Venlo型玻璃溫室夏季遮陽降溫效果

袁培　劉子揚　黨奧飛　常宏旭

摘要：針對夏季氣候條件下的Venlo型玻璃溫室在河南省鄭州地區進行試驗研究，通過3次降溫試驗的溫度測量和采集計算降溫速率和溫度分布的離散程度，對比分析溫室在單獨開啟內、外遮陽系統或內外遮陽系統同時開啟的情況下室內溫度變化和分布情況。結果表明，內外遮陽裝置同時開啟后室內降溫效果較為明顯，內遮陽裝置單獨開啟時室內溫度分布較為均勻，指出了3種遮陽方式的優劣點所在，總結出遮陽網開啟方式與溫室內降溫效果的內在聯系和量化結果。研究結果可為河南地區夏季設施栽培提供理論依據。

關鍵詞：遮陽方式;玻璃溫室;降溫效果;室內溫度分布

中圖分類號：S625.5 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）08-0225-05

在現代化農業快速發展的今天，日光溫室由于其能為作物提供適宜穩定的生長環境而且可以大幅提升作物的產量與品質，已經成為設施農業的主要類型。改革開放以來，社會對農業產品的質量要求越來越高，溫室內環境的調控尤為重要，溫室內的溫度、濕度、光照度等因素都能對植物的生長發育產生較大影響[1]。而時至酷夏，河南省、安徽省等華中大部分地區氣候異常炎熱，溫室內平均溫度常常能夠達到45 ℃以上，這在很大程度上限制了植物的正常生長[2]。因此，日光溫室的降溫問題備受人們關注。

傳統的Venlo型溫室大部分都配備有基礎的開窗機構和遮陽系統，這些設施在一定程度上緩解了夏季溫室內持續高溫的問題[3]。遮陽網具有良好的遮光、降溫、保濕等功能，而且操作簡便，價格低廉，通常安裝在溫室的內部和外部[4]。近年來，相關學者基于不同方面作出了研究。宋兵偉等以新疆地區連棟溫室為對象，對5種不同組合的覆蓋材料進行了采暖熱負荷對比試驗，結果表明采用南立面覆蓋材料選用雙層中空4 mm浮法玻璃，其他部位覆蓋材料均選用10 mm陽光板具有較好的節能保溫性[5];張偉建等為研究遮陽網對屋頂全開型溫室夏季降溫的影響，建立屋頂全開型溫室的計算流體動力學（CFD）模型，分析了增加外遮陽網后的溫室內溫度場[6];張日新等對側遮陽系統在現代化溫室中的應用進行了研究[7]。目前，大部分研究都是基于內遮或外遮單因素考慮，而遮陽網的內外單獨開啟或組合開啟對溫室內降溫效果的影響還未有全面的研究。

本研究以河南省鄭州地區鄭州輕工業學院內1棟Venlo型玻璃溫室為試驗對象，測量溫室在遮陽網不同開啟方式下的溫度變化和分布，分析遮陽網在不同開啟方式下溫室的降溫規律，進一步尋求遮陽網開啟方式與溫室內降溫效果的內在聯系和量化結果，以期為河南地區夏季設施栽培提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗對象

降溫試驗在鄭州輕工業學院內1棟Venlo型玻璃溫室內進行（圖1），溫室長16 m、寬7.2 m、高2.6 m，溫室的脊向為南北走向，共兩跨，脊肩高2.6 m，脊高3.3 m。溫室主體結構采用結構鋼，溫室四周圍護玻璃為雙層中空浮法玻璃，屋頂覆蓋材料為8 mm陽光聚碳酸酯（PC）板，配備濕簾-風機降溫系統以及內外遮陽機構。

內遮陽系統由控制箱、三相減速電機、自驅動聯軸器、傳動機構以及內用遮陰幕線、幕布組成，安裝在溫室內部距屋脊0.5 m處;外遮陽系統由控制箱、三相減速電機、拉幕齒輪齒條、齒條推拉桿、支撐吊輪以及外用遮陰幕線、幕布等組成，安裝在溫室外部距屋脊0.5 m處。

