北 方 園 藝 設施園藝 第一作者簡介 周增產(chǎn) 男 博士 教授級高級工程 師 研究方向為設施農(nóng)業(yè) 收稿日期 半封閉溫室設計與應用 周 增 產(chǎn) 趙 靜 李 秀 剛 卜 云 龍 張 江 峰 蘭 立 波 北京京鵬環(huán)球科技股份有限公司 北京 北京市植物工廠工程技術(shù)研究中心 北京 摘 要 以北京京鵬環(huán)球科技股份有限公司為神州綠鵬農(nóng)業(yè)科技有限公司設計建造的 半封閉溫室項目為例 論述了半封閉溫室的結(jié)構(gòu)設計特點 對半封閉溫室的夏季降溫進行測 試與分析 結(jié)果表明 半封閉溫室具有良好的降溫效果 平均降溫 溫室內(nèi)溫度 濕 度 風速均勻性較高 節(jié)能效果顯著 關鍵詞 半封閉溫室 設施農(nóng)業(yè) 節(jié)能 中圖分類號 文獻標識碼 文章編號 我國溫室大棚是栽培起源最早的國家 但近 代的設施農(nóng)業(yè)起步較晚 世紀 年代還 處于設施農(nóng)業(yè)的低級階段 在 世紀 年 代相繼出現(xiàn)日光溫室和塑料大棚 此后便在溫室 數(shù)量 面積和內(nèi)容設施水平上快速發(fā)展 近代溫 室的發(fā)展經(jīng)歷了改良型日光溫室 大型玻璃溫室 和現(xiàn)代化溫室 個階段 出于節(jié)能降本的考慮 按照外形劃分的連棟溫室逐漸成為溫室市場的主 流產(chǎn)品 但大型連棟溫室的夏季降溫一直是困擾 設施農(nóng)業(yè)的一個難題 據(jù)報道 世紀初 出于 節(jié)能的需求 一種具有 種通風方式的新型半封 閉式溫室被提出 荷蘭 美國等國家開始研發(fā)設計 并建造半封閉溫室 現(xiàn)已在美國 土耳其 澳大利 亞 法國 荷蘭等國被推廣應用 與傳統(tǒng)溫室相比 半封閉溫室的通風方式可 節(jié)能 其中具有代表性的有荷蘭溫室設 計商 荷蘭 公司 荷 蘭老牌溫室建造商 集團 規(guī)模型的半封閉 溫室包括美國亞利桑那州的 農(nóng)場 圖 位于 占地 其中包括 半封閉溫室 美國德克薩斯州的 農(nóng)場 位于 占地面積 番茄年產(chǎn) 量超 其中半封閉溫室 美 國加利福尼亞州的 農(nóng)場 位于 占地 其中 為半封閉溫 室 該農(nóng)場另有 在加拿大 主產(chǎn)西紅柿和 黃瓜 荷蘭 公司在 年于日本山梨縣 建造的半封閉溫室達 由于半封閉溫室在 國外的發(fā)展良好 降溫效果和增收效果均比較顯 著 我國也開始逐漸進行引進與推廣 然而單 純依靠外籍設計建造商 并不能真正解決溫室的 能耗與降溫問題 必須通過自己團隊的建設才能 攻克難關 真正將優(yōu)秀技術(shù)消化吸收 創(chuàng)造屬于自 己的技術(shù) 形成中國創(chuàng)造的品牌 半封閉溫室的設計 半封閉溫室的設計原則 與傳統(tǒng)溫室相比 半封閉溫室可以更精確地 控制溫度 濕度和 濃度 不僅可以加溫 還能 降溫 半封閉溫室內(nèi)具有正壓特征 內(nèi)部保持 正壓 不易產(chǎn)生蟲病 采用風道快速送風 實現(xiàn)溫室內(nèi)部條件的均勻性 常規(guī)文洛溫室的通 風率為 于此相比 半封閉溫室的通 風率低 為 左右 由于窗戶較少 提高了 和熱能的轉(zhuǎn)換率 以便高效節(jié)能 常規(guī)溫室風機和 濕簾分布在溫室兩端 距離一般不超過 風 機端和濕簾端溫差 溫差較大 半封閉溫 圖 國外半封閉溫室氣候走廊及內(nèi)部作物實景圖 室開間距離可達 可以規(guī)?