裝配式日光溫室砌筑不同蓄熱墻體的增溫和草莓栽培效果

馬月虹，李保明，王國強(qiáng)，劉 娜，劉 德

裝配式日光溫室砌筑不同蓄熱墻體的增溫和草莓栽培效果

馬月虹1,2，李保明1※，王國強(qiáng)2，劉 娜2，劉 德3

（1. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗室，北京 100083；2. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，烏魯木齊 830091；3. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，烏魯木齊 830000）

針對西北沙漠地區(qū)日光溫室冬季夜間室內(nèi)低溫的問題，以新疆和田使用的裝配式日光溫室為研究對象，通過在溫室內(nèi)北側(cè)砌筑磚墻體、砌塊墻體和砌塊填充沙土墻體3種材質(zhì)的蓄熱墻體，采用PT100鉑電阻溫度傳感器對試驗溫室墻體、室內(nèi)溫度進(jìn)行測試，并進(jìn)行草莓栽培試驗，用ACS-30型天平、LH-B55型數(shù)顯折光儀進(jìn)行草莓質(zhì)量、可溶性固形物含量測量。由試驗數(shù)據(jù)得，3種蓄熱墻體體積、尺寸相同條件下，蓄熱性能依次是：砌塊填充沙土墻體＞砌塊墻體＞磚墻體。裝配式日光溫室內(nèi)砌筑磚墻體、砌塊墻體和砌塊填充沙土墻體，使得室溫較裝配式日光溫室早晨07:00分別增加2.2 、2.9 和3.8 ℃。采用同樣的種植管理技術(shù)，栽培的草莓開花期分別比原裝配式日光溫室早7 、11和14 d，成熟期早14、17和20 d，單棚產(chǎn)量依次高24.2%、30.1%和33.4%，比裝配式溫室的草莓可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值高1.4、2.1和2.6個百分點(diǎn)。進(jìn)一步驗證了墻體對日光溫室熱貢獻(xiàn)的重要性，且砂漿砌塊墻體比磚墻體增溫效果明顯，該墻體溫室更適宜草莓生長。新砌筑墻體蓄熱量與裝配式溫室熱負(fù)荷計算數(shù)值一致，表明在沒有其他加溫設(shè)施的情況下，溫室內(nèi)新砌的墻體是室內(nèi)夜間熱源，可使溫室內(nèi)溫度增加。該文為西北沙漠區(qū)日光溫室墻體蓄熱材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考，為日光溫室內(nèi)砂漿砌塊的應(yīng)用研究提供了依據(jù)。

溫室；墻體；溫度；砂漿砌塊；蓄熱性能；栽培

0 引 言

近年來，中國設(shè)施農(nóng)業(yè)飛速發(fā)展，設(shè)施蔬菜總面積不斷擴(kuò)大，2016年設(shè)施蔬菜面積已達(dá)391.5 hm2，預(yù)計到2020年可達(dá)到410.5 hm2[1]。日光溫室蔬菜已成為中國的支柱產(chǎn)業(yè)之一，同時，對提高城鄉(xiāng)居民生活水平、提高農(nóng)民收入、節(jié)約能源做出了歷史性貢獻(xiàn)[2]。新疆的戈壁沙漠區(qū)溫室產(chǎn)業(yè)也得到了大力發(fā)展，戈壁沙漠設(shè)施農(nóng)業(yè)已輻射到南疆的和田、喀什，東疆的吐魯番，北疆的阿勒泰、塔城、昌吉等地區(qū)的多個縣市，發(fā)展?jié)摿艽骩3]。

溫室種植是一種設(shè)施農(nóng)業(yè)栽培，不僅能防御自然災(zāi)害、實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)[4]，還能提供農(nóng)作物生長所需的適宜環(huán)境，促使農(nóng)作物及早上市[5]。大多數(shù)溫室作物在日間20～30 ℃和夜間14～18 ℃的環(huán)境溫度中生長速度較快[6]。在溫室種植中，對于環(huán)境溫度和濕度的控制，是保證農(nóng)作物正常生長的關(guān)鍵所在[7]。

