涂色 3 涂白處理 用生石灰涂白后墻 3個隔間其他 條件保持一致 圖 1 并在 2018年 5月對庭院 式溫室內(nèi)環(huán)境進行測定 庭院式溫室內(nèi)外空氣溫度使用 HOBO 型 號 U12 13 測定 并懸掛于隔間 中心距離地 面 1 5 m處 數(shù)據(jù)采集時間間隔為 30 min 溫室 內(nèi)外光照強度使用手持數(shù)字照度計 TES 1332A 測定 測定位置同空氣溫度一致 數(shù)據(jù)采集時間 間隔為 1 h 墻體溫度使用非接觸式紅外測溫儀 測定 測定位置為各隔間后墻中心 距離地面高 1 5 m處 數(shù)據(jù)采集時間間隔為 1 h 試驗所得數(shù) 據(jù)用 Excel進行統(tǒng)計分析 結(jié)果與分析 圖 2為不同涂色下庭院式溫室墻體表面溫 度的日變化 整體呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢 涂 黑處理于 14 00達到最高溫 對照和涂白處理于 15 00達到最高溫 白天各時刻墻體表面溫度均 呈現(xiàn) 涂黑處理 對照 涂白處理 表 1為不同 涂色下庭院式溫室墻體表面溫度的平均值及極端 值 涂黑處理墻溫的平均值 最高溫 最低溫 日較差均最高 其中平均溫較對照 涂白處理分 別高 2 1 5 4 這說明涂黑處理能提高后墻表 面溫度 而涂白處理則會降低墻體表面溫度 圖 3為不同涂色下庭院式溫室內(nèi)外光照強度 的日變化 從圖中可以看出外界光照強度遠高于 溫室內(nèi)光照強度 溫室內(nèi) 3種處理的光照強度差 異不大 涂白處理略高于對照和涂黑處理 整體 呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢 這表明溫室內(nèi)的光照 強度受覆蓋材料 骨架等因素的影響大大削弱 表 2為不同涂色下試驗溫室內(nèi)外光照強度的平均 值及極端值 涂白處理的平均值 最高溫 最低溫 日較差均最高 表明后墻涂白可以有效增強溫室 內(nèi)的光照強度 表 1 墻體表面溫度平均值及極端值 墻體溫度 平均溫 最高溫 最低溫 日較差 涂黑處理 39 1 53 0 24 1 28 9 對照 37 0 49 9 23 6 26 3 涂白處理 33 7 44 1 22 0 22 0 注 圖中數(shù)據(jù)為2018年5月14 18日觀測值的平均值 表 2 光照強度平均值及極端值 lx 處理 平均光照強度 最高光照強度 最低光照強度 日較差 涂黑處理 20768 1 56280 0 1 8 56278 2 對照 20893 5 56360 0 2 4 56357 6 涂白處理 21890 9 58420 0 2 9 58417 1 外界 36027 9 80960 0 5 1 80954 9 注 圖中數(shù)據(jù)為2018年5月14 18日觀測值的平均值 圖 1 庭院式溫室現(xiàn)場 注 圖中數(shù)據(jù)為2018年5月14 18日觀測值的平均值 圖 2 不同涂色下庭院式溫室墻體表面溫度日變化 55 50 45 40 35 30 25 20 06 00 07 00 08 00 09 00 10 00 11 00 12 00 13 00 14 00 15 00 16 00 17 00 18 00 19 00 20 00 涂黑處理 對照 涂白處理 時刻 墻體溫度 注 圖中數(shù)據(jù)為2018年5月14 18日觀測值的平均值 圖 3 不同涂色下庭院式溫室內(nèi)外光照強度的日變化 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 06 00 08 00 10 00 12 00 14 00 16 00 18 00 20 00 涂黑處理 對照 涂白處理 外界 時刻 光照強度 Lux 溫室園藝 2020 02 57 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 溫室園藝 圖 4為不同涂色下庭院式溫室內(nèi)外氣溫的日 變化 總體來看 3個處理的氣溫均高于外界氣溫 在 10 00 16 00內(nèi)外空氣溫度的差值最大 6 00 氣溫開始升高 