柔性保温日光温室环境调控技术应用与试验_程旭.pdf

引用本文格式 程旭 张辉鑫 王剑 等 柔性保温日光温室环境调控技术应用与试验 J 农业工程 2025 15 10 42 45 DOI 10 19998 ki 2095 1795 202510008 CHENG Xu ZHANG Huixin WANG Jian et al Application and testing of environmental regulation technology for flexible insulated solar greenhouses J Agricultural Engineering 2025 15 10 42 45 柔性保温日光温室环境调控技术应用与试验 程 旭 张辉鑫 王 剑 王彩虹 何继源 邸小康 刘胤池 李 征 北京市数字农业农村促进中心 北京 101117 摘 要 柔性保温日光温室凭借其装配式结构 高土地利用率及快速建造等优势 在北京市逐渐普及 成为设施农业的 重要发展方向 然而 温室环境控制技术配套仍处于初步探索阶段 结合柔性日光温室的特点 建立柔性保温日光温室 智能环境调控技术体系 并在北京市密云区进行试验示范 基本实现温室环境自动化控制 同时 开展温室上风口通风 自动控制试验 结果表明 相较于传统依靠人工手动控制的温室 温室温度的稳定性和抗极端天气能力有明显提升 关键词 环境调控 日光温室 设施农业 农业信息化 中图分类号 S625 文献标识码 A 文章编号 2095 1795 2025 10 0042 04 DOI 10 19998 ki 2095 1795 202510008 Application and testing of environmental regulation technology for flexible insulated solar greenhouses CHENG Xu ZHANG Huixin WANG Jian WANG Caihong HE Jiyuan DI Xiaokang LIU Yinchi LI Zheng Beijing Digital Agriculture Rural Promotion Center Beijing 101117 China Abstract Flexible insulated solar greenhouses have gained popularity in Beijing due to their advantages such as prefabricated structures high land utilization rates and rapid construction emerging as a significant development direction for facility agriculture However solar greenhouse environmental regulation technologies remains in preliminary exploration stage Based on flexible solar greenhouses characteristics an intelligent environmental regulation technology system for flexible insulated solar greenhouses were established Ex perimental demonstrations were conducted in Miyun District Beijing City automatic control of greenhouse environmental has been ba sically achieved Additionally an automatic control experiment for upper vent ventilation was implemented Results showed that com pared to traditional greenhouses relying on manual operation system significantly improved temperature stability and resistance against extreme weather conditions Keywords environmental regulation solar greenhouse facility agriculture agricultural informatization 0 引言 日光温室为植物生长提供相对适宜的环境条件 是我国北方地区蔬菜冬季生产和降低温室能耗的重要 温室结构 1 2 传统日光温室以土墙 砖墙等结构为主 存在结构设计不合理 环境调控能力弱及配套设施不 完善等问题 柔性保温日光温室是基于 帐篷 保温 原理设计的温室 其结构与普通砖墙温室相似 但采 用整体落地式钢骨架支撑 以柔性保温材料替代砖墙 具有施工简便 可移动 造价低 升温快 不破坏耕 地 土地利用率高及便于机械化操作等优点 3 目前 北京市柔性保温日光温室数量已达1 000余栋 4 虽然 温室环境控制相关技术在日光温室应用逐步完善和丰 富 但是技术体系尚未在新型柔性温室中示范应用 技术配套尚不成熟 5 本研究构建适用于柔性保温日 光温室的自动环境调控技术体系 并开展柔性保温日 光温室环境调控技术试验 实现温室环境自动调控的 目标 为技术推广提供可复制的示范样板 1 技术体系 1 1 环境自动调控 结合口感型番茄土培栽培模式 建立柔性保温日 收稿日期 2025 04 16 修回日期 2025 06 18 基金项目 北京市智能温室蔬菜创新团队项目 BAIC12 2024 北京市乡村振兴农业科技课题 NY2501010225 作者简介 程旭 工程师 主要从事农业信息化研究 E mail chengxu 张辉鑫 通信作者 高级工程师 主要从事农业信息化研究 E mail zhanghx 第 15 卷 第 10 期农 业 工 程Vol 15 No 10 2025 年 10 月AGRICULTURAL ENGINEERING Oct 2025 光温室智能环境调控技术体系 集成环境感知 环境 控制 智能决策等技术组件 如图1所示 环境感知 