Ｍ型雙連棟塑料大棚溫光性能研究

賈聰 王傳清 李清明 王少杰 魏珉 宋剛

摘要：針對普通雙連棟塑料大棚抗風(fēng)能力較弱、夏季降溫和冬季保溫性能較差等問題，設(shè)計出一種頂部和四周同時采取內(nèi)保溫覆蓋的M型雙連棟塑料大棚。結(jié)果表明：與普通雙連棟大棚相比，7月份，M型大棚晝最高氣溫和晝平均氣溫分別降低0.7～1.1℃和0.5～0.9℃，平均光照強度增加6.2% ～7.0%;2—3月份，M型大棚比頂部和四周同時內(nèi)保溫覆蓋的普通雙連棟大棚夜最低氣溫和平均氣溫分別提高0.8～1.0℃和0.7～0.8℃，比僅頂部采用內(nèi)保溫覆蓋的普通雙連棟大棚夜最低氣溫和平均氣溫分別提高1.3～1.5℃和1.2～1.3℃，平均光照強度增加7.3% ～7.4%;且作物冠層高度東西跨度方向氣溫、光照分布更均勻?？梢?，M型雙連棟塑料大棚夏季降溫、冬季保溫效果更好，采光性能更優(yōu)，作物冠層高度的光溫條件分布更均勻，更有利于作物生長。

關(guān)鍵詞：塑料大棚;M型雙連棟大棚;氣溫;光照強度;空間分布

中圖分類號：S625.1文獻標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2021）12-0083-05

塑料大棚是我國保護栽培的主要設(shè)施類型[1]。近年來正由小型化逐漸向大跨度和連棟化發(fā)展[2-4]。與普通塑料大棚相比，連棟大棚具有土地利用率高、相對建造成本低、空間大、環(huán)境性能穩(wěn)定、有利于機械化作業(yè)等優(yōu)點[5-10]，但存在抗風(fēng)能力較弱、夏季降溫和冬季采光保溫性能較差等問題，影響其推廣應(yīng)用和種植效益[11-14]。針對上述問題，我們設(shè)計出一種多層覆蓋的M型塑料大棚，并對其溫光性能進行了系統(tǒng)觀測與分析，以期為塑料大棚結(jié)構(gòu)與性能優(yōu)化提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 大棚結(jié)構(gòu)

試驗用普通型和M型雙連棟塑料大棚（圖1）均為南北走向，由鍍鋅鋼管組裝而成，結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。棚面覆蓋0.1mm厚PO膜作為透明覆蓋材料，棚內(nèi)頂部安裝一層保溫被和一層塑料薄膜、四周安裝一層保溫被進行內(nèi)保溫，內(nèi)保溫系統(tǒng)僅在低溫季節(jié)的夜間使用。大棚兩側(cè)和天溝處縱向設(shè)置通風(fēng)口，通過電動卷膜機械開閉。

1.2 溫光觀測方法

分別于2020年7月、2021年2—3月采用美國產(chǎn)HOBOU23-001型溫濕度（精度±0.2℃）/光照（精度±10lx）記錄儀對兩個大棚進行溫光性能觀測。觀測儀表分別安放在室外和大棚內(nèi)長度方向的中間位置，跨度方向的由東向西1/12、3/12、5/12、7/12、9/12、11/12處，垂直方向的距地面0.1、1.5、3.0、4.5m處。每30min自動采集數(shù)據(jù)1次。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

采用MicrosoftExcel2016和CAD2014進行數(shù)據(jù)處理和作圖，大棚氣溫和光強空間分布采用相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）衡量，RSD=（SD/Ti）×100%，其中SD為氣溫（光強）標(biāo)準(zhǔn)偏差，Ti為氣溫（光強）平均值。東部是指1/12、3/12測點，中部是指5/12、7/12測點，西部是指9/12、11/12測點。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同結(jié)構(gòu)大棚夏季降溫效果比較

2.1.1 晝間氣溫 7月13—31日對兩種類型連棟大棚內(nèi)的氣溫狀況進行觀測，結(jié)果見表2。無論晴天還是陰天，M型、普通型大棚內(nèi)晝最高氣溫和晝平均氣溫均高于室外，但M型大棚的均比普通型大棚的低，晴天時分別低1.1℃和0.9℃，陰天時分別低0.7℃和0.5℃。說明相比于普通型雙連棟大棚，M型雙連棟大棚具有更好的降溫效果。

2.1.2 晝間氣溫空間分布 由表3可見，東西跨度方向，M型和普通型雙連棟大棚晝平均氣溫都呈現(xiàn)東部>中部>西部的趨勢;垂直方向上，隨著高度增加氣溫逐漸升高。以距地面1.5m處的作物冠層氣溫進行計算，水平方向上，普通型和M型晝間相對標(biāo)準(zhǔn)偏差晴天分別為3.3%、3.0%，陰天分別為2.7%、2.4%;以距地面1.5、3.0、4.5m處的氣溫進行計算，垂直方向上，普通型和M型晝間相對標(biāo)準(zhǔn)偏差晴天分別為2.8%、2.5%，陰天分別為1.9%、1.6%。表明M型雙連棟大棚內(nèi)氣溫的水平、垂直分布均較普通型均勻。