西北地區(qū)典型結(jié)構(gòu)日光溫室，在夜間，溫室的熱量損失中約有70%是通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱損失，白天損失的能量中，約有65%的熱損失是通過溫室圍護(hù)結(jié)構(gòu)損失的[8]。在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中最為重要的就是墻體，不僅要讓墻體具有承重和隔熱的功能，而且要有優(yōu)良的保溫性能和載熱功能，白天要大量地蓄熱，夜間要源源不斷的向室內(nèi)放熱[9]。提高墻體的保溫和蓄熱性能是改善日光溫室熱環(huán)境的關(guān)鍵因素之一[10]。朱超等[11-12]提出了一種固化沙主動蓄熱后墻，白天通過風(fēng)機(jī)將室內(nèi)熱空氣鼓入后墻，使后墻內(nèi)部參與蓄放熱，增加蓄放熱面積。趙淑梅等[13-15]提出一種空氣對流循環(huán)蓄熱墻體，該墻體通過白天和夜間的空氣對流，使磚墻深處參與蓄放熱，大大增加了蓄放熱面積。均是利用溫室內(nèi)空氣在墻體中的對流換熱作用，調(diào)動更多的深層墻體材料參與蓄放熱過程，以此來提高太陽能利用[16]。馬月虹等[17]研究北疆麥殼砂漿砌塊填充蓄熱材料復(fù)合墻體日光溫室的熱性能，砂漿砌塊能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的紅磚建設(shè)日光溫室墻體。該復(fù)合墻體不需要增加風(fēng)機(jī)，是自然對流蓄熱墻體，增加蓄放熱面積。

由以上分析可知，整個墻體隔熱保溫及蓄熱能力的強(qiáng)弱決定著室內(nèi)作物能否安全越過中國北方的寒冷冬季[9]。日光溫室之所以能夠在冬季連續(xù)生產(chǎn)，其原因在于其后墻，后墻通過白天蓄熱、夜間向室內(nèi)放熱，保證了室內(nèi)溫度[18]。由于環(huán)保要求，燃煤加溫爐禁止使用，和田地區(qū)7 000座裝配式日光溫室在沒有輔助加溫的情況下，不能滿足越冬生產(chǎn)需求，大多數(shù)溫室只能秋延晚種植葉菜，少部分溫室空置。針對此問題，該文將砂漿砌塊和紅磚砌筑于裝配式日光溫室內(nèi)，對砂漿砌塊墻體和磚墻體在日光溫室中的蓄熱增溫效果進(jìn)行研究，并觀察溫室中草莓的栽培效果。

1 試驗系統(tǒng)與方法

1.1 試驗溫室的構(gòu)建及試驗設(shè)計

結(jié)合團(tuán)隊相關(guān)研究成果，砂漿砌塊墻體日光溫室的保溫蓄熱性能的研究[17]，構(gòu)建本文砂漿砌塊，見圖1。麥殼砂漿砌塊尺寸為480 mm×240 mm×240 mm，內(nèi)為2個尺寸為150 mm×120 mm×200 mm的空格，砂漿砌塊配比為水泥35%，粘合劑4%，麥殼2.5%，細(xì)砂、水適量，內(nèi)設(shè)縱筋4? 6、箍筋? 6@180。

圖1 砂漿砌塊[17]

本研究的4座試驗溫室均位于和田市和諧新村（東經(jīng)79.87°，北緯37.04°）日光溫室基地。為了降低試驗成本，縮短試驗周期，磚墻和砂漿砌塊墻體日光溫室是在裝配式日光溫室內(nèi)北側(cè)直接砌筑砂漿砌塊和紅磚。結(jié)合工民建設(shè)計規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，試驗墻體都設(shè)計為厚24 cm，高度182 cm。

其中裝配式日光溫室（A）結(jié)構(gòu)尺寸及內(nèi)部環(huán)境圖分別見圖2和圖3a；另外3座溫室分別為：1）磚墻砌體日光溫室（B），即在裝配式日光溫室內(nèi)砌筑厚24 cm磚墻，高度方向26層紅磚，其內(nèi)部環(huán)境見圖3b；2）砌塊墻體日光溫室（C），即在裝配式日光溫室內(nèi)砌筑厚24 cm砂漿砌塊，高度方向7層砂漿砌塊，其內(nèi)部環(huán)境見圖3c；3）砌塊填充沙土墻體日光溫室（D），即在裝配式日光溫室內(nèi)砌筑厚24cm砂漿砌塊，高度方向7層砂漿砌塊，內(nèi)部空格填充沙土[19]，其內(nèi)部環(huán)境見圖3d。

圖2 溫室尺寸圖

圖3 4種墻體的日光溫室

1.2 試驗儀器設(shè)備

試驗用于測溫的溫度傳感器采用PT100鉑電阻（衡水朝輝自控儀表有限公司、DTM-491A），可保證較高的測量精度[20-21]；采用天平（ACS-30，浙江君凱順工貿(mào)公司）精確稱量各物料質(zhì)量；數(shù)顯折光儀（LH-B55型1臺、陸恒生物）測可溶性固形物含量。

