中國南方地區(qū)農(nóng)業(yè)大棚降溫方法探究

張沛

摘 要 中國南方地區(qū)每年夏季的高溫天氣是影響農(nóng)作物正常生長的不利因素之一，農(nóng)業(yè)大棚的使用成為一種在高溫氣候條件下保證農(nóng)作物可持續(xù)生產(chǎn)有效且可行的選擇。主要介紹自然通風(fēng)、蒸發(fā)降溫和外部遮陽三類夏季常用的大棚降溫的技術(shù)；同時，對這些降溫方法在我國南方地區(qū)的實際應(yīng)用進(jìn)行了探討。事實上，影響降溫效果的因素有很多，如當(dāng)?shù)氐臍夂?、環(huán)境資源狀況、農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施條件等，所以為了達(dá)到理想的降溫效果，不同降溫技術(shù)的組合使用是十分必要的。

關(guān)鍵詞 大棚降溫；自然通風(fēng)降溫；蒸發(fā)降溫；外部遮陽

中圖分類號：S625；TP183 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1673-890X（2016）09-0-02

中國南方地區(qū)夏季持續(xù)的高溫天氣使得農(nóng)作物正常生長面臨巨大的挑戰(zhàn)。因此，在這樣的地區(qū)調(diào)節(jié)農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)溫度接近于理想環(huán)境溫度對農(nóng)作物的生長是十分必要的，大棚降溫技術(shù)被認(rèn)為是在夏季高溫時節(jié)克服外界高溫問題的最有效措施。降溫技術(shù)的選擇不僅取決于當(dāng)?shù)氐臍夂蚝铜h(huán)境條件，還與農(nóng)作物的品種，設(shè)備的維護(hù)，方案的可操作性和經(jīng)濟(jì)可行性密切相關(guān)[1]。因此，了解農(nóng)業(yè)大棚的結(jié)構(gòu)和外界的天氣有助于選擇合適的降溫技術(shù)，不同農(nóng)業(yè)大棚設(shè)計方案中微氣候和農(nóng)作物物理與生理關(guān)系的建立對于降溫系統(tǒng)的改進(jìn)有著積極的促進(jìn)作用。

研究表明，當(dāng)前，我國南方地區(qū)農(nóng)業(yè)大棚降溫技術(shù)的運(yùn)用并不令人滿意，有效降溫技術(shù)的研究是目前我國南方地區(qū)農(nóng)業(yè)大棚建設(shè)中的當(dāng)務(wù)之急。本文介紹了如自然通風(fēng)、蒸發(fā)降溫和外部遮陽等目前常用的降溫技術(shù)，并對其應(yīng)用效果進(jìn)行了探討，研究內(nèi)容對大棚降溫技術(shù)在我國南方地區(qū)農(nóng)業(yè)大棚的工程應(yīng)用有著十分重要的意義。

1 常用大棚降溫技術(shù)

1.1 自然通風(fēng)

自然通風(fēng)是最經(jīng)濟(jì)的大棚降溫方法，主要來自于由空氣或溫度梯度所形成的壓力差。研究人員通過對塑料連棟大棚各種通風(fēng)孔的通風(fēng)率進(jìn)行實驗，結(jié)果表明，卷膜通風(fēng)系統(tǒng)較天窗通風(fēng)的通風(fēng)率高至2.32倍；當(dāng)風(fēng)速為3m/s時，大棚棚脊的通風(fēng)率比棚拱底部的通風(fēng)率大60%；在相同條件下，防蟲網(wǎng)可以導(dǎo)致通風(fēng)率降低18%～22%[2]。垂直天窗通風(fēng)可以導(dǎo)致空氣的溫度和濕度隨時間逐步下降至一個穩(wěn)定的狀態(tài)，同時，通過實驗，側(cè)面窗口的自然通風(fēng)對大棚通風(fēng)率、溫度、濕度和氣流速度分布的影響，結(jié)果表明，通風(fēng)率隨風(fēng)速呈線性增加。當(dāng)農(nóng)作物附近的空氣流速高于棚頂附近時，棚頂附近的溫濕度比高于農(nóng)作物附近的溫濕度比。

通過對已有的自然通風(fēng)技術(shù)研究分析，發(fā)現(xiàn)風(fēng)效應(yīng)和浮力效應(yīng)是在亞熱帶地區(qū)獲得合適的微氣候和通風(fēng)率的主要控制因素。浮力效應(yīng)不能完全被忽視，但當(dāng)外部風(fēng)速超過2～2.5 m/s時其對自然通風(fēng)的影響并不明顯。因此，針對我國南方地區(qū)的農(nóng)業(yè)大棚，在屋頂和屋脊采用相對較大的通風(fēng)口可以提供良好的自然通風(fēng)降溫效果，但當(dāng)夏季溫度過高或高溫天氣持續(xù)時間過長時，最好還需配合其他的降溫技術(shù)予以輔助[3]。

