寒冷气候区双膜日光温室室内环境因子试验研究.pdf

引 用 格 式 nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnull null nullnullnullnullnullnull 刘叶瑞 刘孝敏 柴 云娥 等null寒冷气候区双膜日光温室室内环境因子试验研究 null null甘肃科学学报 nullnullnullnull nullnull null nullnull nullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 寒冷气候区双膜日光温室室内环境因子试验研究 刘叶瑞 null null 刘孝敏 null null 柴云娥 null null 刘春江 null null 杨林艳 null null nullnull甘肃自然能源研究所 甘肃 兰州 nullnullnullnullnullnullnull nullnull甘肃省低碳建筑工程研究中心 甘肃 兰州 nullnullnullnullnullnullnull 摘要 null 为营造日光温室适宜作物生长的湿热环境 设计建造了一种新型双膜日光温室 温室墙体采 用聚苯乙烯泡沫模块 内外支撑钢框架和两层覆盖膜形成热缓冲区 通过试验测试了双膜日光温室 冬季室内环境因子变化情况 结果表明 双膜日光温室室内不同水平面上空气温湿度存在差异 室 内离地面越高 平均温度和平均湿度越低 但最低室内平均温度高于 nullnullnullnullnull 室内外最大空气温差 达到了 nullnullnullnullnull 最低平均湿度高于 nullnullnull 双膜日光温室室内 nullnullnull 平均浓度为 nullnullnullnullnullnullnullnullnull null null 双 膜间热缓冲区 nullnullnull 平均浓度为 nullnullnullnullnullnullnullnullnull null null 双膜日光温室整体相对 高温低湿 的环境有利于 作物生长 研究结果为双膜日光温室的建设和室内环境调控提供了理论依据 关键词 null 双膜日光温室 聚苯乙烯泡沫模块 热缓冲区 温室环境因子 中图分类号 nullnullnullnullnullnullnullnull 文献标志码 nullnullnullnull 文章编号 nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull 日光温室是传统的太阳能被动利用形式之一 在世界范围内得到广泛应用 根据最新统计 全球 估计有 nullnullnull 万 nullnull null 日光温室 null 作为一个由围护 结构 室内空气 农作物和土壤组成的封闭或半封闭 热力学系统 日光温室的室内环境不仅受室外温度 湿度 太阳辐射强度 风速和风向等因素的影响 室 内作物蒸腾 光合作用和土壤蒸发对温室内部微环 境也有重要影响 null nullnull 我国日光温室是被动式温室 可最大限度地提高冬季的太阳能热量增益并减少热 损失 null 温室的控制参数很多 主要包括温度 null 相 对湿度 null nullnullnull 浓度 null 气流速度 null 和光照 nullnull 掌 握温室内环境因素的变化规律 对改善温室结构 提 高室内作物产量和防治病害具有重要意义 nullnull 主 动式太阳能系统不仅增加了温室的初期投资 而且 提高了管理成本 因此 一种新型的双膜结构日光 温室已在中国北方逐步尝试应用 其在冬季被动利 用太阳能加热温室进行农作物生产 nullnull 并且有研究 基于计算流体力学研究了双膜日光温室冠层温湿度 分布 模拟结果与实测值高度吻合 nullnull nullnullnull 本次研究 设计建造了一种新型聚苯乙烯泡沫模块化双膜太阳 能温室 该温室的结构特点是有内 外支撑骨架和两 层薄膜覆盖 内外支撑钢框架和两层覆盖膜形成热 缓冲区 最后通过试验测试了冬季双膜太阳能温室 的室内环境因子变化情况 以期提高日光温室的保 温性能 nullnull 材料和方法 nullnullnull 双层膜日光温室结构参数 试验温室位于甘肃省兰州市榆中县甘肃自然能 源研究所太阳能采暖与降温示范基地内 nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull 示范基地海拨 nullnullnullnullnullnullnull 属典型的温带大 陆性气候 年平均气温 nullnullnull 无霜期 nullnullnull nullnullnullnull 年 降水量 nullnullnull nullnullnullnullnull 年日照时数 nullnullnullnullnullnullnull 左右 极 端最高气温为 nullnullnullnull 极端最低气温 nullnullnullnullnull 温室结构为半圆弧形骨架与墙体围合而成 墙 体包括东西山墙与后墙 null 个部分 为聚苯乙烯泡沫 第nullnull卷 null 第null期 nullnullnullnull年null月 nullnull nullnullnullnullnullnullnull 甘肃科学学报 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull 收稿日期 nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull 修回日期 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 基金项目 甘肃省科技计划项目重点研发计划 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 