2 4種墻體日光溫室熱性能測試

A、B、C和D溫室的跨度、長度和脊高等結(jié)構(gòu)參數(shù)均相同。

2.1 4種墻體日光溫室結(jié)構(gòu)參數(shù)

4座日光溫室的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)相同：方位角南偏西5°、跨度8.7 m、長度30 m、脊高4.2m、前屋面傾角60°，北墻體厚度：A溫室10 cm保溫被、B 溫室10 cm保溫被+24 cm紅磚、C溫室10 cm保溫被+24 cm砌塊、D溫室10 cm保溫被+24 cm砌塊（內(nèi)填沙土）。

2.2 3種砌筑墻體日光溫室墻體溫度測試

因A溫室沒有墻體，故不測試。試驗以B、C和D溫室蓄熱墻體內(nèi)部溫度作為測試對象。B溫室在如圖4位置的磚墻內(nèi)部厚度方向12 cm處放置溫度傳感器，C和D溫室在如圖4溫室墻體位置的砌塊、圖1b的位置放置溫度傳感器，在砌筑墻體時就放置，取6個測點(diǎn)的平均溫度。

圖4 墻體溫度測點(diǎn)布置正視圖

2.3 4種墻體日光溫室室內(nèi)溫度測試

試驗以日光溫室室內(nèi)溫度作為測試對象。日光溫室室內(nèi)測點(diǎn)平面布置按國家農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如下圖5布設(shè)，1、2、3測點(diǎn)距離西墻5 m，7、8、9測點(diǎn)距離東墻5 m，1、4、7測點(diǎn)距離前屋面1 m，3、6、9測點(diǎn)距離北墻1 m，4、5、6測點(diǎn)在溫室長度的中部位置，南北向行內(nèi)各測點(diǎn)間距相等。在每個平面點(diǎn)垂直方向上設(shè)1個點(diǎn)，位于地表上方1.0 m，一共布設(shè)9個測點(diǎn)。室外設(shè)1個溫度測點(diǎn)，布設(shè)在光照測點(diǎn)附近，距地面高度1.0 m處。溫室內(nèi)溫度數(shù)據(jù)采用9個測點(diǎn)的平均值[22]。

圖5 溫室溫度測點(diǎn)平面布置圖

2.4 4種墻體日光溫室草莓栽培效果測試

在溫室作物中，草莓具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和觀賞價值[23-24]。草莓對種植環(huán)境的溫度及濕度的變換較為敏感且表現(xiàn)明顯[25-26]，所以選擇草莓為試驗的作物。

A、B、C 和D溫室前后相鄰，栽培的草莓品種都是紅顏，定植莖粗葉壯的種苗（具有3～5片葉，新根10條以上，頂芽飽滿）。定植前整理好土地，施用腐熟羊糞10 m3、油渣1 m3，硫酸鉀5 kg和磷酸二銨15 kg。起壟栽培，壟寬50 cm，壟距50 cm，一壟2行，株距20 cm，定植株數(shù)2 065株、定植時間2018-09-16。生長期采用相同的滴灌系統(tǒng)和灌水量26 m3，相同植株調(diào)整管理，進(jìn)行草莓栽培試驗，從2018年9月定植到2018年12月成熟收獲，記錄定植時間、開花時間（200朵花蕾綻放）和成熟時間（首次開始采摘）及總產(chǎn)量（40 d內(nèi)5次），同時稱量最大果質(zhì)量，用LH-B55型數(shù)顯折光儀測量可溶性固形物含量。

3 結(jié)果與分析

3.1 3種砌筑墻體溫度測試和計算分析

3.1.1 3種砌筑墻體溫度測試結(jié)果

選取試驗數(shù)據(jù)2018年12月21日24:00至12月22日24:00（冬至日）共24 h的溫度作為比較分析對象，3種砌筑墻體溫室墻體的溫度測試結(jié)果如表1。表1中時間均為北京時間。

由表1知，試驗在早晨07:00室外最低溫?7.7 ℃時，B、C和D 3種結(jié)構(gòu)的蓄熱墻體內(nèi)部的溫度依次為9.7、10.4和11.3 ℃，比室外溫度依次高17.4、18.1和19 ℃。在午間15:00室外最高溫?2.6 ℃時，B、C和D溫室3種墻體的內(nèi)部溫度比室外高17.6、19.9和21.0 ℃。說明溫室墻體有明顯的蓄熱效果。正午室外溫度上升的情況下，3種砌體內(nèi)溫度也上升，蓄存熱量；夜間室外溫度下降的情況下，3種砌體內(nèi)溫度下降較緩慢。