6 00 8 00內(nèi)部氣溫上升速度低 于外界 8 00后內(nèi)部升溫速度加快 14 30達到 最高溫 白天氣溫大致呈現(xiàn)出涂黑處理 對照 涂白處理 夜間 3個處理差異不大 結(jié)果表明后 墻涂黑可以提高溫室內(nèi)的氣溫 有色的后墻的蓄 熱能力強于白色后墻 圖 5為陰晴天不同涂色處理庭院式溫室內(nèi)外 空氣溫度的日變化 相較于晴天 陰天的氣溫變 化較為平緩 同時 3個處理的空氣溫度相差較小 中午涂黑處理的稍高一些 表 3為不同天氣空氣溫度的平均值及極端值 晴天時 涂黑處理 對照 涂白處理的平均氣溫 分別為 32 8 31 9 31 3 而外界的平均氣溫 為 24 2 陰天時 在涂黑處理 對照 涂白處 理的 3種處理下 平均氣溫分別為 18 6 18 8 18 4 而外界的平均氣溫為 15 4 陰天各處 理的平均值 最高 最低值十分接近 這說明涂 色處理主要在晴天起作用 陰天各處理之間的差 異不明顯 結(jié)論 試驗通過在后墻涂色的基礎(chǔ)上測定庭院式 日光溫室的光照強度和溫度等指標 得出涂黑 處理能提高后墻溫度 2 1 涂白處理則會降低 墻體溫度 3 3 后墻涂黑還能夠增加溫室內(nèi)的 空氣溫度 而后墻涂白對光照強度的增加較為 顯著 由于墻體色對光的吸收反射不同 會影響到 墻體和室內(nèi)溫度 涂黑處理可明顯提高墻體溫度 和溫室內(nèi)溫度 尤其在光照強的中午 涂白處理 反光性強 墻體獲得能量少 溫度較低 但室內(nèi) 光照會加強 因此我們可以根據(jù)種植者實際需求 通過改變后墻顏色 進而提高溫室的光熱性能 后墻涂色操作簡單 成本低廉 對日光溫室 內(nèi)環(huán)境的改變不需要額外消耗能源 而是通過物 理方法直接改變庭院式日光溫室的光熱性能 避 免了張掛物與后墻之間存在空隙的問題 容易推 廣 參考文獻 1 趙崠 王鐵良 山口智治 等 遼沈W型日光溫室墻體保溫性 能試驗研究 J 節(jié)能技術(shù) 2005 23 133 390 391 2 佟國紅 王鐵良 白義奎 等 日光溫室墻體傳熱特性研究 J 農(nóng)業(yè)工程學報 2003 19 3 186 189 3 白義奎 王鐵良 李天來 等 綴鋁箔聚苯板空心墻體保溫性能 理論研究 J 中國農(nóng)業(yè)氣象 1994 15 1 41 45 表 3 不同天氣空氣溫度平均值及極端值 平均溫 最高溫 最低溫 日較差 晴天 涂黑處理 32 8 60 9 17 1 43 8 對照 31 9 57 3 17 1 40 2 涂白處理 31 3 55 9 16 5 39 4 外界 24 2 38 4 13 2 25 2 陰天 涂黑處理 18 6 28 5 14 7 13 8 對照 18 8 27 6 15 0 12 6 涂白處理 18 4 27 8 14 7 13 2 外界 15 4 21 3 12 5 8 8 注 圖中晴天的數(shù)據(jù)為2018年5月16日 5月18日 5月22日觀測值的平均值 陰天 的數(shù)據(jù)為5月20日與5月21日觀測值的平均值 注 圖中數(shù)據(jù)為2018年5月14 18日觀測值的平均值 圖 4 不同涂色下庭院式溫室內(nèi)外空氣溫度的日變化 55 45 35 25 15 00 00 02 00 04 00 06 00 08 00 10 00 12 00 14 00 16 00 18 00 20 00 22 00 涂黑處理 對照 涂白處理 外界 時刻 空氣溫度 注 圖中晴天的數(shù)據(jù)為2018年5月16日 5月18日 5月22日觀測值的平均值 陰天 的數(shù)據(jù)為5月20日和5月21日觀測值的平均值 圖 5 陰晴天不同涂色下庭院式溫室內(nèi)外溫度的日變化 70 60 50 40 30 20 10 0 00 00 04 00 08 00 12 00 16 00 20 00 00 00 04 00 08 00 12 00 16 00 20 00 涂黑處理 對照 涂白處理 外界 時刻 晴天 陰天 空氣溫度 下轉(zhuǎn)第 60 頁 溫室園藝 2020 02 60 溫室裝備 Greenhouse Equipment 地的地理條件 海拔高度 氣候條件等因素確定 一般為南偏西 0 5 為宜 