；ㄔO 半封閉 還具有高產(chǎn)高品質(zhì)的特性 比常規(guī)文洛式溫室增 產(chǎn) 左右 由此不難發(fā)現(xiàn) 半封閉溫室是具有 高可控性 高均勻環(huán)境條件 低通風率 正壓高效 節(jié)能的一種新型溫室 圖 半封閉溫室的結(jié)構(gòu)組成及特點 京鵬科技公司設計的新型半封閉溫室主要由 冷熱源系統(tǒng) 送風系統(tǒng) 出風系統(tǒng)組成 目前設施 園藝界的半封閉溫室正壓送風首部常用的系統(tǒng)有 種 一種是采用風機盤管提供 地源熱泵或中央 空調(diào) 冷熱源 另一種采用濕簾蒸發(fā)降溫提供冷 源 以鍋爐熱水提供熱源 前一種形式投資大 運 行費用高 后一種投資小 運行費用低 當然后一 種溫度可控精確性稍弱 但是對于大型生產(chǎn)溫室 可以滿足要求 通常選用第二種 圖 冷源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點 冷源系統(tǒng)包括濕簾系統(tǒng)和熱泵空調(diào)系統(tǒng) 熱 源系統(tǒng)包括鍋爐熱水和熱泵空調(diào)系統(tǒng) 濕簾系統(tǒng) 是利用水的蒸發(fā)降溫原理實現(xiàn)降溫目的 濕簾由 加入特殊化學原料的纖維紙漿加工成波紋狀的纖 維紙 經(jīng)過粘貼而成的 其具有很好的吸濕性和 濕挺性 化學成分不會隨水流 氣流的作用而分 解 在溫室走廊外側(cè) 配置 高濕簾 濕簾 厚度 濕簾外配置防蟲網(wǎng) 卡簧卡槽固定 配置濕簾噴淋清洗系統(tǒng) 安裝外翻窗系統(tǒng) 濕簾水 池設計在溫室走廊地下 當風機啟動時 濕簾內(nèi) 外的氣壓差迫使室外干熱空氣穿過濕簾介質(zhì)進入 正壓送風系統(tǒng)走廊 水膜上的水會吸收空氣中的 熱量進而蒸發(fā)成水蒸汽 帶走大量的潛熱 使經(jīng)過 圖 半封閉溫室內(nèi)部效果圖 濕簾的空氣溫度降低 在風機的作用下 這些被 降低溫度的空氣源源不斷的進入溫室 從而達到 室內(nèi)降溫的目的 氣溫下降時則采用鍋爐熱水提 供熱源 送風系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點 新型半封閉溫室由新型濕簾系統(tǒng) 循環(huán)水系 統(tǒng) 正壓送風機組成濕簾正壓送風系統(tǒng) 圖 送風系統(tǒng)為風機和風道 其中風機根據(jù)風量和風 壓可選擇常規(guī)風機和變頻風機 風道根據(jù)直徑和 出風口的布置方式不同 可選擇單風道和雙風道 種 布置方式通常由溫室棚頭走廊進入果菜區(qū)的 方向布置栽培槽 在栽培槽下布置大流量風機 每 個栽培底部配有一套送風系統(tǒng) 風機的計算與選 北 方 園 藝 月 下 圖 半封閉溫室送風系統(tǒng)原理圖 擇依靠風量與風壓 風道類型包括單風道和雙風 道 通過風道直徑和送風方式可以計算風量 溫室 的出風口根據(jù)窗戶的大小與數(shù)量有所不同 送風走 廊可按照設計需求自定義 