中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，（）： ：青海型主動蓄熱日光溫室應(yīng)用性能分析王 昭陳振東鄒志榮張 勇（西北農(nóng)林科技大學(xué) 園藝學(xué)院 ，陜西 楊凌）摘要針對日光溫室后墻蓄熱效率較低的問題 ，研究一種后墻主動蓄熱的青海型日光溫室 。對青海型日光溫室與普通日光溫室室內(nèi)溫度 、光照 、地溫及不同深度墻體溫度進(jìn)行測定 ，比較 種類型溫室室內(nèi)溫度 、濕度 、作物生長指標(biāo)及產(chǎn)量的差異 。結(jié)果表明 ：青海型日光溫室較普通日光溫室 ，晴天夜間溫度平均高 ，陰天平均高；濕度方面 ，青海型日光溫室晴天白天平均低，夜間平均低，陰天白天平均低，夜間平均低；地溫晴天平均高，陰天平均高；青海型日光溫室墻體的蓄熱層深度為；青海型日光溫室中番茄株高 、莖粗等生長指標(biāo)略優(yōu)于普通日光溫室 ，番茄采收期產(chǎn)量提高 。關(guān)鍵詞主動蓄熱 ；地溫 ；濕度 ；株高 ；莖粗 ；產(chǎn)量中圖分類號   文章編號（）   文獻(xiàn)標(biāo)志碼  收稿日期 ：基金項目 ：陜西省科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展計劃項目 （）；楊凌示范區(qū)農(nóng)業(yè)科技示范推廣能力提升項目 （）第一作者 ：王昭 ，碩士研究生 ，：通訊作者 ：鄒志榮 ，教授 ，博士生導(dǎo)師 ，主要從事設(shè)施農(nóng)業(yè)研究 ，： ， ， ， （ ， ，） ， ， ： ， ； ， ， ； ； ， ； ； ； ；日光溫室是我國北方冬季作物生產(chǎn)必不可少的農(nóng)業(yè)設(shè)施 ，熱環(huán)境調(diào)控能力是評價溫室性能的重要指標(biāo) ，日光溫室后墻具有保溫蓄熱功能 ，后墻性能的優(yōu)劣直接影響著溫室內(nèi)部的熱環(huán)境 。已有研究將硬脂酸正丁酯 聚苯乙烯 、磷酸氫二鈉等相變蓄熱材料及聚苯乙烯、秸稈等應(yīng)用到后墻提高了墻體的保溫蓄熱性能 。馬承偉等建立了評價溫室墻體保溫蓄熱性能的指標(biāo)與墻體放熱量計算方法 。還有研究采用模擬日光溫室土質(zhì)墻體各點的溫度及熱流的方法 ，發(fā)現(xiàn)墻體內(nèi)側(cè)存在對溫室內(nèi)熱環(huán)境有積極作用的有效蓄熱層 。從結(jié)構(gòu)方面對后墻進(jìn)行改良也是近些年來的熱門研究 ，孫維拓等設(shè)計了一套主動蓄放熱熱泵聯(lián)合加溫系統(tǒng) ，該系統(tǒng)可以將白天后墻獲得輻射能儲存到蓄水第 期 王昭等 ：青海型主動蓄熱日光溫室應(yīng)用性能分析池 ，在夜間氣溫較低時放熱 。經(jīng)過查閱多方資料及實地調(diào)研發(fā)現(xiàn) ，日光溫室本身的蓄熱性能未能充分發(fā)揮 ，有效蓄熱層僅為，針對這一現(xiàn)狀 ，本研究設(shè)計擬一種基于太陽能光伏板提供電能的青海型主動蓄熱后墻日光溫室 ，并對該溫室的熱環(huán)境及后墻蓄熱性能與普通日光溫室進(jìn)行比較 ，以期探明青海型主動蓄熱后墻日光溫室的應(yīng)用效果 。 