1.2試驗方法

為完整地測量和記錄溫室1 d內的溫度變化情況，在距地面0.5、1.0、1.5 m 3個不同高度（高度1、高度2、高度3）的平面內，每個平面布置9個測量點，在距溫室西墻1.0 m、距地面1.2 m處布置室外溫度測量點，各測量點布置情況見圖2、圖3。

本試驗采用T型熱電偶（圖4）進行溫度采集，采用NI儀器（圖5）采集測量信號，數據采集儲存間隔時間設置為 0.5 h，測量時間為09：00—17：00。

在測量開遮陽網后的室內溫度變化時先將溫室開窗通風至室內外溫度相對平穩狀態下，再展開內或外遮陽系統進行測量。為保證變量的唯一性，在進行試驗前關閉溫室內的濕簾-風機降溫系統，同時緊閉門窗，只通過遮陽機構的運行實現內部降溫。溫室遮陽系統開啟實物見圖6、圖7。

2結果與分析

本試驗進行時間為2018年6月1—10日，共10 d，試驗期間無陰雨天氣出現。

2.1無遮陽情況下溫室內溫度變化趨勢

在室外晴朗的天氣條件下，保持內、外遮陽系統的合攏狀態，測量記錄溫室內溫度1 d的變化情況，試驗數據見圖8～圖10。為分析室內溫度分布均勻程度，選取植物生長高度面（距地面0.5 m）的各點測量數據作平均值進行離散分析（圖11）。

在沒有遮陽機構開啟的情況下，溫室內溫度在陽光照射下絕大多數時刻均處于持續上升的趨勢。在將溫室開窗通風至室內外溫度相對平穩狀態下進行試驗后，09：30時高度1水平面室內外最大溫差便已達到4.9 ℃。隨著太陽輻射持續增加，在15：00時，室外溫度達到1 d內的最高值，為 39.4 ℃， 而測點A4處的室內溫度達到了1 d內的最高值，為57.9 ℃，室內外溫差為18.5 ℃。除15：00后隨室外溫度的降低有最高2.7 ℃的降溫外，在整個測量過程中室內溫度均沒有明顯的下降情況，直至17：00試驗結束，室內各測點溫度也均在50 ℃以上。

在無遮陽條件下，各個高度的溫度與平均值的最大偏差出現在16：30，相差2.3 ℃，各測錄時刻的平均偏差為 1.4 ℃;東西方向各測點溫度與平均值的最大偏差出現在 14：30，相差3.1 ℃，各測錄時刻的平均偏差為1.9 ℃;南北方向各測點溫度與平均值的最大偏差出現在09：30，相差 2.9 ℃，各測錄時刻的平均偏差為1.6 ℃。

2.2內遮陽情況下溫室內溫度變化趨勢

在室外晴朗的天氣條件下，保持內遮陽系統展開，外遮陽系統合攏的狀態，測量記錄溫室內溫度1 d的變化情況，試驗數據見圖12至圖15。

在內遮陽系統單獨開啟的情況下，由于室外陽光的直射經過外頂棚后受到室內遮陽布的遮蔽，而溫室內的內頂棚上方依然接收到大量的熱量，室內溫度在10：00內遮陽系統展開后只有小幅度的降低， 測點A4處降溫幅度最大，該時刻室內溫度為42.4 ℃，在內遮陽機構工作0.5 h后降低至 41.2 ℃，降低了1.2 ℃，但仍高于此時刻的室外溫度（32.2 ℃），溫差為9 ℃。不同高度水平面上的溫度差最大值出現在12：00，高度1與高度3相差2.9 ℃。在同一高度水平面上，東西和南北方向各測點溫差均不明顯，平均溫差為 0.5 ℃。在13：30時，隨著室外溫度達到峰值（38.5 ℃），測點A6處1 d內室內外最大溫差為11.8 ℃。之后隨著室外溫度的降低，室內各測點溫度以0.07 ℃/min的平均速率隨之降低，直至17：00試驗結束時，室內測點最低溫度為A8點的38 ℃，與此時刻室外溫度（33.5 ℃） 相差4.5 ℃。

