夏季不同通風方式對文洛型玻璃溫室熱環境的影響

袁培 黨奧飛 劉子揚 付云飛 康浩杰 呂彥力

摘要?通過試驗方法對鄭州地區文洛型玻璃溫室在濕簾-風機機械通風和自然通風兩種方式下室內熱工參數的變化特性進行了研究。結果表明，在機械通風條件下，溫室內沿垂直方向存在明顯的溫度梯度，水平面上靠近濕簾側的溫度低于靠近風機側的溫度;采用機械通風的方式可將溫室內距地面高度1.2 m以下空氣溫度比室外降低3.5～9.0 ℃，垂直方向溫度梯度較大，可考慮加入軸流風機加強溫室內空氣流動;而采用自然通風時，溫室距地面高度1.2 m以下的平均溫度比外界氣溫高3.8 ℃，在外界溫度較低時自然通風的降溫效果較好，適用于夏季初期。

關鍵詞?文洛型玻璃溫室;機械通風;自然通風;溫度分布

中圖分類號?S26文獻標識碼 A文章編號?0517-6611（2018）33-0165-05

受外界氣候的影響，夏季易導致溫室內部環境溫度過高，嚴重影響室內作物的生長，因此需采取有效的降溫措施來保障溫室內溫度的穩定性。通風是影響溫室溫度的重要因素[1]。目前，溫室的通風主要包括2種方式：自然通風和機械通風[2]。自然通風降溫效果具有很大的局限性[3]，而機械通風具有通風可控、降溫效果明顯、可靠性高等優點[4]，但其在運行過程中消耗電能較高。因此，對比研究兩種通風方式下溫室內溫度的分布和變化規律對溫室降溫具有重要的意義。

目前，濕簾—風機降溫系統作為一種經濟有效的降溫方式在溫室中的應用取得了很好的成效。而自然通風作為最經濟的一種降溫方式，在外界氣溫不太高時能夠有效地降低溫室內部的溫度[5]。張璐瑤等[6]以陜西地區文洛型玻璃溫室為研究對象，通過試驗測量的方法分析了濕簾—風機降溫系統的降溫效果和溫室的溫度空間分布。試驗結果表明，溫室內1 m高處平均降溫6.7 ℃，最高降溫9.2 ℃，當濕簾循環水低于空氣濕球溫度時，能夠提高濕簾的蒸發冷卻效率。宿文等[7]采用試驗和模擬相結合的方法對濟南地區自然通風下的日光溫室氣溫分布進行了研究，結果表明通風16～23 min即可達到作物適宜溫度;在不同風向下，溫室內南北氣溫相差3～4 ℃，南側東西部氣溫相差1～4 ℃。Flores-velazquez 等[8]分別對機械通風和自然通風下溫室內部的溫度分布進行了數值模擬研究，結果表明溫室的溫度梯度和長度之間存在較強的線性相關性，隨著溫室長度的增加，自然通風比機械通風優勢更大。雖然許多專家學者對溫室降溫措施和通風方式進行了大量的研究，但由于溫室具有一定的區域局限性，地區間氣候的差異和溫室結構類型的多樣性，在引進新型現代化農業溫室時，需根據引進地區的氣候條件調整相應的管理措施。

鑒于此，筆者以鄭州地區的一棟文洛型（Venlo）玻璃溫室為研究對象，通過試驗測量的方法對濕簾-風機機械通風和自然通風2種通風方式的降溫性能進行量化比較分析，揭示濕簾-風機機械通風和自然通風對溫室熱環境的影響規律，為鄭州地區Venlo型玻璃溫室夏季通風降溫的控制管理提供理論依據，為今后鄭州地區文洛型玻璃溫室夏季溫室作物的生產和管理提供借鑒和參考。

1?試驗方案

1.1?試驗對象

以河南省鄭州市鄭州輕工業學院文洛型兩跨玻璃溫室作為研究對象，該玻璃溫室地理位置為113°38′E，34°47′N，溫室的脊向為南北向，跨度為7.2 m，脊肩高2.6 m，脊高3.3 m，如圖1所示。溫室南墻上安裝一個直徑為1.2 m，中心距地面0.9 m的風機，風機功率為0.75 kW。與風機相對的北墻上安裝濕簾，濕簾長4.6 m，高1.2 m，中心距地面0.8 m，濕簾面積5.52 m2，與溫室北墻面積21.24 m2之比約為1∶4。溫室主體結構采用結構鋼，四周圍護玻璃為雙層中空浮法玻璃，屋頂為8 mm厚陽光PC板，頂部安裝網狀外遮陽網，室內安裝內遮陽網。

1.2?測點布置與測試儀器選擇

溫室南北長度為16.0 m，東西為7.2 m。在不同高度的3個水平面共設置27個測量點，如圖2所示。此外，在溫室濕簾中心點位置布置測點S;溫室地面布置測點D，測量室內地溫變化;室外距西墻1 m，距地面1.5 m高，布置室外測點W，以監測外界氣溫變化。

