日光溫室保溫技術應用現狀

王蕊+楊小龍+馬健+須暉+高原+李天來

日光溫室內氣溫的日變化規律與外界基本相同，即白天氣溫高，夜間氣溫低。但晴天日光溫室內的晝夜溫差明顯大于外界，這是日光溫室內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。晴天室內晝夜溫差可達20℃。陰天時，室內晝夜溫差很小，一般只有3～5℃。日光溫室內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，日光溫室內的冬季低溫天數可比露地縮短3～5個月，夏季高溫時期可比露地多2～3個月。保溫性能好的優型日光溫室幾乎不存在冬季低溫期，可以四季生產蔬菜。

溫室內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，也是溫室內氣溫管理的重要調控措施之一。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。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保溫幕、室內小拱棚和室外覆蓋等措施。據測定，日光溫室內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放熱，日光溫室內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的溫度，一般是指溫室內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保溫技術

日光溫室保溫被技術

日光溫室的傳統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，各地區陸續開發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。從保溫被的內芯材料、性能上可以將其分為：① 原棉保溫被：以原棉為內芯原料制作而成的，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，容易發霉漚爛。③ 滌綸保溫被：內芯是由聚乙烯經過發泡處理后形成的滌綸短纖維，質量很輕，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，極易發生漚爛。滌綸保溫被的質量很重，在新型保溫不斷出現的過程中逐漸被淘汰。

目前，日光溫室生產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，自走式卷簾機的優點是：① 適用范圍廣，適合跨度10 m以內、長度100 m以內的所有日光溫室；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業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保溫系統設計

作為一種便于安裝，易于操作的保溫節能裝置，日光溫室的內保溫幕在溫室生產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生產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設計可開閉式內保溫系統，為優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）。日光溫室內保溫系統的具體安裝方法如下：

系統骨架的固定

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，可以調節夜間室溫。安裝前先將驅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，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。

系統密封處理

系統密閉性不良是導致內保溫效果差的主要原因，因此系統密封處理非常重要。前底角內側加一層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

傳動系統主要由傳動軸和減速電機組成。傳動軸由4分管（內徑為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，卷起內保溫幕實現幕的開閉。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

隨著我國社會對節能型農業發展需求的不斷增強，日光溫室的能耗問題受到越來越多的關注，尤其是高緯度地區日光溫室保溫與節能效果對冬季設施生產的實際意義。提高日光溫室的保溫性能是溫室有效的節能措施之一。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出來，但是最終實際生產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保溫系統設計[J].新農

業，2009（5）：60-61.

[3] 高原，須暉，馬健，李天來，等.日光溫室內保溫承力桁架設計[J].

農業工程技術，2007（4）：13-15.

項目支持：“十二五”遼寧省重大項目（2014215011）；現代農業產業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境調控及模擬方面的研究。遼寧省農業科學院蔬菜研究所，沈陽 110866）