材料與方法 試驗溫室對照日光溫室即普通日光溫室 ，坐北朝南跨度，長，脊高，后墻高，后墻結(jié)構(gòu)由靠近溫室內(nèi)部到室外依次為磚墻 、 厚固化土層 、磚墻 、外側(cè)的聚苯乙烯保溫板 。試驗溫室即青海型主動蓄熱后墻日光溫室 ，除后墻以外的其他結(jié)構(gòu)與對照溫室相同 ，后墻各部分結(jié)構(gòu)見圖：在保溫蓄熱層距地面、處分別按東西走向平鋪一層孔徑的混凝土預(yù)制板為風(fēng)道 ，厚度，寬度，兩行相連置于黏土層 ，高的位置 ，根據(jù)前期研究 ，將每段風(fēng)道長度設(shè)置為，距東西山墻處及后墻中間位置各設(shè)置個的進(jìn)風(fēng)口 ，風(fēng)機的設(shè)計參數(shù)為額定功率，全壓，靜壓，額定轉(zhuǎn)速 ，風(fēng)量為 。風(fēng)機在兩處進(jìn)風(fēng)口的中間 。風(fēng)機的電能由安置于溫室頂層的光伏板提供 ，根據(jù)傳熱學(xué)原理將熱空氣與后墻內(nèi)部進(jìn)行熱交換。試驗溫室及對照溫室均位于青海省海東市樂都區(qū) （北緯，東經(jīng)）的樂都農(nóng)業(yè)試驗示范站 。進(jìn)風(fēng)口 ；風(fēng)機 （出風(fēng)口 ）；進(jìn)風(fēng)口測點 ；出風(fēng)口測點 ；后墻測點 ；黏土層 ；混凝土預(yù)制樓板 ；磚墻 ；聚苯乙烯保溫板 ；（ ）； ； ； ； ； ； ； 圖 試驗溫室后墻剖面圖 試驗設(shè)計在溫室東西的對稱面 ，距后墻和，高度處各布置套溫光濕探頭 ；室外距前屋面底腳，高度處布置套溫光濕探頭 ；溫室中心距地表處布置溫度探頭 ；在后墻下部的預(yù)制板的上下表面每隔，布置個溫度測試探頭于距后墻溫室內(nèi)側(cè)面的黏土層內(nèi) ；同時從內(nèi)側(cè)后墻表面開始沿著進(jìn)入后墻方向 ，深度、（磚層與黏土層交界處 ）、 （磚層與苯板層交界處 ）、 處下部緊貼預(yù)制板上方的黏土層內(nèi)布置個溫度探頭 。溫濕測試儀選用哈爾濱物格電子技術(shù)有限公司的數(shù)字記錄儀 ，測量范圍，精度為，溫度測 試 儀 為 哈 爾 濱 物 格 電 子 技 術(shù) 有 限 公 司 的數(shù)據(jù)記錄儀 ，測量范圍，精度為，記錄儀的測試間隔均設(shè)為次 。中 國 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報 年 第 卷株高測定為基質(zhì)袋上表面至番茄苗頂端生長點之間的高度 ，莖粗測定第一序花往下約位置的莖的粗度 。第一次測量為定植后的，之后每測量次 ，直至摘頂前進(jìn)行最后一次測量 ，共測量次 。株高測量選用帕斯特鋼卷尺 ，測量范圍，精度；莖粗測量選用上海九量五金工具有限公司的滬工游標(biāo)卡尺 ，測量范圍，精度；測量番茄單果質(zhì)量 、單株產(chǎn)量 ，并預(yù)估總產(chǎn)量 。座日光溫室內(nèi)栽培的番茄均留穗果 ，并統(tǒng)一進(jìn)行摘頂 ，每行選擇株長勢一致 、果實大小均勻的植株進(jìn)行單果重測定 ，并根據(jù)單位面積果數(shù)計算產(chǎn)量 。