一 般 為 或 出風系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點 出風系統(tǒng)為帶防蚊網(wǎng)的頂窗 圖 溫室頂 部配備有齒輪齒條電動開窗通風機構(gòu) 窗口配設 風琴折疊式防蟲網(wǎng) 實現(xiàn)頂部開窗 使溫室內(nèi)外空 氣形成對流 達到除濕 降溫 防蟲的效果 開窗 機構(gòu)包括控制箱 電機 行程限位開關 齒輪齒條 套 傳動連接部件等組件 采用荷蘭進口溫室開 窗專用減速電機 電機配備行程限位裝置 自動停 止 限位準確 運行平穩(wěn)可靠 圖 半封閉溫室效果圖 半封閉溫室環(huán)境控制模式 空氣循環(huán)再利用 該新型半封閉溫室的環(huán)境控制方式與傳統(tǒng)溫 室有所區(qū)別 新型半封閉溫室可以通過空氣循環(huán) 實現(xiàn)溫室中空氣能量和濕度的交換 在作物生長 期間 溫室端部的風機將空氣吹入栽培槽下的風 道內(nèi) 然后通過風道的風孔均勻進入溫室內(nèi) 這樣 一來 每株植物均能獲得等量的 新鮮 空氣 同時 促進溫室的微氣候環(huán)境 圖 降溫方式 溫室內(nèi)降溫方式可以通過高壓霧噴系統(tǒng)和濕 簾風機 種方式實現(xiàn) 圖 高壓霧噴系統(tǒng)是通 過水在高溫時蒸發(fā)吸收周圍大量的熱量 從而降 低空氣中的溫度 同時提高溫室內(nèi)的濕度 另一 種是通過計算機先進的軟件模塊控制濕簾風機系 統(tǒng) 種方式的選擇可根據(jù)室外光照強度和空氣 溫度濕 度 自 主 選 擇 比 較 而 言 濕 簾 風 機 效 果 較好 第 期 北 方 園 藝 圖 半封閉溫室空氣循環(huán)原理圖 圖 半封閉溫室環(huán)境控制原理圖 通風換氣方式 溫室內(nèi)通風系統(tǒng)可以精確控制進入溫室的外 部空氣體積 排除溫室外的熱能和溫室內(nèi)空氣的 濕度 通風控制包括 個階段 第一階段是打開 窗戶使外部空氣進入溫室 第二個階段是提高風 機轉(zhuǎn)速 將風送入溫室 控制軟件通過控制通風 側(cè)窗來實現(xiàn)第一階段 通過控制風機來實現(xiàn)第二 階段 圖 除濕方式 當溫室內(nèi)濕度超過農(nóng)藝師的設定值后 環(huán)境 控制系統(tǒng)會通過調(diào)整溫室側(cè)窗 循環(huán)窗和頂窗的 位置來調(diào)節(jié)溫室內(nèi)濕度 圖 當室外空氣被吸 入溫室時啟動通風模式 風機濕簾降溫模式或者除 濕模式 溫室結(jié)構(gòu)允許最大正壓為 通過打開溫室頂窗來降低溫室內(nèi)的正壓 出于安 全考慮 每棟溫室內(nèi)均會安裝氣壓傳感器 傳感器 會在氣壓過高時報警 并打開溫室頂窗 圖 圖 半封閉溫室換氣 除濕模擬圖 半封閉溫室的應用案例 北京京鵬科技公司于 年率先進行半封 閉溫室的研發(fā)設計建造 應用到神州綠鵬項目 用 于航天新品種選育 年首個自主知識產(chǎn)權(quán)的 半封閉溫室開始運行 進行番茄和柿子椒品種選 育 年北京中農(nóng)富通園藝有限公司設計建 造了規(guī) 模 型 半 封 閉 溫 室 部 分 技 術(shù) 引 自 荷 蘭 公司 同年 海升集團斥資聘 請荷蘭頂級智能玻璃溫室設計商 