一種日光溫室內置保溫裝置的研制與應用

閻世江，劉潔，丁京，張京社

|摘要|本文介紹了一種日光溫室內置保溫裝置的研制與應用，該裝置結構簡單，保溫能力強，使日光溫室室溫提高3℃以上，適用于中國北方寒冷地區冬季喜溫蔬菜的生產，可以推廣。

日光溫室作為中國設施農業的主體，現已成為種植業中效益較高的產業[1]。但許多地區的日光溫室還存在保溫性差、生產效益低下等問題，特別是在高寒地區，越冬栽培喜溫蔬菜（黃瓜、番茄）還要依靠介質（例如煤）加熱的方式來提高溫室內的溫度，從而保證正常生產。如何在保證經濟效益、降低生產成本、節約能源的前提下，對現有的日光溫室進行升級改造成為目前設施蔬菜生產急需解決的問題。目前科研人員在溫室的結構[2-3]、溫室的外層覆蓋物[4]等方面進行了大量研究以提高溫室的保溫性。筆者認為提高日光溫室溫度，應減少散熱損失，可以通過在日光溫室內部設置保溫膜的措施，增加輻射換熱熱阻，降低溫室夜間由于溫差引起的南屋面散熱程度。倪金衛[5]等對日光溫室內置保溫提效裝置也進行了相關研究，但無法實現高效率地自動覆膜和收卷，無法保證室內生產空間最大化。為此本項目團隊經過5年不斷改進完善，成功研制了具有自動覆膜和收卷功能的日光溫室內置保溫提效自動裝置，即在現有的日光溫室（無支柱）基礎上進行改造，再安裝一道塑料薄膜，可以使日光溫室室溫提高3℃以上。

內置保溫裝置結構

日光溫室內置保溫裝置主要由自動卷放機構和控制單元兩部分構成。如圖1所示，自動卷放機構包括電動機、驅動軸、軸承、導軌、牽引繩等，控制單元包括控制柜、限位器等。日光溫室內置保溫裝置主要技術參數見表1。

安裝過程

電機和驅動軸沿東西走向安裝于溫室的北墻上，驅動軸與電機連接，導軌沿南北走向分別安裝于溫室骨架底端，多個卷放輪組穿裝于驅動軸上，導向輪設置于導軌南端，轉動輪位于卷放輪和導向輪之間并可以沿導軌轉動，吊膜件掛裝在轉動輪上用于掛裝薄膜，鋼絲繩連接卷放輪、轉動輪及導向輪，并從導向輪折回到卷放輪形成了一個封閉的回路，限位繩連接轉動輪。電機驅動驅動軸進行旋轉，卷放輪組在驅動軸帶動下旋轉并牽引鋼絲繩運動，限位繩在鋼絲繩的牽引下帶動多個轉動輪進行“展開”或者“合攏”運動。

卷放輪組包括同軸連接的正向卷放輪和反向卷放輪，正向卷放輪在驅動軸正向旋轉時同步轉動，反向卷放輪在驅動軸反向旋轉時同步轉動。導軌下端設置有用于容納轉動輪的容納腔，導軌上端設置有用于穿裝鋼絲繩的通道。鋼絲繩起始端固接于正向卷放輪上，鋼絲繩自由端沿著導軌的方向依次穿過多個轉動輪后，再繞過導向輪以相反方向穿過導軌上端的通道后纏繞到反向卷放輪上，鋼絲繩的末端固接于反向卷放輪上。

位于同一條導軌上的多個轉動輪組成了轉動輪組，轉動輪組包括膜展開機構和膜合攏機構，膜展開機構包括靠近北側的多個轉動輪，膜合攏機構包括靠近南側的多個轉動輪。位于膜展開機構南北兩端最外側的兩個轉動輪分別與導軌和鋼絲繩固定連接，位于膜合攏機構南北兩端最外側的兩個轉動輪分別與鋼絲繩和所述導軌固定連接。

膜展開機構中的轉動輪下部分別掛設吊膜件，吊膜件下吊有薄膜。轉動輪包括輪子和轉動支架，輪子通過軸鉸裝在所述轉動支架的頂部兩側，輪子安裝于導軌上并可以沿導軌轉動。轉動支架上設置有用于穿裝所述鋼絲繩的第一限位孔和用于穿裝限位繩的第二限位孔，第二限位孔設置于第一限位孔的下方。

限位繩包括展開限位繩和合攏限位繩，展開限位繩和合攏限位繩連接，展開限位繩串聯膜展開機構的所有轉動輪，合攏限位繩串聯膜合攏機構的所有轉動輪。電機帶動驅動軸進行正轉或反轉，卷放輪組在驅動軸帶動下旋轉并牽引鋼絲繩運動，限位繩在鋼絲繩的牽引下帶動多個轉動輪往復運動，從而實現日光溫室內置保溫提效自動裝置高效地自動覆膜和收卷功能。