風(fēng)機由光伏板自動供電 ，晴天開啟時間：，關(guān) 閉 時 間：；陰 天 開 啟 時 間：，關(guān)閉時間：，測試日期為，：揭開保溫被 ，：蓋上保溫被 ，選?。ǖ湫颓缣?），（典型陰天 ）作為分析對象 。風(fēng)機工作時間為：，為：，座溫室均種植作物品種為金棚番茄 。番茄 栽 培 方 式 采 用基 質(zhì) 袋 培 ，栽 培 密 度株 。選擇滴灌水肥綜合管理方式灌溉 ，株距，窄行距，寬行距 。具體定植方式見圖。滴灌帶 ；植株 ；基質(zhì)袋 圖 試驗溫室及對照溫室番茄定植分布圖 結(jié)果與分析 室內(nèi)外熱環(huán)境變化趨勢表示出測試期間室內(nèi)外氣溫變化趨勢 ?？梢钥闯?：晴天 ，：（揭開保溫被 ）：，試驗溫室平均溫度低于對照溫室，：，座溫室溫度升高基本一致接近，：，試驗溫室高于對照溫室；夜間試驗溫室高于對照溫室，反映試驗溫室的保溫蓄熱性能優(yōu)于對照溫室 。陰天溫度變化趨勢與晴天相似 ，：，試驗溫室比對照溫室低，由于陰天室外光照強度較低試驗溫室通風(fēng)效果較弱 ，：，試驗溫室低于對照組，：，試驗溫室高于對照，夜間試驗溫室高出對照組。溫室內(nèi)的濕度對作物的花藥 、花粉的正常發(fā)育有影響 ，高濕環(huán)境會造成花藥開裂 ，花粉萌發(fā)受抑制等情況，并且還為白粉病 、霜霉病和灰霉病的產(chǎn)生提供條件 ?？傮w上看 ，陰天時座溫室濕度高于晴天 ，同一時間對照溫室高于試驗溫室 。：，試驗溫室濕度低于對照溫室，座溫室濕度均低于，：（蓋 保 溫 被 ）至 次 日：濕度均高于，蓋保溫被期間濕度達(dá)到全天最大 ，試驗溫室低于對照溫室，濕度在。根系與土壤直接接觸 ，因此地溫影響根系的正常生長發(fā)育，地溫全天波動小 ，試第 期 王昭等 ：青海型主動蓄熱日光溫室應(yīng)用性能分析驗溫室地溫晴天平均提高，陰天平均提高。晴天夜間地溫 ，試驗溫室高于對照溫室，陰天試驗溫室高于對照溫室，地溫最高值出現(xiàn)在：。表 測試期間室內(nèi)外環(huán)境變化趨勢 天氣條件時間試驗溫室 對照溫室 室外 室溫 濕度 地溫 室溫 濕度 地溫 室溫 濕度 地溫 晴天 陰天：               ：                 ：               ：次日：               ：               ：               ：                 ：次日：               典型天氣室內(nèi)外氣溫及地溫由室內(nèi)外不同天氣條件下室溫測試結(jié)果 （圖）可以看出 ，晴天 ，在保溫被關(guān)閉期間 ，試驗溫室較對照溫室平均高，：后兩者溫差逐漸減小 ，：溫度達(dá)到峰值時 ，試驗溫室溫度低于對照溫室（圖（）；陰天 ，保溫被關(guān)閉期間 ，試驗溫室 室 溫 平 均 比 對 照 溫 室 高，：，試驗溫室溫度低于對照溫室 （圖（）。從座溫室的變化趨勢可以發(fā)現(xiàn) ，試驗溫室在夜間可以釋放更多的熱量 ，保溫性能更好 ，在白天 ，主動蓄熱系統(tǒng)工作時試驗溫室溫度較低 ，說明后墻儲存了更多的熱量 。綜上可以看出 ，試驗溫室在蓄熱性能上優(yōu)于對照溫室 。