不同圍護結構日光溫室環境性能比較

王傳清 李純青 魏珉 王秀峰　隋申利 趙利華 李艷瑋

摘要：

本試驗以3種不同圍護結構的日光溫室為觀測對象，對2016年2—3月份的室內光溫環境進行了比較研究。結果表明保溫性能以下挖式厚土墻日光溫室最優，大跨度拱棚型日光溫室次之，聚苯板異質復合墻體日光溫室最差。下挖式厚土墻日光溫室氣溫空間分布均勻性優于聚苯板異質復合墻體和大跨度拱棚型日光溫室。采光性能以大跨度拱棚型日光溫室最優，作物冠層高度處的光照強度由南向北逐漸減弱；聚苯板異質復合墻體日光溫室內光照分布更均勻，大跨度拱棚型日光溫室北側的光照條件明顯變差。土地利用率以大跨度拱棚型日光溫室最大，聚苯板異質復合墻體日光溫室次之，下挖式厚土墻日光溫室最低。

關鍵詞：日光溫室；墻體結構；氣溫；光照強度；土地利用率

中圖分類號：S625.1 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2018）08-0063-05

Comparison of Environmental Factors in Solar

Greenhouses with Different Envelope Structures

Wang Chuanqing1， Li Chunqing1*， Wei Min1，2， Wang Xiufeng1，2， Sui Shenli3， Zhao Lihua3， Li Yanwei3

（1. College of Horticultural Sciences and Engineering， Shandong Agricultural University， Taian 271018， China；

2.Scientific Observation and Experimental Station of Environment Controlled Agricultural Engineering in Huang-Huai-Hai Region，

Ministry of Agriculture， Taian 271018， China； 3. Shouguang Eurasian Vegetables Co.， Ltd.， Shouguang 262700， China）

Abstract The light and temperature conditions in three greenhouses with different envelope structures were observed from February to March in Shouguang of Shandong Province. The main results were as follows. The sunk solar greenhouse with thick earth wall had the best heat preservation， followed by large span tunnel-type solar greenhouse， and solar greenhouse with polystyrene heterogeneity wall was the worst. The spatial distribution uniformity of air temperature in sunk solar greenhouse with thick earth wall was better than the others. Large span tunnel-type solar greenhouse had the best lighting performance， however the light intensity at the canopy height of crops decreased gradually from south to north. The illumination condition of the northern side of the large span tunnel-type solar greenhouse was obviously worse， while the light distribution in solar greenhouse with polystyrene heterogeneity wall was more even. The land utilization rate of large span tunnel-type solar greenhouse was the highest， while sunk solar greenhouse with thick earth wall was the lowest.

Keywords Solar greenhouse； Wall structure； Air temperature； Light intensity； Land utilization rate

日光溫室是中國北方地區冬春季節的主要栽培設施類型。墻體是日光溫室的重要組成部分。土質墻體具有良好的蓄熱保溫性能，但建造費工，占地面積大[1-3]；磚墻占地面積雖小，但成本上升，且有時保溫性能較差[4-6]。隨著科技和產業的發展，人們越來越關注便于標準化建造、機械化作業和智能化管理的新型墻體結構日光溫室，如用聚苯板、草磚、棉被等材料建造的組裝式溫室[7-10]。為探明不同圍護結構日光溫室的環境性能，本試驗選取3種生產用日光溫室進行跟蹤觀測，以期為結構和材料優化創新提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗溫室

供試日光溫室分別為下挖式厚土墻日光溫室、聚苯板異質復合墻體日光溫室和大跨度拱棚型日光溫室，位于山東省壽光市蔬菜高科技示范園內。

1下挖式厚土墻日光溫室0.809012629，流線型 5土墻底厚6.8m、頂厚1.5m

2聚苯板異質復合墻體日光溫室—9012629，拋物線型 55cm聚苯板+20cm GFB保溫板+5cm聚苯板

3大跨度拱棚型日光溫室—9012+127.532，拋物線型—塑料薄膜+3cm保溫被

1.2 測定指標及方法

2016年2—3月采用美國HoboU23-001溫濕/光照記錄儀連續測定，間隔15 min自動采集數據1次。

下挖式厚土墻日光溫室和聚苯板異質復合墻體日光溫室的溫度測點在溫室長度方向的中部，南、中、北3個測點分別在溫室跨度由南向北的1/6、3/6、5/6處，離地面高度1.6 m；氣溫空間分布測點在上述3個位置的垂直方向上離地面高度分別為0.10、1.5、3.0 m和4.5 m處。光照測點位于上述3個位置的植株冠層上方，離地面高度1.8 m處。