在內遮陽條件下，各個高度的溫度與平均值的最大偏差出現在12：30，相差1.3 ℃，各測錄時刻的平均偏差為 1.2 ℃;東西方向各測點溫度與平均值的最大偏差出現在 15：00，相差1.8 ℃，各測錄時刻的平均偏差為1.1 ℃;南北方向各測點溫度與平均值的最大偏差出現在10：30，相差 1.4 ℃，各測錄時刻的平均偏差為0.9 ℃。由于單獨開啟內遮陽裝置時陽光直接通過遮陽布的遮蔽后進入室內，各測點溫度對于均值的離散程度與無遮陽情況下的程度相近，植物生長層的溫度和光線分布較為均勻。

2.3外遮陽情況下溫室內溫度變化趨勢

在室外晴朗的天氣條件下，保持外遮陽裝置展開，內遮陽裝置合攏的狀態，測量記錄溫室內溫度1 d的變化情況，試驗數據見圖16至圖19。

在外遮陽裝置單獨開啟的情況下，陽光帶來的熱量大部分被外頂棚遮陽布阻擋在溫室外，無法全部直接傳入室內，因此溫室內溫度在10：00外遮陽展開后有明顯的大幅度降低，10：30至11：00期間高度2和高度3的室內溫度都低于同時刻的室外溫度。在南北方向上，測點A4的降溫幅度最大，從41.9 ℃降低至37.2 ℃，降低了4.7 ℃。試驗期間室內最低溫度為A6測點10：30時的34.2 ℃，低于此時刻外界溫度 2.1 ℃，之后隨著太陽輻射的增大室內溫度開始升高，在 16：30 時測點A4溫度達到峰值（54.3 ℃），與此時刻室外溫度（36.8 ℃）相差17.5 ℃。在不同高度水平面上，各測點的溫差最大值出現在13：30，高度1和高度3的溫差為3.7 ℃。在同一高度平面內，東西方向上各測點溫差不大，平均溫差為0.6 ℃，南北方向上各測點溫差較大，在11：30時測點A4與測點A6溫差為7.9 ℃，各測點平均溫差為2.3 ℃。至試驗結束時室內各測點溫度最低值為47.9 ℃，與此時刻室外溫度（36.2 ℃）相差11.7 ℃，平均降溫速率為0.02 ℃/min。

外遮陽條件下，由于外遮陽裝置的鋁箔黑網裝置會直接影響太陽光的照射，進入溫室內的光線會呈現不均勻性，各個高度的溫度與平均值的最大偏差出現在11：30，相差2.2 ℃，各測錄時刻的平均偏差為2.1 ℃;東西方向各測點溫度與平均值的最大偏差出現在14：00，相差2.3 ℃，各測錄時刻的平均偏差為2.5 ℃;南北方向各測點溫度與平均值的最大偏差出現在11：30，室內溫度差達到4.8 ℃，各測錄時刻的平均偏差為3.1 ℃。由于陽光經過外遮陽裝置的遮蔽后沒有直接進入室內，太陽輻射帶來的熱量在房頂玻璃面上重新分布后傳入室內，因此植物生長層的溫度和光線分布很不均勻。

2.4內外遮陽情況下溫室內溫度變化趨勢

在室外晴朗的天氣條件下，保持內、外遮陽裝置同時展開，測量記錄溫室內溫度1 d的變化情況，試驗數據見圖20至圖23。

在內外遮陽裝置同時開啟的情況下，溫室內溫度在 10：00 內外遮陽裝置展開后有大幅度降低，在高度2和高度3水平面上室內溫度均低于室外溫度，最大差值出現在10：30，高度3室內溫度（33.6 ℃）比室外溫度低2.2 ℃，而后正午時分隨著太陽輻射的增加，由于溫室具有嚴重的密閉性，從側面透明玻璃以及穿過2層遮陽布進入室內的熱量大幅堆積，室內溫度呈上升趨勢，在16：00時高度1測點的溫度達到峰值（51 ℃），與此時刻室內溫度（36.5 ℃）相差14.5 ℃。在不同高度水平面上各測點的溫差最大值出現在16：00，高度1和高度3溫差為2.5 ℃。室內各測點溫度最低值為46.2 ℃，與此時刻室外溫度（35.7 ℃）相差10.5 ℃，平均降溫速率為 0.04 ℃/min。