甘肃自然能源研究所重点研发计划项目 nullnullnullnullnullnull nullnullnull 作者简介 刘叶瑞 nullnullnullnull null 女 甘肃临洮人 高级工程师 研究方向为太阳能高效综合应用 nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull 通信作者 刘孝敏 null nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 模块现浇混凝土保温剪力墙 厚度 nullnullnullnullnull 温室屋 面覆盖材料的外膜和内膜均采用聚氯乙烯薄膜 使 用复合层保温被作为夜间保温材料并安装于内膜的 外侧 温室建造方向坐北朝南 南北跨度 nullnullnullnull 脊高 nullnullnullnull 后墙高 nullnullnullnullnull 长 nullnullnullnullnullnull 温室整体 建筑面积 nullnullnullnullnullnullnull null 附属面积 nullnullnullnullnullnull null 温室剖 面图及其实物展示如图 null 所示 从图 null null 中可以 清楚地看到温室的结构特点 外膜和内膜之间形成 热缓冲区可储存白天多余的太阳能 夜间则减少二 层种植区热量向室外散失 图null null 示范温室剖面图及实物展示 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull 测试仪器 室外环境因子主要由美国 nullnullnullnullnull 公司生产的 nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull 小型气候监测站进行自动采集 该监测站可在 nullnullnull nullnullnull 的环境下工作 日光温 室室内环境因子空气温度 空气相对湿度 nullnullnull 浓 度由美国 nullnullnullnullnull 公司生产的温湿度记录仪 nullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnull 自动采集器 nullnullnullnullnullnullnull 采集并记录数 据 双膜间的热缓冲区太阳辐射强度 种植区水平 面太阳辐射强度使用锦州阳光气象科技有限公司生 产的太阳辐射记录仪 nullnullnullnullnull 和标准总辐射表 nullnullnullnullnullnullnull 采集并记录数据 nullnullnull 试验方法 试验测试时间为 nullnullnullnull 年 nullnull 月 nullnullnullnull 年 null 月 试验温室由东向西划分为 null null null null nullnullnull 个测试 面 见图 null 每个测试面垂直方向上分层布置测点 见图 null 图 null 一层测点高于土壤面 nullnullnullnull 布置 null 个测点 二层测点高于土壤面 nullnullnull 布置 null 个测点 三层测 图null null 试验双膜温室测试面划分示意图 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 点高于土壤面 nullnullnull 布置 null 个测点 四层测点位于 室内最顶端处 布置 null 个测点 热缓冲区为第五层 布置 null 个测点 每个测试面由北到南的测点布置间 距为 nullnullnullnull 测点命名方式以 nullnullnullnullnull 为例 表示 null 测试面上第一层测试面的第一个测点 其中 null null 测 试面全部布置空气温度 湿度传感器 nullnullnullnullnull 点同时 布置光照强度测试传感器 null 测试面除布置空气温 度 湿度传感器外 在 nullnullnullnullnull 的位置同时安装太阳辐 射表 nullnullnull 自动采集器 nullnullnullnullnull 测点处同时安装太阳 辐射表 有效光合辐照表及光照强度测试传感器 null null 两个测试面布置 nullnullnull 自动采集器和土壤熵情 仪 土壤温湿度测点布置见图 null 因测试仪器数量 不足 对照温室仅选择中间一个测试面 nullnullnull 日光温室管理方法 冬季白天双层膜温室卷起保温被后 当室内温 度达到作物生长适宜温度上限时揭开内层棚膜 打 开内层棚膜后室内温度先下降后随着太阳辐照增 加而上升 当再次高于作物生长适宜温度上限时打 nullnull null 第nullnull卷 nullnullnullnullnullnullnull 刘叶瑞等 寒冷气候区双膜日光温室室内环境因子试验研究 图null nullnull null测试面测点布置示意图 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 图null nullnull 测试面测点布置示意图 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 图null nullnull null测试面测点布置示意图 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 开外膜的上通风口 晚间放帘时覆盖内层棚膜 试 验期间温室内种植辣椒 适宜温度在 nullnull nullnullnull 之 间 苗期白天 nullnull nullnullnull 