日光溫室保溫技術應用現(xiàn)狀

王蕊+楊小龍+馬健+須暉+高原+李天來

日光溫室內(nèi)氣溫的日變化規(guī)律與外界基本相同，即白天氣溫高，夜間氣溫低。但晴天日光溫室內(nèi)的晝夜溫差明顯大于外界，這是日光溫室內(nèi)氣溫最顯著的特點之一。通常在早春、晚秋及冬季的日光溫室中，晴天最低氣溫出現(xiàn)在揭開保溫被后的30 min左右。此后，氣溫開始上升，上午每小時平均升溫5～6℃；在12：30左右，溫度達到最高值；下午氣溫迅速下降，平均每小時降溫4～5℃，覆蓋保溫被后氣溫下降緩慢。晴天室內(nèi)晝夜溫差可達20℃。陰天時，室內(nèi)晝夜溫差很小，一般只有3～5℃。日光溫室內(nèi)的氣溫雖然一年四季均比露地高，但它仍然直接受外界氣候條件的影響。通常，日光溫室內(nèi)的冬季低溫天數(shù)可比露地縮短3～5個月，夏季高溫時期可比露地多2～3個月。保溫性能好的優(yōu)型日光溫室?guī)缀醪淮嬖诙镜蜏仄冢梢运募旧a(chǎn)蔬菜。

溫室內(nèi)溫度管理主要包括保溫、增溫和降溫。在我國北方，保溫設計是決定日光溫室性能的重要因素之一，也是溫室內(nèi)氣溫管理的重要調(diào)控措施之一。保溫主要是防止進入日光溫室的熱量散失到外部。根據(jù)熱平衡方程，保溫措施應從減少對流換熱、換氣放熱和地中熱傳導三方面考慮。目前減少對流和換氣放熱主要通過采用熱阻大的材料做覆蓋材料、圍護材料和結構材料，減小日光溫室覆蓋材料、圍護材料和結構材料的縫隙的方式實現(xiàn)。為了提高日光溫室的保溫能力，通常采用多層保溫覆蓋方式，利用隔熱性能好的保溫覆蓋材料來提高設施的氣密性。其中多層保溫覆蓋主要采用室內(nèi)保溫幕、室內(nèi)小拱棚和室外覆蓋等措施。據(jù)測定，日光溫室內(nèi)加一層無紡布或聚氯乙烯PVC保溫幕時，可分別降低熱傳導率27%和38%；加一層綴鋁膜時，可降低熱傳導率42%～52%；而外部加一層草苫、葦簾或復合材料保溫被時，可降低熱傳導率63%～67%。

日光溫室保溫效果的影響因素

影響日光溫室溫度變化的主要因素包括外界氣象環(huán)境、日光溫室的保溫和蓄熱性能、日光溫室的采光性能及日光溫室內(nèi)加溫措施與空氣流動情況。日光溫室保溫與前屋面、后坡、后墻及地面的熱學特性有關。日光溫室的前屋面主要向外放熱而不是向溫室內(nèi)放熱，日光溫室內(nèi)的熱量主要從前屋面散失。日光溫室保溫性能受保溫比、不同圍護材料熱阻和溫室縫隙大小的影響。

日光溫室保溫比影響溫室內(nèi)的溫度，一般是指溫室內(nèi)土地面積與圍護結構面積之比。單位土地面積的覆蓋面積越大，散熱越多；單位土地面積的覆蓋面積越小，散熱越少。即溫室越低，保溫比越大，保溫性能越好；溫室越高，保溫比越小，保溫性能越差。因此，從保溫角度看，溫室不能太高。另外，日光溫室的后墻均采用加厚土墻或蓄熱材料加保溫材料制成，保溫和蓄熱能力不低于地面。日光溫室的后坡均采用保溫材料制成，保溫能力不低于地面。因此后墻和后坡均可看作與地面具有相同的保溫性能，所以如果溫室加高后的保溫比不變，保溫性能就不會改變。如果日光溫室后墻和后坡保溫能力差，達不到土地保溫能力，會導致散熱較多，溫室內(nèi)溫度會較低。從保溫角度看，日光溫室保溫比和熱阻越大、縫隙越小，保溫性能就越好。保溫比增大，需要加大等同于地面保溫性能的圍護結構面積，這樣就會減少采光面積，影響采光，影響白天溫室接收的太陽輻射。這樣的話，即使溫室保溫，也會因白天熱量吸收不足而不能保證室內(nèi)溫度；熱阻增大，就需要使用熱導率低的材料并加厚材料，增加成本；減小溫室縫隙，就需要有高質(zhì)量的材料、標準的構件和施工，這也會增加成本。因此，日光溫室要確定合理的保溫設計，應考慮3個方面：① 合理的保溫比設計；② 不同圍護材料合理的熱阻設計；③ 最大換氣放熱界限的設計。