1.2 蒸發(fā)降溫

蒸發(fā)降溫是最有效的調(diào)節(jié)大棚內(nèi)溫濕度的降溫方法，然而其適用性受限于當(dāng)?shù)氐臍夂颉?/p>

1.2.1 濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)

近期研究人員通過在一個占地面積約為3 072 m2的8連棟塑料大棚內(nèi)使用濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行試驗，結(jié)果大棚內(nèi)部平均溫度較外部溫度降幅可達(dá)到4.8?C左右[4]。通過對濕簾風(fēng)機(jī)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行仿真實驗，顯示大棚的長度和濕簾的高度對于大棚內(nèi)溫度的變化相當(dāng)?shù)拿舾?。不同材質(zhì)的降溫濕簾對溫度、相對濕度等影響農(nóng)作物生長的基本因素能產(chǎn)生明顯的差異，實驗表明采用片狀木質(zhì)濕簾大棚的農(nóng)作物產(chǎn)量最高，稻草制濕簾大棚的產(chǎn)量其次，棚外環(huán)境下的產(chǎn)量最低。

1.2.2 噴霧系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要的工作原理是利用高壓噴嘴將水流變成液滴直徑為20～60μm的超細(xì)顆粒水霧噴入大棚，使其迅速蒸發(fā)，利用水的蒸發(fā)潛熱大的特點(diǎn)，大量吸收空氣中的熱量，然后將潮濕空氣排出室外從而達(dá)到降溫的目的。但是這樣的方法無疑會增加大棚內(nèi)的濕度，尤其是遇到南方夏季所謂的“桑拿天”，空氣濕度本身就比較大時是不太適合采用的。

1.2.3 棚頂噴淋

棚頂噴淋降溫是在大棚棚頂?shù)谋砻鎳姙⑺纬梢粚颖”〉淖杂伤?，然后利用水的蒸發(fā)作用來降低大棚內(nèi)的溫度，由于蒸發(fā)率的增加使得棚內(nèi)溫度降至自由水面附近空氣的濕球溫度。夏季，研究人員在廣州測試了種植黃金葉和滿天星等綠化植物的大棚的棚頂噴淋系統(tǒng)的降溫效率[5]，棚頂內(nèi)壁溫度在開啟噴淋系統(tǒng)的30 min內(nèi)降低了7.5 ℃，且一直保持在34 ℃以下，大棚內(nèi)溫度較外部環(huán)境溫度低5～6 ℃。棚頂噴淋相比于噴霧的好處就在于不會造成大棚內(nèi)空氣濕度的明顯增加。

1.3 外部遮陽

通過外部遮陽的方式可以阻擋過強(qiáng)的陽光和輻射進(jìn)入大棚內(nèi)。研究人員通過2種方法測試了大棚外部遮陽的降溫效果。一種是在封閉的大棚條件下進(jìn)行外部遮陽，然后采集大棚內(nèi)外的溫度和濕度；另一種是打開大棚頂部的窗戶保持通風(fēng)，使大棚內(nèi)外的環(huán)境保持在一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)后，然后展開外部遮陽，再采集大棚內(nèi)外的溫濕度數(shù)據(jù)。研究結(jié)果表明：第一種方法沒有太大的實際意義，因為在封閉的大棚內(nèi)，空氣無法流通反而造成溫度的升高，農(nóng)作物無法生存。所以，目前一般都采用第2種方法，即使夏季一天中隨著時間推移日照強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)導(dǎo)致大棚內(nèi)的溫、濕度分別呈上升和下降的趨勢，但兩者最終都會穩(wěn)定在一個合理的范圍內(nèi)波動。

2 結(jié)論

中國南方地區(qū)夏季的氣候特點(diǎn)是雨水充足、晝夜空氣相對濕度相差較大、日照輻射強(qiáng)烈，本文通過對自然通風(fēng)、蒸發(fā)降溫和遮陽三類常見大棚降溫技術(shù)的研究和比較，得出我國南方地區(qū)有效農(nóng)業(yè)大棚降溫技術(shù)的選擇必須要結(jié)合地方的氣候條件、環(huán)境資源狀況、農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施條件等諸多因素來綜合考量，也可以考慮采用多種降溫技術(shù)的組合來獲得更加理想的降溫效果。

參考文獻(xiàn)

[1]Sethi， V.P. and Sharma， S.K. Experimental and Economic Study of a Greenhouse Thermal Control System Using Aquifer Water. Energy Conversion and Management，2007（48）.

[2]Wang S.X. and Wang， X. Ventilation Rate of Various Vents in Plastic Covered Multi-Span Greenhouse.Transaction of the CSAE， 2009（25）.

[3]南方農(nóng)業(yè)設(shè)施常用降溫方法及其基本原理[j].廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（7）.

[4]趙杰強(qiáng)，趙云，吳偉雄.塑料溫室中濕簾風(fēng)機(jī)通風(fēng)條件下降溫效果研究[J].農(nóng)業(yè)工程，2012（10）.

（責(zé)任編輯：趙中正）