該試驗溫室內空氣溫度測定采用直徑為0.2 mm帶有冷端補償的T型熱電偶（銅-鎳熱電偶）;風速測量采用德國德圖公司的風速儀，型號為Testo 405V1;采用紅外熱像儀對溫室內溫度分布進行拍攝;數據采集儀型號為Keithley 2700。

各測試儀器參數見表1。

1.3?試驗方法

溫度是影響植物生長的關鍵性因素，在夏季高溫下降溫對溫室內作物的生長顯得尤為重要。為揭示Venlo型玻璃溫室在2種通風方式下的降溫性能以及溫室內部溫度的分布和變化規律，設計試驗方法如下：

濕簾-風機機械通風試驗方法：鄭州地區的氣溫在每年的7—8月達到全年的峰值，因此選擇試驗時間為7月1—7日，關閉溫室門窗，展開內外遮陽網，12：00室內溫度達到較高值時，開啟溫室濕簾-風機降溫系統，每5 s采集1組溫度數據，直至所有溫室內所有測點的溫度值趨于穩定。

如圖3所示，考慮外界環境對溫室降溫系統的影響，選取在最不利的外界氣溫環境（7月2日外界環境溫度為37.5 ℃、風速0.71 m/s）條件下對溫室濕簾-風機降溫系統的降溫性能進行研究。分析在中午時刻濕簾-風機降溫系統對溫室內部環境的降溫特性和溫室溫度分布的影響，并利用紅外熱像儀對濕簾側和風機側的溫度分布進行分析。

自然通風試驗方法：9：00開始測量，到12：00將Venlo型玻璃溫室的通風口（包含西墻窗戶、風機通風口、北墻濕簾通風口）全部打開進行自然通風，每20 min采集1組溫度值，直至19：00。

對2組試驗采集數據的處理，分別選取溫室距地面不同高度方向、南北方向和東西方向上的溫度變化曲線對溫室內部的溫度分布和變化進行詳細分析。

就降溫效果而言，濕簾-風機機械通風產冷量大，降溫效果優于自然通風。但濕簾-風機機械通風下的溫室垂直方向存在明顯的溫度梯度，因此在溫室實際生產中可考慮加入軸流風機加強溫室內空氣流動，打破室內空氣溫度分層從而減小溫度梯度。

試驗溫室在夏季高溫下采用濕簾-風機機械通風能保證溫室內部低于1.2 m高度的作物安全越夏，若種植作物冠層高度大于1.2 m，可根據種植作物的冠層高度提高濕簾、風機的安裝高度，使其處于濕簾-風機通風通道內以保證種植作物的夏季生產，可為溫室種植者夏季種植區的布置提供參考。

通過對2種通風方式的分析，并考慮溫室實際生產中的經濟性，提出適宜鄭州地區文洛型玻璃溫室使用的夏季通風管理方式：初夏（5、6月份）時時外界氣溫較低，只采用自然通風即可滿足溫室降溫需求;盛夏（7、8月份）外界氣溫較高，需采用濕簾-風機機械通風方式降溫來保證溫室內適宜作物生長的溫度。

4?結論

該研究通過對文洛型玻璃溫室夏季濕簾-風機機械通風和自然通風2種通風方式下的溫室內部垂直方向、水平面南北方向和東西方向的溫度變化和分布進行試驗研究，得到以下結論：

（1）在夏季外界氣溫高達37.5 ℃條件下，采用濕簾-風機機械通風可將文洛型玻璃溫室內平均空氣溫度降低8.8 ℃。其中，位于地面高度1.2 m水平面以下通風通道的平均空氣溫度比外界平均氣溫降低3.5～9.0 ℃。

（2）溫室濕簾-風機降溫系統將室內溫度降至穩定后，溫室內溫度分布為：溫度從底部到頂部逐漸增加;在水平面上溫度分布較均勻，靠近濕簾側的溫度比靠近風機側的溫度低，即從北向南溫度逐漸升高，溫度差值為2.5 ℃，溫度梯度為0.32 ℃/m。溫室內部溫度由東向西逐漸升高，溫度差值為0.8 ℃，溫度梯度為0.23 ℃/m。

（3）自然通風方式下，溫室距地面1.2 m水平面上的平均空氣溫度比外界氣溫高3.8 ℃。而溫室采用濕簾-風機機械通風比采用自然通風可將室內平均氣溫降至更低，降低幅度為7.3～12.8 ℃。

（4）鄭州地區文洛型玻璃溫室夏季生產的通風管理方式：5、6月份只采用自然通風可滿足溫室降溫需求;7、8月份則需采用濕簾-風機機械通風方式降溫來保證溫室內適宜作物生長的溫度。

由于條件限制，該研究尚未考慮溫室通風口位置和外界太陽輻射等因素對通風降溫下溫室熱環境的影響，今后需做進一步討論和研究。

參考文獻

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