2.2 不同結(jié)構(gòu)大棚冬季保溫效果比較

2.2.1 夜間氣溫 不同保溫條件兩種大棚冬季夜間氣溫比較（表4），M型大棚夜間同時采用頂部和四周保溫覆蓋，若普通型大棚也采用同樣的保溫覆蓋，晴天夜平均氣溫、夜最低氣溫前者比后者均高0.8℃，陰天則分別高0.7℃和1.0℃;若普通型大棚夜間僅采用頂部保溫覆蓋，晴天夜平均氣溫、夜最低氣溫M型大棚較普通型大棚高1.3℃和1.5℃，陰天分別高1.2℃和1.3℃。表明頂部和四周同時采取內(nèi)保溫覆蓋的M型大棚冬季保溫性能較好。

2.2.2 夜間氣溫空間分布 由表5可見，東西跨度方向，夜間由于兩邊熱量的散失，表現(xiàn)為中部溫度高、兩側(cè)溫度低的特點，尤其在近地面高度更明顯;垂直方向上，隨著高度增加氣溫逐漸降低。以距地面0.1m處的氣溫進行計算，水平方向上，普通型和M型大棚晴天夜間氣溫相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為2.8%、1.1%，陰天分別為4.0%、1.7%;以距地面0.1、1.5m處的氣溫進行計算，垂直方向上，普通型和M型大棚相對標(biāo)準(zhǔn)偏差晴天夜間分別為2.5%、1.2%，陰天夜間分別為4.0%、1.9%?？芍緹o論晴天、陰天，M型雙連棟棚內(nèi)夜間氣溫在水平和垂直空間分布更均勻。

2.3 不同結(jié)構(gòu)雙連棟大棚光照特點

2.3.1 光照強度 不同季節(jié)兩種類型大棚內(nèi)平均光照強度明顯低于室外，M型大棚的采光性能優(yōu)于普通連棟大棚（表6）。夏季晴天，M型大棚內(nèi)平均光照強度較普通型大棚高7.0%，陰天高6.2%;冬季晴天，M型大棚平均光照強度較普通型大棚高7.4%，陰天高7.3%?？梢姡噍^于普通型雙連棟大棚，M型雙連棟大棚內(nèi)的日平均光照強度更高，采光性能更好。

2.3.2 光照強度日變化 夏季和冬季晴天兩種大棚內(nèi)的光強日變化曲線與室外基本一致，表現(xiàn)為先上升后下降的變化趨勢，且全天均明顯低于室外，但M 型棚明顯高于普通型棚（圖2）。8∶00—11∶00，夏季普通型和M型大棚內(nèi)光強上升速率分別為16.6klx/h和26.9klx/h，冬季分別為14.9klx/h和18.0klx/h;14∶00—17∶00，夏季普通型與M型大棚內(nèi)光強下降速率分別為19.5klx/h和28.0klx/h，冬季下降速率分別為16.6klx/h和18.5klx/h。表明M型棚的非對稱結(jié)構(gòu)可快速提高棚內(nèi)的光照強度，增加采光量，光照性能優(yōu)于普通型大棚，采光性能好。

2.3.3 光照強度空間分布 由圖3可以看出，無論夏季還是冬季，普通型和M型大棚平均光強均呈現(xiàn)出兩側(cè)高、中間低的趨勢。對兩種類型大棚內(nèi)平均光照強度的空間分布相對標(biāo)準(zhǔn)偏差進行計算，普通型和M 型大棚夏季分別為7.1% 和6.5%，冬季分別為14.5%和12.9%。表明M型棚東西方向的光照分布相對普通型棚更均勻，采光性能好。

3 結(jié)論

本研究對M型雙連棟大棚內(nèi)夏、冬季氣溫和光照條件進行監(jiān)測，并與普通型雙連棟棚進行比較分析，結(jié)論如下：

（1）與普通型雙連棟大棚相比，睛天夏季M型雙連棟大棚內(nèi)的晝最高氣溫、晝平均氣溫降低1.1和0.9℃，冬季在頂部雙層保溫和雙側(cè)保溫條件下夜最低氣溫、夜平均氣溫均提高0.8℃，且作物冠層高度氣溫的水平分布更均勻，夏季有一定降溫效果，而冬季保溫效果更好。

（2）與普通型雙連棟大棚相比，M型雙連棟大棚7月份日平均光照強度增加6.2% ～7.0%，2—3月份增加7.3% ～7.4%，且作物冠層高度光照強度的水平分布的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均低于普通型棚。說明M型雙連棟棚的采光性能更好，且東西方向分布相對均勻，能為作物生長提供更好的光照條件。