夜晚 nullnull nullnullnull 最佳 晴天 null nullnull 点打开保温被 室内温度高于 nullnullnull 时 打开内 膜 室温继续升高 当高于 nullnullnull 时 打开上通风口 控制室内温度于 nullnull nullnullnull 范围内 最冷月每日持续 图null null 土壤温湿度测点布置示意图 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 打开上通风时间 nullnull nullnull 下午随着太阳辐照的减 少室内温度逐渐降低 当室内温度降至 nullnullnull 时关闭 上风口 此后室内温度仍然会有先上升后下降的波 动 当下降至 nullnullnull 时关闭内膜 此时内外膜间的热 缓冲区仍储存一定的太阳热能 nullnull nullnull 左右关闭保 温被 完成一天的管理控制 遇雪天天气外界气温 太低时 白天不揭开内层棚膜 对照单层膜温室按 正常温室管理方式揭盖保温被 nullnull 结果与讨论 选择整个试验期间最冷日的数据进行分析 比 较整个试验阶段的室外温度测试值 nullnullnullnull 年 null 月 null 日全天室外温度平均值最低为 nullnullnullnullnullnullnull 其中 null nullnull 室外温度最低 为 nullnullnullnullnullnull nullnullnull 室内环境温湿度分析 日光温室室内环境温湿度是作物生长的重要影 响因素 为了充分反映双膜室内温湿度变化和分布 规律 对测试最冷日双膜温室 null 个测试面上的 null 层 空气平均温湿度变化进行分析 室内平均温湿度值 由距地面高度 nullnullnull 处温湿度传感器记录的数据计 算平均值所得 室内地面垂直方向 nullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull 个水平面空气温湿度测试分析结果如 图 null 图 nullnull 所示 图 null 图 null 分别为高于室内地面 nullnullnull 水平面上 温室内环境平均温度 相对湿度随时间的变化情况 可以看出室内 null 个截面的温 湿度变化趋势基本一 致 受太阳辐射角度和外界温湿度影响 东侧平均 温度略高于西侧 东侧平均湿度低于西侧 在 nullnull nullnull 最高温度出现在 null 测试面上 为 nullnullnullnullnullnull 之后温 室开启上通风 室内温度随即下降 null nullnull 室内温度 nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 甘 肃 科 学 学 报 nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull 年 null 第null期 最低 为 nullnullnull 关闭保温被后 温室湿度下降 其 中 nullnull nullnull nullnull nullnull 湿度较低 基本处于 nullnullnullnull nullnullnull 之间 nullnull nullnull 室内湿度最低值出现在 null 测试面上 为 nullnullnullnullnull 夜间室内湿度在 nullnullnull nullnullnullnull 之间 图null null 温室内距地面nullnullnull处温度变化曲线 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 图null null 温室内距地面nullnullnull处湿度变化曲线 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 图 null 图 nullnull 分别为高于室内地面 nullnullnullnull 水平面 上温室内环境平均温度 相对湿度随时间的变化情 况 可以看出保温被关闭前 室内平均温湿度东侧均 略高于西侧 null nullnull 时室内温度最低 为 nullnullnullnull 保 温被关闭后至 nullnull nullnull 最高温度出现 为 nullnullnullnullnull 室 图null null 温室内距地面nullnullnull处温度变化曲线 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 图nullnull null 温室内距地面nullnullnull处湿度变化曲线 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 内平均温度东侧略低于西侧 平均湿度值 null 测试面最 低 为 nullnullnullnullnull 保温被打开后 太阳辐射消失 温度 下降 湿度升高 在 nullnull nullnull 室内湿度最低值出现在 null 测试面上 为 nullnullnullnullnullnull 夜间室内湿度在 nullnullnullnull nullnullnull 之间 整体低于 nullnullnull 水平面的湿度值 图 nullnull 图 nullnull 分别为高于室内地面 nullnullnull 水平面 上室内环境平均温度 相对湿度随时间变化情况 可 以看出变化特征相似 但各截面温湿度变化差异减 小 最高温度值出现在 null 测试面上 在保温被关 闭之前与打开之后的时间段内 湿度变化与 nullnullnull 水 平面上变化相似 但日间保温被关闭时间段内 nullnullnull 水平面上 null 测试面湿度高于 null