日光溫室外屋面噴淋系統降溫效果探究

于海利 蘇俊平 張仲保

|摘要|對日光溫室降溫新途徑進行了研究。在溫室育苗棚外前屋面加裝噴淋系統，分別測定了溫室內溫度、相對濕度以及光照強度變化情況，對比采用遮陽網降溫效果。結果表明，當室外最高溫達到31.6℃時，溫室內溫度維持在25～28℃，室內外溫差最高可達3.1℃，溫室內空氣相對濕度保持在68%～75%;溫室內光照強度維持在3400～5700 lx，能減少強光照對幼苗的灼傷。因此，外屋面噴淋系統對日光溫室降溫效果較好。

日光溫室內獨特的溫濕度和光照等小氣候環境能實現作物的周年栽培，使經濟效益和社會效益更加明顯。但在封閉的環境中，尤其是在夏季，溫度極易升高，蒸發量大，易產生高溫障礙，不利于作物正常生長，需采取降溫措施，如何通過采取有效的降溫措施降低日光溫室內的溫度，為作物生長提供適合的環境條件，成為科研工作者亟待解決的問題，因此夏季日光溫室降溫技術成為了研究重點[1-2]。

目前常用的降溫方式可概括為兩大類，即自然通風降溫和輔助設施強制降溫[3]。其中，自然通風降溫通過底窗通風、天窗通風、側窗通風、屋面全開通風等方式，利用設施內外的熱壓和風壓共同作用達到換氣通風降溫的目的。輔助設施強制降溫通過加裝輔助系統（設備）來達到降低溫室內溫度的目的，包括外遮陽系統遮光降溫、動力扇機械通風、噴淋系統屋面噴淋降溫、水膜霧簾降溫、濕簾-風機降溫、室內噴霧降溫、霧化蒸發降溫等方式[2-4]。這些降溫措施單獨使用或組合使用，都能取得較好的降溫效果，但個別設備也存在消耗能源過大、運行投入較多、維護成本較高等問題。

近年來萬正林、周長吉等探索了大面積連棟溫室夏季降溫新途徑，表明自然通風加室外遮陽同時在溫室外屋面加裝噴淋降溫系統在荷蘭Venlo型溫室降溫效果良好，并且溫室內溫度和濕度分布均勻，適宜大部分園藝作物正常生長發育[5-6]。

武威地區日光溫室多采取自然通風降溫，在夏季高溫時期不能完全滿足正常生產的降溫需求，因此許多農戶選擇在夏季閑置溫室，造成一定程度的經濟效益下降。本研究從實際出發，自行設計了外屋面噴淋降溫系統，探討這種降溫方式的實際降溫效果，為當地日光溫室夏季降溫提供參考。

材料與方法

試驗地概況

試驗在武威市涼州區中壩鎮花寨村金大棚蔬菜種植農民專業合作社內（37°58′32.00″N，102°39′26.71″E）進行。溫室類型為冬暖式日光溫室，半拱形，東西走向，長60 m，室內跨度8 m，脊高4 m。上通風口在前屋面頂部，寬度為0.5 m，屋面覆蓋遮陽網。試驗棚為育苗棚，作物為番茄，苗高5 cm。

試驗方法

在溫室外前屋面上通風口位置加裝噴淋系統，噴淋系統由單片機、時控開關、揚程泵、輸水管、噴淋頭、屋面排水溝等組成，溫室棚膜外覆蓋黑色遮陽網，噴淋設備由單片機和時控開關控制。輸水管長度為60 m，噴淋頭間距為5 m，噴淋直徑為5 m，管內壓0.5 MPa。當溫室內溫度達到26℃以上時（10：00左右），開啟噴淋系統，每隔30 min噴淋1次，每次噴淋時間10 min，噴淋未揮發的水由排水溝回到室內蓄水池。試驗時以只覆蓋黑色遮陽網日光溫室為對照。室外溫度數據從武威市氣象局距設在試驗地與據試驗溫室100 m處小型氣象站獲取，室內溫、濕度通過科輝WS2080B指針式溫濕度表測定，光照強度通過PM6612華誼照度計測定。

結果與分析

外屋面噴淋降溫對溫室內溫度的影響

試驗當天（2019年9月6日）天氣為晴轉多云，當日最高溫度為31.6℃，加裝了外屋面噴淋系統的溫室內溫度維持在在25～28℃，室內外溫差最多達3.1℃。而采用遮陽網降溫的溫室溫度浮動在26～30℃，與室外溫度相比最高降低了1.5℃，表明遮陽網也能降低溫室內溫度，但降溫效果不理想（圖1）。

外屋面噴淋降溫對溫室內空氣相對濕度的影響

由圖2可知，試驗當天，通過外屋面噴淋降溫的溫室內空氣相對濕度保持在68%～75%，適宜大部分溫室栽培作物正常生長。而采用遮陽網降溫的溫室內空氣相對濕度保持在70%～78%，比噴淋降溫的溫室內空氣濕度高2%～3%。

外屋面噴淋降溫對溫室內光照強度的影響

試驗結果表明，通過外屋面噴淋降溫，不僅能降低溫室內溫度，還能起到良好的遮光效果。試驗當天，通過外屋面噴淋降溫的溫室內光照強度維持在3400～5700 lx，始終低于室外光照強度，最大降幅可達73%，能減低高溫季節強光照對幼苗的灼傷。采用遮陽網降溫的溫室內光照強度維持在4400～6700 lx，表明遮陽網能起到降低光照強度的作用，但降幅低于外屋面噴淋降溫（圖3）。

結論與討論

本研究表明，與單獨采用遮陽網降溫相比，通過在溫室外前屋面加裝噴淋系統，對日光溫室育苗棚可以起到更好的降溫效果，同時也能降低室內空氣濕度和光照強度，室內氣候更適宜大部分園藝作物幼苗正常生長發育。

本研究采用遮陽網和外屋面噴淋均降低了日光溫室內溫度，但加裝了外屋面噴淋系統的溫室室內溫度始終低于室外溫度，同時也低于采用遮陽網降溫的溫室，說明外屋面噴淋系統降溫比單獨采用遮陽網降溫效果更明顯。方正林等[6]研究表明將原有的屋面噴淋噴頭改裝到遮陽網上方對Venlo型日光溫室夏季降溫有較好的效果，王瑄等[7]研究表明遮陽網+微噴降溫效果優于遮陽網和自然通風單獨降溫效果，本研究也有相似的結果，表明外屋面噴淋降溫系統在高溫季節能顯著降低日光溫室內溫度。但袁丁等[8]研究表明遮陽網+內側噴霧降溫效果優于外側噴霧，本研究下一步將對比外屋面噴淋和內噴淋的降溫效果。

溫室內保持相對穩定的合適濕度有利于作物的正常生長發育[9]，本研究中通過外屋面噴淋降溫可以降低溫室內空氣相對濕度，并保持在68%～75%，噴淋降溫系統能降低溫室內相對濕度的原因可能是在降低室內溫度的同時，減少了室內土壤水分的蒸發。