表1 3種溫室墻體溫度及室外溫度

3.1.2 3種砌筑墻體的蓄熱量計算

根據(jù)以上試驗，選取3種蓄熱墻體夜間最低溫和白天最高溫，對B、C和D 溫室3種蓄熱墻體進(jìn)行分析，該墻體砌筑在溫室內(nèi)部，白天吸收太陽熱能，蓄積在墻體內(nèi)，溫度增加，夜間向溫室內(nèi)散熱，溫度降低，墻體就完成了一個升溫降溫的熱循環(huán)過程。

溫室砌筑墻體的蓄熱量計算

式中為墻體散失到溫室內(nèi)的熱量，J；為墻體比熱容，J/(kg·℃)；為墻體蓄熱體質(zhì)量，kg；為墻體密度kg/m3；為墻體體積，m3；t為墻體白天最高溫度，℃；0墻體為夜間最低溫度，℃。

1）B溫室砌筑墻體的蓄熱量計算

由建筑材料的驗收規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)知道，磚的比熱容為750 J/(kg·℃)，密度為1 750 kg/m3，體積計算得13.1 m3，由表1知磚墻體夜間最低溫度為9.7℃，白天最高溫度為15.0 ℃，向溫室內(nèi)散發(fā)的熱量由式（1）計算得91.1 MJ。

2）C溫室砌筑墻體的蓄熱量計算

砂漿砌塊的比熱容為1180 J/(kg·℃)，砂漿砌塊的密度為1 119 kg/m3[17]。整堵砌塊墻體積13.1 m3，砂漿砌塊夜間最低溫度為10.4 ℃，白天最高溫度為17.3 ℃，向溫室內(nèi)散發(fā)的熱量由式（1）計算得119.3 MJ。

3）D溫室砌筑墻體的蓄熱量計算

砂漿砌塊的比熱容和密度由上已知；沙土的比熱容為2 000 J/(kg·℃)，沙土的密度為1 680 kg/m3[19]。整堵砌塊墻體積13.1 m3，砌塊空格的體積為3.1 m3。計算得砌塊蓄熱體體積10.0m3，沙土蓄熱體積3.1 m3，砂漿砌塊夜間最低溫度為11.3 ℃，白天最高溫度為18.4 ℃，砌塊蓄熱墻體和沙土向溫室內(nèi)散發(fā)的總熱量由式（1）計算得167.7 MJ。

3.2 4種墻體日光溫室室內(nèi)溫度測試結(jié)果

試驗據(jù)選取冬至日2018年12月21日24:00至12月22日24:00共24 h的溫度作為比較分析對象，4種墻體日光溫室室溫測試結(jié)果如表2。表2中時間均為北京時間。

表2 日光溫室熱性能測試結(jié)果

由表2可知，試驗的4座日光溫室，A溫室保溫被厚10cm，無墻體，B、C、D溫室墻體厚度相同，其他結(jié)構(gòu)參數(shù)相同。早晨07:00室外溫度–7.7 ℃時，A、B、C、D 4座溫室室溫依次為7.4、9.6、10.3和11.2 ℃。B、C、D溫室比A溫室室溫分別高2.2、2.9和3.8 ℃。這說明砌筑墻體的B、C、D溫室熱性能明顯優(yōu)于沒有墻體的A溫室。在B、C、D墻體厚度相同的3種溫室中，蓄熱性能依次是：D溫室＞C溫室＞B溫室。C、D溫室的墻體砌塊材料相同的情況下，D溫室砌塊內(nèi)填充沙土比C溫室未填充室溫增加0.9 ℃，表明D溫室蓄熱性能優(yōu)于C溫室。以上結(jié)果顯示砂漿砌塊墻體比磚墻體日光溫室增溫多，砂漿砌塊填充沙土墻體比砂漿砌塊墻體溫室增溫多。說明砂漿砌塊填充沙土作為沙漠地區(qū)日光溫室墻體材料具有顯著的增溫效果。

由3.1.2知砌筑的磚墻體和砂漿砌塊墻體B、C和D溫室每天向溫室內(nèi)散發(fā)的熱量計算值分別為91.1、119.3和167.7 MJ，砂漿砌塊墻體C溫室和砂漿砌塊填沙土墻體D溫室比磚墻體B溫室蓄熱量多，與3.2節(jié)溫度測試結(jié)果D溫室的墻體＞C溫室的墻體＞B溫室的墻體，結(jié)論的規(guī)律一致，進(jìn)一步驗證了砂漿砌塊墻體比磚墻體蓄熱量更多。

3.3 裝配式溫室熱負(fù)荷及試驗溫室墻體蓄熱量計算

裝配式日光溫室前屋面的覆蓋材料是聚乙烯薄膜，夜間覆蓋保溫被，夜間溫室按理想狀態(tài)，基本是密閉的，因此溫室的熱負(fù)荷Q由式（2）計算。

式中1是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的散熱量，W，2是冷風(fēng)滲透的耗熱量，W，3是地面的熱損失，W。