null 测试面 nullnullnull 和 nullnullnull 水平面上 null 测试面湿度均高于 null null 面 为更进一步准确分析温室内垂直方向上空气温 湿度的变化规律 分别对 null 测试面中间垂直线 null 个 测点及对应的 null 测试面上北墙内侧 null 个测点数据 进行分析 结果见图 nullnull 图 nullnull 图nullnull null 温室内距地面nullnullnull处温度变化曲线 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull null 第nullnull卷 nullnullnullnullnullnullnull 刘叶瑞等 寒冷气候区双膜日光温室室内环境因子试验研究 图nullnull null 温室内距地面nullnullnull处湿度变化曲线 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 图 nullnull 图 nullnull 分别为 null 测试面中间垂直线 null 个 测点 nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull 空气温度 相对湿 度随时间的变化趋势 可以看出室内 null 个测点温度 变化特征相似 null nullnull 室内温度最低 为 nullnullnullnull 双 图nullnull nullnull 测试面中间垂直线温度变化曲线 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 图nullnull nullnull 测试面中间垂直线湿度变化曲线 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 膜间的热缓冲区温度变化趋势与室内类似 但 null nullnull 室内温度最低 为 nullnullnullnullnullnull 几乎接近室外空气温 度 当保温被关闭后 随着太阳辐照增大 室内及热 缓冲区温度均显著增大 nullnull nullnull 温度达到最大值 nullnullnullnull 湿度降至最低值 nullnullnullnull 室内空气温度最大 值出现时间相对热缓冲区延迟 nullnullnullnullnull 左右 空气湿 度最小值也出现同等时间延迟 null 测试面中间垂直 线 null 个测点空气温度和湿度由低到高均逐渐变小 图 nullnull 图 nullnull 分别为 null 测试面北墙内侧表面垂 直线 null 个测点空气温度 相对湿度随时间的变化趋 势 可以看出室内 null 个测点温度变化特征相似 null nullnull 室内温度最低 为 nullnullnullnullnull 当保温被关闭后 随着 太阳辐照增大 室内温度显著升高 湿度降低 nullnull nullnull 温度达到最大值 nullnullnullnullnullnull nullnull nullnull 湿度降至最低值 nullnullnullnullnull 保温被前一日打开至第二日关闭前的时 间段内 null 个测点空气温度由低到高逐渐降低 最高 点 nullnullnullnullnull 湿度最大 nullnullnull 处的测点 nullnullnullnullnull 湿度高于 图nullnull nullnull 测试面北墙内侧表面垂直线温度变化曲线 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 图nullnull nullnull 测试面北墙内侧表面垂直线湿度变化曲线 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 甘 肃 科 学 学 报 nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull 年 null 第null期 其他两个测点 距地面 nullnullnullnull 处的测点 nullnullnullnullnull 湿度 最小 保温被关闭至当天打开的时间段内 null 个测 点空气温度和湿度由低到高均逐渐变小 最高点 nullnullnullnullnull 湿度最大 且变化幅度较其余 null 个测点小 根据以上研究发现 温室内不同水平面温湿度 分布随时间变化特征类似 同一水平面温湿度变化 差异不大 平均温度东侧略高于西侧 平均湿度东侧 低于西侧 这是由于东侧管理用房试验人员活动 住 宿 做饭等 引起温湿度变化差异 不同水平面上温 湿度存在差异 离室内地面越高 平均温度和平均湿 度越低 但最低室内平均温度高于 nullnullnull 最低平均 湿度高于 nullnullnull 室内空气湿热环境良好 有利于作 物生长 nullnullnull 室内 nullnullnull 浓度分析 nullnullnull 浓度是影响作物光合作用强度的主要因 素之一 适当浓度的 nullnullnull 可促进作物根及幼苗的 生长 使作物叶片增厚 降低气孔密度 导度及蒸腾 速率 增加水分利用效率 增强作物的抗氧化能力 不同光合途径及不同品种作物对 nullnullnull 浓度的响应 不同 因此有必要对室内 nullnullnull 浓度变化进行测试 分析 双膜温室室内距地面 nullnullnull 和热缓冲区距地面 nullnullnull 两个测点处 nullnullnull 浓度随时间的变化见图 nullnull 从图 nullnull 中可以发现 nullnullnull 浓度整体变化趋势一致 全天温室内部 nullnullnull 浓度高于热缓冲区 这是由于夜 间作物呼吸作