全程設 計搭建 建造所需的所有材料 全部從荷蘭原裝進 口 建造了亞洲單體最大的半封閉溫室 其中種植區(qū) 結(jié)構(gòu)組成 由北京京鵬環(huán)球科技股份有限公司為神舟綠 鵬農(nóng)業(yè)科技股份公司設計的新型半封閉溫室 圖 建在北京通州于家務 溫室總面積為 北 方 園 藝 月 下 溫室脊高 肩高 跨寬 開間 內(nèi) 部分成 個區(qū) 果菜一車間 果菜二車間 北側(cè)配 置 寬送風走廊 可做生產(chǎn)參觀使用 走廊長 度 圖 西北角布置 個控制室 西南角布 置 個更衣室 更衣室東側(cè)布置風淋室 東南角布 置 個附屬用房 圖 神州綠鵬半封閉溫室 溫室走廊屋頂和控制室頂部采用多晶硅光伏 板系統(tǒng) 體現(xiàn)低碳環(huán)保節(jié)能 果菜生產(chǎn)車間頂部采 用 單層超白減反射散射鋼化玻璃 分區(qū)之 間隔斷采用 浮法玻璃 四周立面采用 雙層中空鋼化玻璃溫室幕墻覆蓋 溫室天 溝使用新型鋁天溝結(jié)構(gòu) 溫室頂部配備有齒輪齒 條電動開窗通風機構(gòu)及折疊防蟲網(wǎng) 實現(xiàn)頂部開 窗 使溫室內(nèi)外空氣形成對流 達到除濕降溫防蟲 的效果 由溫室棚頭走廊進入果菜區(qū)的方向布置 栽培槽 在栽培槽底下布置大流量風機 每個栽培 槽底下配一套風機送風系統(tǒng) 風機參數(shù)請見下 文 風道直徑 濕簾配置在溫室走廊外 側(cè) 配置 高濕簾 濕簾厚度 濕簾外 配置防蟲網(wǎng) 卡簧卡槽固定 安裝外翻窗系統(tǒng) 在 溫室走廊地下配置濕簾水池 其他配套系統(tǒng)包 括 外遮陽 內(nèi)遮陽 二層保溫 果菜無土栽培系 統(tǒng) 種補光系統(tǒng) 水肥一體化系統(tǒng)和環(huán)境自動調(diào) 控系統(tǒng) 最終體現(xiàn)低碳環(huán)保和智慧理念 圖 神舟綠鵬半封閉溫室氣候走廊 溫室夏季降溫測試 分別對半封閉溫室內(nèi)的溫度 濕度 透光情況 及風速進行測試 溫 濕度測定 使用精創(chuàng) 溫濕度記錄儀 室外選擇 個點 溫室走 廊選擇 個點 半封閉溫室中選擇試驗區(qū) 以作物 頂端 中端 底端為垂直測試測試點 標號 以靠近風機 風道中端 風道末端為水平測試 點 標號 每個區(qū)有 個測試點 其中作物 中端與風道中端為同一點 記錄當天 的溫濕度變化 間隔 記錄 次 測 試布點如圖 所示 溫室透光性能測試 使用 照度計 對溫室內(nèi)外的光照強度進行測定 室外光照點選 擇 個 室內(nèi)采用 點隨機選樣發(fā) 同時注意避開 遮擋物 記錄 的光照變化 間隔 測試 次 風機風速測試 使用臺灣衡欣 風速 儀 測試濕簾風機開始后 以 為測試點 溫室內(nèi)隨機選取 條風道進行風 速試驗并記錄 溫度及濕度變化 由圖 可知 溫室內(nèi)溫度隨外部溫度變化而 第 期 北 方 園 藝 圖 半封閉溫室測試布點圖 圖 半封閉溫室內(nèi)外溫度變化對比 波動 經(jīng)過測試分析 當天測試期間溫室外的平 均溫度 走廊平均溫度 走廊平均 降溫 果菜一區(qū)種植西紅柿 溫室內(nèi)中心 測試點平均溫度 平均降溫 果菜 二區(qū)種 植 菜 椒 溫 室 內(nèi) 中 心 測 試 點 平 均 溫 度 