方位角南偏西的冬暖 式日光溫室由于早晨日出后接受陽光時間較晚 升溫速度較慢 不利于蔬菜病害生態(tài)控治 要注 意做好病害的預防工作 方位角正南的冬暖式日光溫室 方位角正南的冬暖式日光溫室 既不能很好 的發(fā)揮早晨升溫作用 也不能保證夜晚的保溫效 果 早晨升溫和夜間保溫的效果介于方位角南偏 東溫室或南偏西溫室二者之間 由于受到地形地 貌及地上障礙物的影響 不得不建設(shè)方位角正南 的冬暖式日光溫室時 既要加強病害的預防措施 也要注意做好保溫防寒工作 結(jié)束語 方位角是決定冬暖式日光溫室性能的最基 本關(guān)鍵參數(shù) 對光照時間 升溫速度 保溫效果 和病害發(fā)生影響較大 對能確保夜間最低溫度在 10 以上的高標準冬暖式日光溫室來說 夜間保 溫已不是主要矛盾 應以早晨升溫為主 方位角 宜選擇南偏東 8 10 為宜 否則 方位角宜選 擇南偏西 0 5 冬暖式日光溫室方位角的選取 是否符合本地的氣候特點和實際情況 是決定溫 室建成后各種性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 也是影響蔬菜質(zhì) 量 產(chǎn)量和效益的關(guān)鍵因素 參考文獻 1 張利華 劉杰 張仁祖 等 日光溫室方位角的研究 J 江西農(nóng) 業(yè)學報 2010 22 5 85 89 2 鄭甲盛 大棚蔬菜栽培技術(shù) M 濟南 山東科學技術(shù)出版 社 1991 133 134 通信作者 王洪山 1963 男 山東莘縣人 高 級農(nóng)藝師 長期從事農(nóng)技推廣工作 上接第 57 頁 4 Balyk Liu W H Wang T L et al Experimenlal and research up envirunmenl and heat preservaliun effect of solar greenhouse type Liaoshen I J Transactions of CSAE 2002 19 5 191 196 5 李成芳 李亞靈 溫祥珍 日光溫室保溫板外置復合墻體的溫 度特性 J 山西農(nóng)業(yè)大學學報 自然科學版 2009 29 5 453 457 6 馬宇婧 溫祥珍 杜莉雯 等 水培營養(yǎng)液作為貯熱介質(zhì)的熱傳 導規(guī)律分析 J 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報 2018 26 12 1773 1780 7 溫祥珍 李亞靈 楊艷紅 等 關(guān)于日光溫室墻體建造與保溫效 果的幾項研究 J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 2019 39 4 21 26 8 崔慶法 曹春暉 胡小進 等 日光溫室內(nèi)反光膜補光的實踐與 理論分析 J 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報 2005 1 82 84 9 馬鵬里 楊小利 日光溫室內(nèi)反光膜補光的實踐與理論探析 J 甘肅農(nóng)業(yè) 2000 5 28 28 10 王靜 崔慶法 林茂茲 不同溫室光環(huán)境及補光研究 J 農(nóng)業(yè) 工程學報 2002 18 4 86 89 11 封美琦 張亞紅 日光溫室后墻張掛不同材料對室內(nèi)乳瓜生 長特性及品質(zhì)的影響 J 安徽農(nóng)業(yè)科學 2012 40 27 13300 13303 12 封美琦 江力 馬小山 等 不同顏色內(nèi)后墻對日光溫室番茄 生長的影響 J 北方園藝 2013 18 38 44 項目支持 山西省煤基重點科技攻關(guān)項目 設(shè)施蔬菜 高效固碳技術(shù)研究與示范 FT201402 05 山西 省科技攻關(guān)項目 日光溫室輕簡化無土栽培技術(shù)體系 研發(fā)與集成示范 201803D2210001 1 作者簡介 劉杰 1997 男 山東單縣人 研究方向 設(shè)施園藝 通信作者 溫祥珍 1960 男 山西原平人 教授 博士生導師 研究方向 設(shè)施園藝創(chuàng)新研究