1由式（2）[27]計算。

式中U是溫室覆蓋材料的傳熱系數(shù)，W/(m2×K)，夜間溫室外圍均覆蓋保溫被，U為1.12 W/(m2×K)[28]；A是溫室圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱面積，m2，由溫室外圍尺寸圖2得13.736 m，計算可知A為13.736 m′30 m=412.08 m2；T是溫室內(nèi)栽培作物冬季所需的設(shè)計溫度，℃；根據(jù)溫室加熱系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)范[29]，草莓果實(shí)發(fā)育的適溫是在18～22 ℃之間[30-31]，綜合考慮下，草莓溫室的設(shè)計溫度T取18℃；amb是室外環(huán)境的溫度，℃，由和田地區(qū)歷年冬季平均氣溫amb取值?12 ℃；按這個設(shè)計方案，由式（3）得溫室圍護(hù)結(jié)構(gòu)的散熱量是13 845.9W。

式中u為地面的傳熱系數(shù)，W/(m2×K)；A是地面面積，m2。由參考文獻(xiàn)[29]可得，地面?zhèn)鳠嵯禂?shù)u取值0.06 W/(m2×K)；地面面積A是246 m2；由公式（5）計算得該溫室的地面的熱損失3為442.8W。

由式（2）數(shù)值計算得裝配式日光溫室圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱負(fù)荷Q為70.3MJ/h（19 536.7W）。

3.1.2中試驗3種溫室蓄熱墻體向溫室內(nèi)散發(fā)的熱量計算值，與3.4.1中裝配式溫室所需熱負(fù)荷計算值規(guī)律一致。說明在沒有其他加溫設(shè)施的情況下，溫室內(nèi)增加的蓄熱體是溫室內(nèi)夜間的熱源，可以使溫室內(nèi)溫度增加。

3.4 日光溫室草莓栽培測試結(jié)果

由表3知，B、C和D溫室栽培的草莓開花期分別比A溫室早7、11和14 d，成熟期早14、17和20 d。

4座溫室草莓總產(chǎn)量分別是：D溫室＞C溫室＞B溫室＞A溫室。B、C和D溫室栽培的草莓產(chǎn)量分別是A溫室的1.24、1.3和1.33倍，單棚產(chǎn)量依次高24.2%、30.1%和33.4%。

對4座溫室內(nèi)草莓的品質(zhì)也進(jìn)行了測量。單果質(zhì)量最大值依次為：D溫室＞C溫室＞B溫室＞A溫室。B、C和D溫室栽培的草莓可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值分別達(dá)11.5%、12.2%和12.7%，比A溫室的可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值高1.4、2.1和2.6個百分點(diǎn)。可溶性固形物含量越高草莓的口感越甜，商品品質(zhì)越好。

綜合分析可知，砂漿砌塊填充沙土墻體溫室內(nèi)種植的草莓得到了更適宜的生長環(huán)境，呈現(xiàn)出更高的產(chǎn)量和更優(yōu)的品質(zhì)。

表3 4種墻體溫室的草莓產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì)

在裝配式日光溫室內(nèi)砌筑砂漿砌塊填充沙土墻體，使溫室的蓄熱性能明顯增加。砂漿砌塊填充沙土墻體日光溫室充分發(fā)揮了墻體材料的蓄熱性，增加了蓄熱體積，白天吸收太陽熱量，更多地蓄積在墻體內(nèi)，夜間將蓄存的熱量散失至溫室內(nèi)，使得溫室內(nèi)夜間溫度得以補(bǔ)償，滿足草莓生長需求，使草莓成熟期提早，產(chǎn)量增高，可溶性固形物含量增加。

因此在和田大量使用的裝配式日光溫室內(nèi)砌筑砂漿砌塊填充沙土墻體，溫室的蓄熱性顯著增加，且砂漿砌塊填充沙土墻體比磚墻日光溫室更適宜草莓生長需求。

在原裝配式日光溫室內(nèi)部砌筑墻體，增加了溫室內(nèi)蓄熱體，是溫室內(nèi)夜間的加溫?zé)嵩?。驗證了墻體對溫室熱貢獻(xiàn)的重要性。因此溫室內(nèi)沒有其他熱源的情況下，夜間溫度也有顯著增加，適合作物的生長。