晴天 ，室內(nèi)地溫波動明顯高于室外 ，室內(nèi)外變化趨勢相似 ，試驗溫室地溫平均比對照溫室高，溫差最小出現(xiàn)在：左右 ，且從主動蓄熱系統(tǒng)運行開始試驗溫室地溫增長的趨勢要略低于對照溫室（圖（），表明該系統(tǒng)的熱量儲存效果開始顯現(xiàn) ；陰天 ，試驗溫室地溫高出對照溫室（圖（），溫差較晴天時少 ，主要原因是 ：陰天光輻射較弱 ，溫室內(nèi)收到的短波輻射較弱 ，造成溫室內(nèi)溫度較低 ，而光輻射也造成溫室主動蓄熱系統(tǒng)的工作效率降低 。圖 試驗溫室和對照溫室內(nèi)溫度及室外溫度 中 國 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報 年 第 卷圖 試驗溫室和對照溫室溫室內(nèi)地溫及室外地溫 典型天氣室內(nèi)外空氣濕度變化趨勢晴天 ，：，試驗溫室及對照溫室室內(nèi)濕度快速降低 ，試驗溫室以每小時的速度下降 ，對照溫室速度為每小時，原因是此時室外光照開始變強 ，風(fēng)機的運行加快了空氣的流通 ，將溫室中間的水分均勻分布 ，說明風(fēng)機的運行增強空氣流動的效果明顯 ；：，試驗溫室空氣相對濕度穩(wěn)定在，對照溫室在，在這個階段試驗溫室相對濕度低于對照溫室 ，最大差值為。這是由于溫室內(nèi)氣溫較高 ，為調(diào)節(jié)溫度 ，頂通風(fēng)開啟室內(nèi)外空氣的流動加快 ，故此時也為室內(nèi)外的相對濕度差最小的階段 ，最小差值為。：，試驗溫室相對濕度以的速度升高 。夜間相對濕度保持穩(wěn)定 ，試驗溫室低于對照溫室約，保溫被關(guān)閉期間 ，試驗及對照溫室空氣相對濕度變化較小 ，波動幅度在以內(nèi)（圖（）。陰天與晴天相比 ，座溫室內(nèi)空氣相對濕度差值較小 ，試驗溫室平均比對照溫室低，對照溫室與室外相對濕度差較大 ，夜間左右 ；：，試驗及對照溫室相對濕度差并未出現(xiàn)明顯增大 （圖（）。可以看出主動蓄熱系統(tǒng)的運行 ，起到了加快空氣流動降低溫室相對濕度的作用 。圖 試驗溫室 、對照溫室內(nèi)濕度及室外濕度 典型天氣墻體內(nèi)部溫度變化趨勢晴天：，外界光強逐漸提高 ，風(fēng)機開始運行 ，入口溫度低于室內(nèi)；出口溫度變化趨勢與入口及室溫相似 ，但波動更加平緩 ，主動蓄熱系統(tǒng)對室溫的調(diào)節(jié)效果隨室溫升高而增強 ，：，主動蓄熱系統(tǒng)對室溫的調(diào)節(jié)效果達(dá)到最佳 ，最大值（圖（）。陰天 ，室外光強較弱 ，風(fēng)機運行速度降低及運行時間變短 ，：，主動蓄熱系統(tǒng)效果發(fā)揮作用 ，：，系統(tǒng)的室溫調(diào)節(jié)效果達(dá)到最佳 ，最大值（圖（）。后墻主動第 期 王昭等 ：青海型主動蓄熱日光溫室應(yīng)用性能分析蓄熱系統(tǒng)停止工作時 ，出入口溫度處于相對穩(wěn)定的狀態(tài) ，出入口溫差在范圍內(nèi) ，表明出入口的位置對其溫度影響并不明顯 。不同天氣條件下 ，室溫最高時系統(tǒng)運行最高效 。圖 試驗溫室進(jìn) 、出風(fēng)口溫度及室內(nèi)溫度 ， 圖示出試驗溫室及對照溫室后墻不同深度溫度與室溫的變化 ，不同天氣條件下座溫室后墻表面及深處溫度波動明顯 。