大跨度拱棚型日光溫室溫度測點在溫室中部，由南向北1/12、3/12、5/12、7/12、9/12、11/12處，離地面高度1.6 m；氣溫空間分布測點在上述6個位置的垂直方向上離地面高度分別為0.10、1.5、3.0 m和4.5 m處；光照測點位于上述6個位置的植株冠層上方，離地面高度1.8 m處；南部溫度或光照為1/12、3/12測點處的平均值，中部為5/12、7/12測點處的平均值，北部為9/12、11/12測點處的平均值。

夜間平均氣溫為每天18∶00—次日8∶00的氣溫平均值，白天平均氣溫為每天9∶00—17∶00的氣溫平均值。光照強度取10∶00—16∶00平均值。透光率（%）=室內光照強度/室外光照強度×100。

1.3 數據處理與分析

采用Microsoft Excel 2003和CAD 2010進行數據處理和作圖。

2 結果與分析

2.1 不同圍護結構日光溫室保溫性能

從表2可以看出，2號溫室的夜間平均氣溫、晝間平均溫度、平均最高氣溫、平均最低氣溫分別比1號溫室低4.2、2.0、1.7、3.6℃，3號溫室分別比1號溫室低2.8、1.4、1.5、2.4℃。

2.2 不同圍護結構日光溫室氣溫日變化

2.2.1 晴天氣溫日變化 3個日光溫室晴天氣溫日變化規律基本一致，以1號溫室溫度最高，3號溫室次之，2號溫室最低。日光溫室內最高氣溫出現在13∶00左右，1號、2號、3號溫室分別達28.3、26.2、26.7℃；最低溫度出現在早晨揭開保溫被之前，1號、2號、3號溫室分別達16.2、12.2、13.7℃（圖1）。

2.2.2 陰天氣溫日變化 3個日光溫室陰天氣溫日變化趨勢相同，最高氣溫出現在13∶00左右，分別為23.7、21.3、21.8℃，最低氣溫出現時間在早晨揭開保溫被之前，分別為13.2、9.2、10.9℃（圖2）。

2.3 不同圍護結構日光溫室氣溫空間分布

2.3.1 晴天氣溫空間變化 由表3可知，水平方向上晝間最高溫度以中部最高，南部次之，北部最低，1號溫室相差1.2～1.4℃，2號溫室相差0～0.9℃，3號溫室相差0～0.8℃；夜間最低溫度以北部最高，中部次之，南部最低，1號溫室相差0.2～0.3℃，2號溫室相差0～0.2℃，3號溫室相差0.1～0.6℃。不同圍護結構日光溫室晝間最高溫度均隨著高度升高而上升，相差0.2～1.7℃；夜間最低溫度變化趨勢相反，夜間最低溫度1號溫室近地面層高于作物冠層（距地面1.5 m）0～0.5℃，2號溫室高于作物冠層0.6～0.7℃，3號溫室高于作物冠層1.2～1.6℃。

2.3.2 陰天氣溫空間變化 由表4可知，在水平方向上晝間最高溫度同樣以中部最高，南部次之，北部最低，1號溫室相差0.1～0.7℃，2號溫室相差0.4～1.0℃，3號溫室相差0.4～1.4℃；夜間最低溫度以北部最高，中部次之，南部最低，1號溫室相差0.2℃，2號溫室相差0.1℃，3號溫室相差0.1～0.3℃。垂直方向上，晝間最高溫度隨著高度升高而增大，夜間最低溫度1號溫室不同高度差異較小，僅0.1～0.4℃，而2號和3號溫室存在明顯的氣溫空間分布不均勻現象。夜間最低溫度1號溫室近地面層高于作物冠層（距地面1.5 m）0.1～0.4℃，2號溫室高于作物冠層1.1～1.5℃，3號溫室高于作物冠層1.1～1.4℃。