4 結(jié) 論

本文通過在裝配式溫室(A溫室)內(nèi)北側(cè)砌筑磚墻體（B溫室）、砌塊墻體（C溫室）和砌塊填充沙土墻體（D溫室）得到3種結(jié)構(gòu)的蓄熱墻體溫室，實(shí)驗測得墻體溫度， A、B、C和D溫室室內(nèi)溫度和草莓產(chǎn)量和可溶性固形物含量平均值等，并為驗證砌筑墻體增加的蓄熱量，與裝配式溫室的熱負(fù)荷計算值進(jìn)行對比，得到以下結(jié)論：

1）磚墻體、砌塊墻體和砌塊填充沙土墻體3種結(jié)構(gòu)的蓄熱墻體早晨07:00內(nèi)部的溫度依次為9.7、10.4和11.3 ℃，砌塊填充沙土墻體＞砌塊墻體＞磚墻體。

早晨室外?7.7 ℃時，A、B、C和D溫室室內(nèi)溫度依次為7.4、9.6、10.3和11.2 ℃，D溫室＞C溫室＞B溫室＞A溫室。近一步驗證了墻體對日光溫室熱貢獻(xiàn)的重要性。新砌筑砂漿砌塊墻體蓄熱量計算值大于磚墻體蓄熱量計算值，說明砂漿砌塊比磚更適合建設(shè)溫室墻體。

2）新砌筑墻體的蓄熱量與裝配式溫室的熱負(fù)荷的計算值一致。表明在沒有其他加溫設(shè)施的情況下，溫室內(nèi)新砌筑墻體是溫室內(nèi)夜間熱源，可以使溫室內(nèi)溫度增加。

3）B、C和D 3種墻體日光溫室栽培的草莓開花期分別比原裝配式日光溫室早7、11和14 d，成熟期早14、17和20 d，單棚產(chǎn)量依次高24.2%、30.1%和33.4%，可溶性固形物含量平均值多1.4、2.1和2.6個百分點(diǎn)。根據(jù)以上結(jié)論和試驗依據(jù)，后續(xù)在日光溫室內(nèi)增加砂漿砌塊蓄熱墻體，不占溫室內(nèi)栽培面積，只占少量走道面積，不破壞種植區(qū)原來地貌環(huán)境，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，利于推廣應(yīng)用。且砂漿砌塊墻體增溫效果顯著，其溫室夜間溫度更適宜作物生長。鑒于目前設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的工業(yè)化生產(chǎn)，砌塊墻體的規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化的加工建造技術(shù)有待于進(jìn)一步研究。

[1] 張真和，馬兆紅. 中國設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)概況與“十三五”發(fā)展重點(diǎn)[J]. 中國蔬菜，2017(5)：1－5.

[2] 李天來. 中國日光溫室產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與前景[J]. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2005，36(2)：131－138.

[3] 王浩，宋羽，王強(qiáng). 新疆戈壁設(shè)施少土栽培技術(shù)初探[J].中國園藝文摘，2011，27(11)：133－134.

[4] Moccaldi L A, Runkle E S. Modeling effects of temperature and photosynthetic daily light integral on growth and flowering of salvia splendens and tagetes patula[J]. Journal of the American Society for Horticultural Science, 2007, 132(3): 283－288.

[5] Mariani L, Cola G, Bulgari R, et al. Space and time variability of heating requirements tomato production in the Euro-Mediterranean area[J]. Science of the total Environment, 2016, 562(4): 834－844.

[6] Sethi V P, Sharma S K. Survey and evaluation of heating technologies for worldwide agricultural greenhouse applications[J]. Solar Energy, 2008, 82(9): 832－859.

[7] Mekhilef S, Faramarzi S Z, Saidue R, et al. The application of solar technologies for sustainable development of agricultural sector[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2013, 18(2): 583－594.

[8] 王偉，張京社，王引斌. 中國日光溫室墻體結(jié)構(gòu)及性能研究進(jìn)展[J]. 山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43(4)：496－498.

[9] 馬承偉，苗香雯. 農(nóng)業(yè)生物環(huán)境過程[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2005.

[10] Chen Wei, Liu Wei. Numerical and experimental analysis of convection heat transfer in passive solar heating room with greenhouse and heat storage[J]. Solar Energy, 2004, 76(24): 623－633.

[11] 朱超，孫亞琛，何斌，等. 固化沙主動蓄熱后墻日光溫室的性能分析[J]. 北方園藝，2017(9)：46－52.

[12] 鮑恩財，朱超，曹晏飛，等. 固化沙蓄熱后墻日光溫室熱工性能試驗[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2017，33(9)：187－194.

Bao Encai, Zhu Chao, Cao Yanfei, et al. Thermal performance test of solar greenhouse with solidified sand heat storage back wall[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(9): 187－194. (in Chinese with English abstract)

[13] 趙淑梅，馬承偉，程杰宇，等. 日光溫室空氣對流循環(huán)蓄熱墻體的開發(fā)研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2015(34)：40－43.