平均降溫 個溫室內(nèi)平均降 溫 測試數(shù)據(jù)表明 果菜一區(qū)垂直測試最 高點與最低點溫差 果菜二區(qū)垂直測試最高 點與最低點溫差 果菜一區(qū)水平測試近風 機點與遠離風道點溫差 果菜二區(qū)水平測 試近風機點與遠離風道點溫差 果菜一區(qū) 最高降溫 最低降溫 果菜二區(qū) 最 高降溫 最低降溫 由圖 可知 濕度最高的測試點為走廊 走 廊有濕簾 通過水泵供水降溫 故濕度最高 室外 圖 半封閉溫室內(nèi)外濕度變化對比 濕度最低 經(jīng)過測試分析 走廊平均濕度 室外平均濕度 溫室平均濕度 測 試結(jié)果表明 果菜一區(qū)垂直測試高點平均濕度 北 方 園 藝 月 下 垂直測試低點平均濕度 中心水 平測試點平均濕度為 果菜二區(qū)垂直測 試高點平均濕度 垂直測試低點平均濕度 中心水平測試點平均濕度為 溫 室內(nèi)濕度變化趨勢隨高度增加而減小 光照強度測試 光照強度對植物的生長發(fā)育影響很大 在一 定光照度范圍內(nèi) 隨著光照度的增加 光合速率也 相應增加 由圖 可知 測試當天 光照強度隨時間變化 經(jīng)測試 溫室內(nèi)平 均光 照 強 度 室外平均光照強度 透光率為 風機風速測試 溫室使用風機型號 電機功率 風壓 電壓 轉(zhuǎn)速為 標準風量 經(jīng)過測試 由表 可 知 距風機 不同距離下的風速 基本均勻 風量為 送風性能良好 雖與標準風量略有區(qū)別 但要考慮風壓損失 也屬 合理 送風性能均勻?qū)厥业慕禍赜写龠M作用 圖 半封閉溫室內(nèi)外光照強度對比 表 半封閉溫室平均風速 風速 平均風速 果菜一區(qū) 果菜二區(qū) 圖 半封閉溫室實景測試圖 結(jié)論 北京京鵬環(huán)球科技股份有限公司承建的神舟 綠鵬半封閉溫室 自 年投入使用以來 溫室 性能良好 期間因為風量問題 更換過新的風機 更換后的風機穩(wěn)定性較好 圖 適宜設施 作物的栽培 半封閉溫室是近年才進入到我國 的 現(xiàn)在的建設面積還不是很大 主要在華北地區(qū) 進行推廣 從試驗結(jié)果分析 半封閉溫室具有良好的 降溫效果 在室外平均溫度 時 溫室內(nèi)測 試平均溫度 平均降溫 溫室內(nèi)溫 度 濕度 風速均勻性較高 半封閉溫室適合規(guī)?；a(chǎn)需要 與普通 第 期 北 方 園 藝 圖 半封閉溫室作物生長圖 溫 室相比 溫室內(nèi)部溫度均勻度高 節(jié)能效果明 顯 且夏季運行防蟲效果好 半封閉溫室內(nèi)作物生長狀態(tài)良好 具有高 產(chǎn)高品質(zhì)的特性 比常規(guī)文洛式溫室增產(chǎn) 左 右 參考文獻 丁 小濤 周強 何立中 等 半封閉溫室迷你黃瓜巖棉栽培技 術(shù) 中國蔬菜 侯 欣 王秀峰 魏珉 等 不同光照條件下硝酸鹽脅迫對黃瓜 幼苗生長及光合特性的影響 山東農(nóng)業(yè)科學 胥 芳 蔡彥文 陳教料 等 濕簾 風 機降溫下的溫室熱 流場 模擬及降溫系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化 農(nóng)業(yè)工程學報 王 柔夫 荷蘭高科技的半封閉式溫室重在創(chuàng)新 中國農(nóng) 資 北 方 園 藝 月 下