操作方法

內置膜展開

電機通過驅動軸驅動正向卷放輪正向旋轉，鋼絲繩由北向南運動，此時鋼絲繩將帶動膜展開機構最南端的轉動輪和膜合攏機構最北端的轉動輪向導向輪的方向運動，又由于轉動輪由限位繩串聯，膜合攏機構的其他轉動輪在最北端的轉動輪的牽引作用下向導向輪的方向聚集，相應地，膜展開機構的其他轉動輪在最南端的轉動輪的牽引作用下向導向輪的方向展開。又由于膜展開機構下方掛設有薄膜，膜合攏機構下方不掛設薄膜，隨著膜展開機構的展開和膜合攏機構的聚集，薄膜完成展開過程（掃描二維碼1，觀看內置膜展開過程視頻）。

當按下電控柜面板上的“內置膜展開”按鈕，面板上“膜展開指示”燈點亮，內置保溫膜由北向南逐步展開至溫室前沿到限位處自動停止，內置膜展開完畢（圖2）。

內置膜合攏

薄膜合攏過程是電機通過驅動軸驅動反向卷放輪反向旋轉，鋼絲繩由南向北運動，此時鋼絲繩將帶動膜展開機構最南端的轉動輪和膜合攏機構最北端的轉動輪向卷放輪組的方向運動，又由于轉動輪由限位繩串聯，膜合攏機構的其他轉動輪在最北端的轉動輪的牽引作用下向卷放輪組的方向展開，相應地膜展開機構的其他轉動輪在最南端的轉動輪的牽引作用下向卷放輪組的方向聚集。又由于膜展開機構下方掛設有薄膜，膜合攏機構下方不掛設薄膜，隨著膜展開機構的收攏和膜合攏機構的展開，薄膜完成合攏過程（掃描二維碼2，觀看內置膜合攏過程視頻）。

當按下電控柜面板上的“內置膜合攏”按鈕，面板上“膜合攏指示”燈點亮，內置保溫膜由南向北慢慢合攏至溫室后墻到限位處自動停止，內置膜合攏完畢（圖3）。

內置保溫裝置的應用

自該內置保溫裝置研制成功以來，取得良好的應用效果，先后在山西省的太原、朔州、忻州、大同、晉中、晉南等地推廣，下面以在山西省農業科學院東陽基地35號溫室的應用為例，說明其保溫效果。

項目組于2017年秋季在山西省農業科學院東陽基地35號溫室安裝上述內置保溫裝置，每天隨棉被同時卷起，傍晚同時放下。從2018年11月5日～2019年4月30日，在35號溫室內、外以及對照溫室（采用普通單層膜，未安裝內置保溫裝置）每小時測定一次大氣溫度，在溫室內中部設立觀測點，取平均值（圖4）。可以發現無論是否安裝內置保溫裝置，溫室內的溫度均高于室外的溫度，而安裝保溫裝置的溫室較對照溫室的氣溫升高，其幅度在0.2～4.6℃，尤其在12月25日～2月10日，

這段時間是當地每年氣溫最低的時段，安裝保溫裝置的溫室較對照溫室的氣溫高2～4.25℃，表明該保溫裝置可以顯著提高溫室溫度，可以實現在不加溫的情況下生產喜溫蔬菜。

結論

綜上所述，該裝置簡單可靠，可以在沒有立柱的日光溫室安裝，操作方便，保溫能力強，在冬季使用時節約燃煤，建議大面積推廣。

參考文獻

[1] 鮑恩財，曹晏飛，鄒志榮，等.節能日光溫室蓄熱技術研究進展[J].農業工程學報.2018，34（6）：1-14.

[2] 許紅軍.日光溫室太陽輻射模型構建與墻體蓄熱層厚度的研究[D].楊凌：西北農林科技大學.2019.

[3] 關瑞，吳堅勇，劉中華，等.日光溫室鋼架結構分析及優化[J].山西農業大學學報（自然科學版），2019，39（6）：100-106.

[4] 禹夏青.四種日光溫室保溫覆蓋物的保溫效果及性能評價[D].西寧：寧夏大學.2016.

[5] 倪金衛，蔣正躍，王慶.結露對雙層塑料薄膜溫室保溫性能的影響測試分析[J].云南農業大學學報，2005，20（4）：582-584.

*項目支持：山西省重點研發計劃項目（201803D221021-5）;山西省農業科學院育種工程項目（17yzgc100）;山西省農業科學院山西“農谷”研發專項（YCX201702219）。

作者簡介：閻世江（1975-），山西省太原人，副研究員，主要從事蔬菜遺傳育種研究。

**通信作者：張京社，男，研究員，主要從事蔬菜栽培研究。

[引用信息]閻世江，劉潔，丁京，等.一種日光溫室內置保溫裝置的研制與應用[J].農業工程技術，2020，40（10）：52-54.