[14] 趙淑梅，莊云飛，鄭可欣，等. 日光溫室空氣對流蓄熱中空墻體熱性能試驗[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2018，34(4)：223－237.

Zhao Shumei, Zhuang Yunfei, Zheng Kexin, et al. Thermal performance test of air convection heat storage hollow wall in solar greenhouse[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(4): 223－237. (in Chinese with English abstract)

[15] 任曉萌，程杰宇，夏楠，等. 日光溫室自然對流蓄熱中空墻體蓄放熱效果研究[J]. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2017，22(2)：115－122.

Ren Xiaomeng, cheng Jieyu, Xia Nan, et al. Study on heat storage and release effect of natural convection heat storage hollow wall in solar greenhouse[J]. Journal of China Aricultural University, 2017, 22(2): 115－122. (in Chinese with English abstract)

[16] 井光錦. 新型后墻日光溫室光溫環(huán)境與蓄放熱特性分析[D]. 北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2019.

Jing Guangjin. Analysis of thePhotothermal Environment with Heat Storage and Release Characteristics of a New Rear Wall Solar Greenhouse[D]. Beijing: China Agricultural University, 2019. (in Chinese with English abstract)

[17] 馬月虹，李保明，張家發(fā)，等.北疆麥殼砂漿砌塊填充蓄熱材料復(fù)合墻體日光溫室熱性能[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2018，34(10)：233－238. Ma Yuehong, Li Baoming, Zhang Jiafa, et al. Experimental on thermal performance of chaff mortar blocks filling in heat storage material composite wall in solar greenhouse in north xinjiang[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(10): 233－238. (in Chinese with English abstract)

[18] 張滴滴. 日光溫室排管式相變儲放熱系統(tǒng)的構(gòu)建與性[D]. 北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2019.

Zhang Didi. Construction and Application of Tubular Phase-Change Storage and Heat Release System in Solar Greenhouse[D]. Beijing: China Agricultural University, 2019. (in Chinese with English abstract)

[19] 張林華，董瑞，曲云霞，等. 沙漠邊緣地區(qū)日光溫室墻體蓄熱性能研究[J]. 山東暖通空調(diào)，2007，5(2)：557－560. Zhang Linhua, Dong Rui, Qu Yunxia, et al. Study on heat storage performance of heliogreenhouse wall in the edge of desert[J]. Shandong HVAC, 2007, 5(2): 557－560. (in Chinese with English abstract)

[20] Egger C, Cannet C, Géraed C, et al. Effect of the fibroblast activation protein inhibitor, PT100, in a murine model of pulmonary fibrosis[J]. European Journal of Pharmacology, 2017, 809(3): 64－72.

[21] Sun K J, Cho Y T, Cheon M W. Development of PRF extractor using thermoelectric element and temperature sensor[J]. Sensors and Actuators A: Physical, 2017, 263: 778－782.

[22] 中華人民共和國農(nóng)業(yè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：NY/T610-2002日光溫室技術(shù)條件[S]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2002.

[23] Khoshnevisan B, Rafiee S, Mousazadeh H. Environmental impact assessment of open field and greenhouse strawberry production[J]. European Journal of Agronomy, 2013, 50(5): 29－37.

[24] Gámez M, Rey S E M, Antón A, et al. Environmental impact of screenhouse and open-field cultivation using a life cycle analysis: The case study of green bean production[J]. Journal of Cleaner Production , 2012, 28(3): 63－69.

[25] S?nstebya A, Solhaug K A, Heide O M. Functional growth analysis of ‘Sonata’ strawberry plants grown under controlled temperature and daylength conditions[J]. Scientia Horticulturae, 2016, 211(3): 26－33.

[26] Zarei M J, Kazemi N, Marzban A. Life cycle environmental impacts of cucumber and production in open-field and greenhouse[J]. Journal of the Sandi Society of Agricultural Sciences, 2017, 7(1): 1－7.

[27] Lazaar M, Bouadila S, Kooli S, et al. Comparative study of conventional and solar heating systems under tunnel Tunisian greenhouses : Thermal performance and economic analysis[J]. Solar Energy, 2015, 120(12): 620－635.

[28] 胡瑤玫，李嬌，吳松. 幾種日光溫室保溫被的保溫性研究[J]. 新疆農(nóng)機(jī)化，2014，1(1)：199－201.

[29] 中華人民共和國工業(yè)和信息化部. 溫室加熱系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范：JB/T10297-2001[S]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

[30] 趙景波，張迪，劉慧敏，等. 基于專家知識的草莓種植園區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，54(14)：3526－3532.