日光溫室保溫被與內(nèi)保溫技術

日光溫室保溫被技術

日光溫室的傳統(tǒng)保溫覆蓋材料包括草苫、蒲席、紙被和棉被等，其共同缺點是笨重、卷放費時費工。被雨雪浸濕后，重量增大，保溫性能下降。而且這些保溫覆蓋材料對薄膜污染嚴重，容易降低溫室的透光率。保溫被是我國當前溫室大棚采用最為廣泛的保溫裝備。近幾年，各地區(qū)陸續(xù)開發(fā)應用一些日光溫室新型保溫被，目前使用的保溫被主要包括針刺氈保溫被、復合型保溫被、錦綸棉保溫被、棉氈保溫被、泡沫保溫被等幾種。從保溫被的內(nèi)芯材料、性能上可以將其分為：① 原棉保溫被：以原棉為內(nèi)芯原料制作而成的，保溫效果很好，可以進行卷放。但是原棉保溫被具有吸潮性，容易發(fā)生霉變。② 棉氈保溫被：是將舊的紡織物進行加工，使其形成絮狀、氈狀，然后將其作為保溫被的內(nèi)芯。該保溫被的保溫效果好，可以進行卷放，而且價格低廉。但是棉氈保溫被很容易形成團狀，不透光，容易發(fā)霉?jié)a爛。③ 滌綸保溫被：內(nèi)芯是由聚乙烯經(jīng)過發(fā)泡處理后形成的滌綸短纖維，質(zhì)量很輕，而且滌綸保溫被半透光、不吸水、不漚爛。④ 稻草保溫被（圖1）：是將稻草麥稈等扎在一起，使用壽命短，還會對溫室大棚上的薄膜造成污染，極易發(fā)生漚爛。滌綸保溫被的質(zhì)量很重，在新型保溫不斷出現(xiàn)的過程中逐漸被淘汰。

目前，日光溫室生產(chǎn)中使用較多的自走式卷簾機有兩種，分別是以山東為代表的電機、減速機分體式卷簾機和以上海申江牌減速機為代表的電機、減速機一體式卷簾機（圖2）。與頂卷式卷簾機相比，自走式卷簾機的優(yōu)點是：① 適用范圍廣，適合跨度10 m以內(nèi)、長度100 m以內(nèi)的所有日光溫室；② 不受溫室采光角度影響，正反轉收卷自如；③ 安裝簡單，大大降低卷簾機及外保溫材料安裝的勞動強度；④ 操作安全，可停放在任何位置；⑤ 性能穩(wěn)定，草簾或保溫被等材料不偏移。缺點是：① 一次性投資大于頂卷式卷簾機；② 卷簾機下面的簾子需要手動卷放；③ 使用過程中會對溫室骨架產(chǎn)生一定的壓力，所以不適合竹木結構溫室；④ 對外保溫材料具有一定的拉扯力。雖然自走式卷簾機的一次性投入要大于頂卷式卷簾機，但因其安裝方便，使用安全等特點，自走式卷簾機在設施農(nóng)業(yè)效益不斷提升的形勢下已逐步被接受。

日光溫室可開閉式內(nèi)保溫系統(tǒng)設計

作為一種便于安裝，易于操作的保溫節(jié)能裝置，日光溫室的內(nèi)保溫幕在溫室生產(chǎn)中受到了廣泛的關注[1]。針對日光溫室特有的曲面結構和長季節(jié)生產(chǎn)植物莖稈懸吊在骨架上等問題，本課題組提出了在大跨度日光溫室內(nèi)設計可開閉式內(nèi)保溫系統(tǒng)，為優(yōu)化日光溫室保溫設計，提高夜間保溫能力提供了一種方便可行的方法[2-3]（圖3、圖4）。日光溫室內(nèi)保溫系統(tǒng)的具體安裝方法如下：