2.4 不同圍護結構日光溫室光照特點

2.4.1 透光率 1號和2號溫室采光屋面角相同，但采光屋面形狀不同，分別為流線型和拋物線型。2號溫室比1號溫室透光率增加4.7%，說明拋物線形更好。 2號和3號溫室的采光屋面形狀均為拋物線型，但后者屋面角增加，透光率提高10.1%。

2.4.2 時空變化 圖3為晴天條件下（ 2月29日）不同圍護結構日光溫室內的光照強度，以12∶00左右室內光照強度最高，之后逐漸下降。2號溫室光照強度的空間分布較1號溫室和3號溫室均勻，3號溫室北側光照條件明顯變差，與南側光照強度相差638 μmol·m-2·s-1。

2.5 不同圍護結構日光溫室土地利用率

不同圍護結構日光溫室土地利用率以3號溫室最高，2號溫室次之，1號溫室最低。結果見表5。

3 討論與結論

日光溫室墻體結構影響保溫性能。陳瑞生等[11]提出日光溫室較理想的墻體內側應由蓄熱能力較強的材料組成蓄熱層，外層由導熱、放熱能力較差的材料組成保溫層，中間為隔熱層。本試驗中不同圍護結構日光溫室相比，聚苯板異質復合墻體日光溫室、大跨度拱棚型日光溫室的夜間平均氣溫分別比下挖式厚土墻日光溫室低4.2℃和2.8℃，說明室內溫度狀況與墻體的蓄熱保溫能力密切相關。李麗平等[12]研究表明，溫室熱容量大，有利于保溫。大跨度拱棚型日光溫室室內空間大，緩沖性能強，可能是夜溫高于聚苯板異質復合墻體日光溫室的原因。

采光屋面形狀和角度大小是影響日光溫室采光的兩個關鍵因素。下挖式厚土墻日光溫室和聚苯板異質復合墻體日光溫室采光屋面角均為29°，僅形狀不同，前者為流線型，平均透光率達79.8%，而后者為拋物線型，平均透光率達84.5%，兩者相差4.7%，說明拋物線型更優。聚苯板異質復合墻體日光溫室和大跨度拱棚型日光溫室的采光屋面形狀均為拋物線型，但屋面角度分別為29°和32°，導致后者平均透光率比前者增加10.1%，說明屋面角度大小比屋面形狀對溫室采光的影響更大。

總之，不同圍護結構日光溫室的采光保溫性能不同，保溫性能以下挖式厚土墻日光溫室最優，大跨度拱棚型日光溫室次之，聚苯板異質復合墻體日光溫室最差。下挖式厚土墻日光溫室內部氣溫空間分布均勻性優于聚苯板異質復合墻體和大跨度拱棚型日光溫室。采光性能以大跨度拱棚型日光溫室最優，聚苯板異質復合墻體日光溫室次之，下挖式厚土墻日光溫室最差，但是聚苯板異質復合墻體日光溫室較下挖式厚土墻日光溫室和大跨度拱棚型日光溫室光照強度的空間分布更均勻，大跨度拱棚型日光溫室北側光照強度明顯降低。土地利用率以大跨度拱棚型日光溫室最大，聚苯板異質復合墻體次之，下挖式厚土墻日光溫室最低。

參 考 文 獻：

[1]

楊建軍，鄒志榮，張智，等. 西北地區日光溫室土墻厚度及其保溫性的優化[J]. 農業工程學報，2009，25（8）：180-185

[2] 張紀濤，林琭，閆萬麗，等. 山西省日光溫室結構問題的調查研究[J]. 中國蔬菜，2013 （4）：90-94

[3] 黎貞發，于紅. 持續低溫及低溫連陰天氣下幾種典型日光溫室保溫性能評價[J]. 中國農學通報，2013，29（23）：123-128.