Zhao Jingbo, Zhang Di, Liu Huiming, et al. Design of monitoring system of the strawberry planting area based on experts’ knowledge[J]. Hubei Agricultural Sciences, 2015, 54(14): 3526－3532. (in Chinese with English abstract)

[31] Gonzalez-Fuentes J A. Shackel K, Lieth J H, et al. Diumal root zone temperature variations affect strawberry water relations, growth and fruit quality[J]. Scientia Horticulturae, 2016, 203(5): 169－177.

Warming and strawberry cultivation effect of building heat storage walls in assembled solar greenhouse

Ma Yuehong1,2, Li Baoming1※, Wang Guoqiang2, Liu Na2, Liu De3

(1.,100083,; 2.,830091,; 3.,,830000,)

To solve the problem of low temperature inside the solar greenhouses during the winter nights in Northwest desert area of China, a case study was conducted on the assembled solar greenhouse, which is widely used in Hetian area, XinjiangProvince. Three types of walls with different building materials, i.e., the brick wall, block wall, and the sand-filled block wall, were built in the north sides of the solar greenhouses with the purpose to improve its heat storage properties and consequently to increase the indoor temperatures during the winter nights. Temperatures of the north walls and indoor environments of the solar greenhouses were continuously monitored with the TC100 sensors. The effect of different heat storage walls on strawberry cultivation inside the greenhouses was evaluated. The mass weight and solid soluble content of the strawberry were measured by ACS-30 balance and LH-B55 digital refractometer, respectively. Results showed that the heat storage performances of the three types of north walls with identical volumes and dimensions were as followings: Sand-filled block wall > block wall > brick wall. The internal temperatures of the three heat storage walls were 9.7, 10.4, and 11.3 ℃, respectively. The brick wall, block wall and sand-filled block wall averagely increased the indoor temperatures of the assembled solar greenhouses by 2.2, 2.9, and 3.8 ℃ at 07:00 in the morning, respectively. The indoor temperatures of four greenhouses are 7.4, 9.6, 10.3, and 11.2 ℃ respectively. The same planting management technology was adopted for the three tested solar greenhouses. The flowering dates of the cultivated strawberries using the three heat storage walls were 7 days, 11 days, and 14 days earlier than those of the original solar greenhouses without any modifications, and the maturities of strawberries were 14 days, 17 days, and 20 days earlier, respectively. The strawberry yields were 24.2%, 30.1%, and 33.4% higher, and meanwhile, the soluble solid contents of the strawberry in the treated groups were 1.4 percentage points, 2.1 percentage points, and 2.6 percentage points greater than those in the original fabricated greenhouses. The average soluble solids content of strawberry cultivated in three greenhouses reached 11.5%, 12.2%, and 12.7% respectively. The results again verify the importance of thermal properties of the north wall on the microenvironment of the solar greenhouses. Among the modifications, the mortar block wall is more effective than the brick wall, providing a better environment for strawberry growth in the greenhouse. The heat storage capacity of the new tested walls was consistent with the calculated heat load of the assembled greenhouses, indicating that the newly built walls in the greenhouse without supplemental heating systems were the driven source for the indoor environment improvement during the nighttime. The thermal load of fabricated solar greenhouse envelope was 70.3 MJ/h. The calculated value of heat emitted from the heat storage wall into the greenhouse was 91.1和119.3 MJ, respectively. This paper provides a reference for the heat storage material selection and structural design, as well as a basis for the application and research of mortar blocks in assembled solar greenhouses in the desert area of Northwest China.

greenhouses; walls; temperature; mortar block; heat storage performance; cultivate

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.15.022

S625.2

A

1002-6819(2019)-15-0175-07

2019-03-27

2019-08-08

國家自然科學(xué)基金資助項目（51768072）；新疆自治區(qū)重點(diǎn)研發(fā)專項（2018B01002）

馬月虹，研究員，博士生，主要從事設(shè)施農(nóng)業(yè)工程研究。Email：923999218@qq.com

李保明，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事設(shè)施農(nóng)業(yè)工程工藝與環(huán)境研究。Email：libm @cau.edu.cn

馬月虹，李保明，王國強(qiáng)，劉 娜，劉 德. 裝配式日光溫室砌筑不同蓄熱墻體的增溫和草莓栽培效果[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2019，35(15)：175－181. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.15.022 http://www.tcsae.org

Ma Yuehong, Li Baoming, Wang Guoqiang, Liu Na, Liu De. Warming and strawberry cultivation effect of building heat storage walls in assembled solar greenhouse[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(15): 175－181. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.15.022 http://www.tcsae.org