晴 天 ，：，試驗溫室后墻層溫度平均高出室溫，：，后墻表面及深處分別平均高出室溫、；：，試驗溫室后墻溫度始終低于室溫 ，后墻深處試驗溫室波動大于對照溫室 ，此階段座溫室后墻均處于蓄熱階段 （圖（）。陰 天 ，：，試 驗 溫 室 后 墻深處平均高出室溫，：，后墻表面及深處分別高出室溫和；：，后墻深處試驗溫室溫度波動大于對照溫室 ，兩者差異小于晴天 ，：開始 ，后 墻 表 面 及 深處開始高于室溫 ；（圖（）。試驗溫室深處后墻起到保溫蓄熱效果優(yōu)于對照溫室 ，試驗溫室陰天后墻保溫效果優(yōu)于晴天 ，放熱時間長于晴天 ，深處為保溫蓄熱層 。、分別為試驗溫室和對照溫室后墻深度，。 ，圖 試驗溫室和對照溫室不同深度后墻溫度及試驗溫室室溫 番茄生長狀況對比 番茄生長指標(biāo)對比每測次數(shù)據(jù) ，可以看出 ：隨著時間變化 ，試驗溫室內(nèi)番茄的株高和莖粗長勢均強于對照溫室內(nèi)的番茄 。，在測量初期試驗溫室番茄的株高優(yōu)勢明顯 ，試驗溫室較對照溫室番茄高出，較對照溫室番茄高出。在測試后期試驗溫室內(nèi)番茄莖中 國 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報 年 第 卷粗優(yōu)勢逐漸加大 ，試驗溫室較對照溫室番茄莖粗提高。試驗溫室內(nèi)番茄開花時間為，較對照溫室提前。番茄作為一種喜溫 、喜光的茄果類蔬菜 ，開花期提前一定程度上說明在青海地區(qū)冬季試驗溫室溫光效果略優(yōu)于該地區(qū)的對照溫室 。圖 試驗溫室及對照溫室作物株高及莖粗 番茄產(chǎn)量對比在番茄的栽培條件及管理方式相同條件下 ，試驗溫室 的 番 茄 平 均 單 果 重 為，產(chǎn) 量 為較對照溫室均提高。 結(jié)論本課題組研發(fā)了一種后墻內(nèi)主動蓄熱的新型日光溫室 ，將新型日光溫室的環(huán)境指標(biāo)以及溫室內(nèi)作物的生長指標(biāo)與典型日光溫室進(jìn)行對比 ，可以得出以下結(jié)論 ：）晴天夜間新型日光溫室較普通日光溫室溫度平均提高，陰天夜間提高，保溫性能優(yōu)良 ，且蓄熱性能較好 。白天新型日光溫室溫室的主動蓄熱系統(tǒng)的運行對室內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)效果不明顯 。）蓄熱系統(tǒng)的運行加快了溫室內(nèi)的空氣流動 ，起到了除濕的效果 ，：除濕效果達(dá)到最佳 ，晴天相比于普通日光溫室平均濕度降低，夜間平均濕度降低，陰天平均降低，夜間平均降低，對作物的霜霉病 、灰霉病等有防治效果 。）新型日光溫室地溫晴天平均高于普通日光溫室，陰天平均高于普通日光溫室。）新型日光溫室后墻的蓄熱層深度在，且陰天蓄放熱效果明顯優(yōu)于晴天 。）新型日光溫室番茄的株高和莖粗較普通日光溫室均有優(yōu)勢 。番茄產(chǎn)量提升。參考文獻(xiàn)王宏麗 ，王朋 ，鄒志榮 硬脂酸正丁酯 聚苯乙烯定形相變材料實驗 太陽能學(xué)報 ，（）： ， ， ，（）：（）楊小龍 ，王宏麗 ，許紅軍 ，韓麗蓉 磷酸氫二鈉相變墻板在溫室中的應(yīng)用效果 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