在內外遮陽條件下，光線不均勻地通過外遮陽布射入溫室，在內遮陽面上重新進行分布，因此室內溫度均勻性有所改善，各個高度的溫度與平均值的最大偏差出現在12：00，為 2.8 ℃，各測錄時刻的平均偏差為1.9 ℃;東西方向各測點溫度與平均值的最大偏差出現在11：00，為1.2 ℃，各測錄時刻的平均偏差為0.9 ℃;南北方向各測點溫度與平均值的最大偏差出現在13：30，為0.8 ℃，各測錄時刻的平均偏差為 0.6 ℃。由于內外遮陽裝置同時開啟，陽光在經過外遮陽裝置遮蔽在房頂玻璃重新分布后再次被遮蔽，因此離散程度略好于外遮陽裝置單獨開啟的情況。

3結論

與無遮陽裝置開啟的情況相比，單獨開啟內、外遮陽裝置和內外遮陽裝置同時開啟后溫室內均有明顯的降溫趨勢，由于外遮陽裝置與內遮陽裝置相比在與屋頂玻璃之間有可以流動的外界空氣，能帶走一部分熱量，因此內外遮陽裝置同時開啟和外遮陽裝置單獨開啟情況下室內溫度降低情況均好于內遮陽裝置單獨開啟，在開啟后的1 h范圍內，內外遮陽裝置同時開啟的降溫效果最好，達到了2.2 ℃，而且持續時間最長，直至11：30。在遮陽裝置開啟1 h后，無論室外溫度升高或降低，3種遮陽情況下的室內溫度均在降低后出現回升趨勢。遮陽系統開啟直到室內溫度再次趨于升高后，室內溫度在下午會隨著室外溫度的降低而降低，在3種遮陽試驗室外溫度變化趨勢相差不大的情況下，內遮陽裝置單獨開啟時降溫速率最大，達到0.07 ℃/min。在使用鋁箔黑網材料的遮陽裝置情況下，外遮陽裝置單獨開啟時室內光線分布和溫度的均勻性較差，在進行農業活動時需要根據不同時段采用人工移動或分區溫控的方法保證室內作物接受等量的光線和太陽輻射。

參考文獻：

[1]汪波，劉建，李波，等. 夏季遮陽網覆蓋對塑料薄膜大棚小氣候的影響[J]. 江蘇農業科學，2015，43（10）：479-483.

[2]任旭琴，陳伯清，王紀忠，等. 涂料和遮陽網對塑料大棚內辣椒幼苗生理指標的影響[J]. 河南農業科學，2013，42（7）：91-93.

[3]Roslan N，Yaacob M E，Radzi M A M，et al. Dye sensitized solar cell （DSSC） greenhouse shading：new insights for solar radiation manipulation[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews，2018，92：171-186.

[4]Zhu F，Zhu S M，Ye Z Y，et al. Thermal simulation and test in closed-shading turtle greenhouse[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2014，30（10）：182-192.

[5]宋兵偉，曹新偉，馬皓誠，等. 不同覆蓋材料對Venlo型連棟溫室熱負荷的影響[J]. 中國農機化學報，2016，37（11）：53-58.

[6]張偉建，王新忠，李亮亮，等. 夏季屋頂全開型溫室遮陽網降溫調控的CFD分析[J]. 江蘇農業科學，2017，45（19）：261-264.

[7]張日新，張躍峰. 側遮陽系統在現代化溫室中的應用[J]. 中國花卉園藝，2012（6）：44-45.