系統(tǒng)骨架的固定

設置門字形骨架支柱，通過焊接鋼筋拉向前底角，水平方向的橫梁鋼管有數(shù)條鋼絲斜拉，間距40～50 cm，立柱在垂直方向不會因植株吊重而發(fā)生傾斜。托幕線與吊蔓線采用直徑3 mm的鍍塑鋼絲，托幕線上部固定在后坡中間的骨架上，在前水平鋼管上繞一周向下拉至前底角焊好的鋼筋上，兩頭用卡頭固定，再用緊線器適度拉緊。托幕線及吊蔓線的密度與外骨架對應，每間兩空設1根，高度要高出前水平骨架10～20 cm，以適應吊蔓后鋼絲形變下墜。吊幕線前部繞鋼管下拉至前底角固定，后部固定在后墻鋼筋上，最后用緊線器拉緊。

保溫幕的安裝

選用無紡布（40 g/cm2）作保溫幕，除保溫外還具有吸濕作用，可以調(diào)節(jié)夜間室溫。安裝前先將驅(qū)動軸接好置于托幕線與外骨架之間的前底角，以備保溫幕固定好后安裝前驅(qū)動軸。安裝時從溫室的中間，將保溫幕在托幕線與外骨架之間向兩側展開，再沿一個邊將保溫幕順著托幕線向上拉到后坡，將保溫幕用卡簧卡在事先焊好的卡槽內(nèi)，最好將這個邊多折兩層，便于卡牢。后坡固定好后將保溫幕的前邊緣與驅(qū)動軸固定，固定時要將保溫幕向下扯平，且前底角與鋼管固定后距地面的高度要保持一定。

系統(tǒng)密封處理

系統(tǒng)密閉性不良是導致內(nèi)保溫效果差的主要原因，因此系統(tǒng)密封處理非常重要。前底角內(nèi)側加一層1 m高的透明塑料膜以阻止前底角縫隙放熱，上邊用卡頭水平固定在托幕線上，下邊埋入土中。

傳動系統(tǒng)

傳動系統(tǒng)主要由傳動軸和減速電機組成。傳動軸由4分管（內(nèi)徑為12.7 mm）組裝而成，將保溫幕用卡箍卡在4分管上，由溫室西側的電機帶動4分管轉動，卷起內(nèi)保溫幕實現(xiàn)幕的開閉。電機具有正反轉開關，自鎖功能。在設計上托幕線的角度應增大。因為坡度增大后，幕布會因重力原因而更加平整，上卷時更為緊實，避免了由于幕布松弛造成彎曲所帶來不良影響。幕布縫合線最好是南北走向，在幕的東西兩邊做加厚處理，以防止幕布破裂。另外，為提高前底角的保溫性能，可將前底裙可做成雙層膜，或采取提高底裙的高度，增大重合面積。

結束語

隨著我國社會對節(jié)能型農(nóng)業(yè)發(fā)展需求的不斷增強，日光溫室的能耗問題受到越來越多的關注，尤其是高緯度地區(qū)日光溫室保溫與節(jié)能效果對冬季設施生產(chǎn)的實際意義。提高日光溫室的保溫性能是溫室有效的節(jié)能措施之一。在實際操作中，不同材料的保溫裝備和不同方法的保溫技術不斷的被開發(fā)出來，但是最終實際生產(chǎn)中的保溫效果仍然是日光溫室工程界所關注的問題。

參考文獻

[1] 張義，馬承偉，柴立龍，等.幾種溫室內(nèi)保溫幕保溫效果的測試

研究[c].2008中國設施園藝工程學術年會論文集， 30-35.

[2] 高原，須暉，馬健.日光溫室可開閉式內(nèi)保溫系統(tǒng)設計[J].新農(nóng)

業(yè)，2009（5）：60-61.

[3] 高原，須暉，馬健，李天來，等.日光溫室內(nèi)保溫承力桁架設計[J].

農(nóng)業(yè)工程技術，2007（4）：13-15.

項目支持：“十二五”遼寧省重大項目（2014215011）；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系建設專項資金項目（CARS-25-C-01）。

作者簡介：王蕊（1980-），女，遼寧沈陽人，講師，博士，主要從事日光溫室環(huán)境調(diào)控及模擬方面的研究。遼寧省農(nóng)業(yè)科學院蔬菜研究所，沈陽 110866）