通过分布式温室环境传感器网络实时采集温室数据 包括空气温湿度 光照强度及二氧化碳浓度等 6 环 境控制由温室控制终端和温室执行装备组成 包括卷 膜通风 卷被装置 高压微雾 环流风机和二氧化碳 发生器等装备 智能决策是部署在云端的温室环境控 制系统 结合专家控制模型的预设阈值 建立作物生 长环境需求动态数据库 实现环境优化控制策略 7 1 2 温室感知设备 温室感知设备包括温室环境传感器和室外气象站 温室环境传感器采用集成一体化设计 可采集空气温 度 空气湿度 光照强度等环境参数 采用太阳能供 电 内置物联网卡自动组网连接 8 室外环境气象站 可以对空气温湿度 光照强度 光照总辐射 光合有 效辐射 风向 风速和降水量8个参数进行实时数据 监测 是温室环境调控的重要参考 9 1 3 温室控制执行设备 温室环境控制设备是温室控制系统神经中枢 具 有电路管理 状态反馈 控制指令发送等功能 可同 时连接卷膜 卷被等多路执行设备 通过自动化控制 策略 实现对温室环境因子的自动监测和控制 10 温 室执行设备包括温室卷膜通风设备 温室卷被控制设 备 环流风机 高压微雾设备 补光设备和水肥机等 是温室环境控制的最终执行者 1 4 温室控制系统 控制系统实时采集温室小气候环境 室外气象等 环境信息 并统一接入日光温室卷膜通风 卷被 灌 溉 补光和二氧化碳等所有负载设备 种植技术人员 通过控制系统指令 实现温室卷被 卷膜 光照和环 流风机等设备精准联动控制 为农作物生长提供一个 适宜的生长环境 11 围绕番茄 生菜 草莓等常见温 室作物 集成作物生长模型和温室环境调控模型 实 现日光温室环境智能化调控 如图2所示 2 温室环境通风调控试验 2 1 试验设计 通风是日光温室温度调节的重要手段 可以对温 室起到降温排湿的作用 12 为了增加智能环控的稳定 性和准确性 针对柔性保温日光温室冬季只开启上风 口这一种环境调控措施 设置柔性保温日光温室上风 口调控逻辑 以期与人工调控进行对照 试验地点位 于北京市密云区八零农夫家庭农场 温室类型为柔性 保温日光温室 温室长度80 m 跨度12 m 选取7号 温室为试验温室 设置温室调控逻辑如图3所示 自 动控制温室环境 6号温室为对照组 由园区工人手动 控制风口开启 试验时间为2025年1月9 31日 2 2 试验结果与讨论 2 2 1 上风口开关次数 试验期间6号温室上风口共开闭56次 7号温室 上风口共开闭116次 7号温室上风口控制次数约为6 号温室2倍 原因在于7号温室通过配置的调控策略 进行上风口电机的开关及风口开启大小的调整 确保 温室内温度达到适合的状态 2 2 2 温度稳定性 选取2025年1月14日 两栋温室1 d温度变化和 调控次数进行对比 结果如图4所示 7号温室在 10 00 15 00温度高于6号温室 并且温度更加稳定 更有利于作物生长 同时不恰当的人工调控会产生温 室温度骤降 对作物生长产生危害 2 2 3 温度调控 选取2025年1月19日 两栋温室1 d温度变化和 图1 柔性保温日光温室环境调控技术体系 Fig 1 Flexible insulated solar greenhouse environmental regulation technology system 程旭 等 柔性保温日光温室环境调控技术应用与试验 43 调控次数进行对比 结果如图5所示 6号温室人工开 启50 上风口后 40 min内下降5 C 在温室升温后 没有进行进一步的风口控制 致使30 C以上高温持 续2 h左右 7号温室全天共进行6次风口调控 风口 开启度分别为30 50 70 50 70 和0 温 度基本稳定在26 30 C 2 2 4 极端天气 2025年1月25日 北京市突然出现降温天气 最 低气温 6 C 7号温室全天都未开启上风口 尽量维 持温室内温度 而6号温室工人依然人为开启上风口 导致温度急剧下降 最低温度降至9 58 C 如图6所 示 对作物生长产生危害 图2 温室环境控制系统 Fig 2 Greenhouse environmental control system 图3 温室通风控制逻辑 Fig 3 Greenhouse ventilation control logic 图4 温度稳定性对比 Fig 4 Temperature stability comparison 图5 温度和调控次数对比 Fig 5 Comparison of temperature and regulation frequency 44 农业工程设施农业工程 试验结果表明 即使对于只有风口的基础环境调 控能力日光温室 启用自动环控后 也能实现温室温 度的有效调控 基本可以满足作物生长需求 同时减 少操作人员 传统依靠人工控制的温室 温度稳定性 明显弱于自动环控温室 甚至会发生温度骤升骤降的 情况 对作物生长产生危害 13 3 结束语 本研究建立适用于柔性保温日光温室的智能环境 调控技术 通过实时采集温室环境 图像及园区等环 境信息 并统一接入日光温室卷膜通风 卷被 灌溉 等负载设备 实现温室卷被 环流风机等设备精准联 动控制 14 围绕常见温室作物 集成作物生长模型和 温室环境调控模型 实现柔性保温日光温室环境智能 化调控 形成了一批装备 一套模型 控制系统的设施 生产智能化体系 为北京市打造智慧农业提供了重要 场景 15 参考文献 张惠楠 李明 祝鹏 北方日光温室构造的研究进展 J 智慧 农业导刊 2024 4 6 64 68 1 彭澎 梁龙 李海龙 等 我国设施农业现状 问题与发展建议 J 北方园艺 2019 5 161 168 PENG Peng LIANG Long LI Hailong et al Status deficiency and development suggestions of protected agriculture in China J Northern Horticulture 2019 5 161 168 2 雷喜红 王艳芳 牛曼丽 等 北京市设施农业应用现状及发展 建议 J 中国蔬菜 2023 12 20 25 LEI Xihong WANG Yanfang NIU Manli et al Application status and development suggestions for facility agriculture in Beijing J China Vegetables 2023 12 20 25 3 王艳芳 雷喜红 李蔚 等 北京市柔性保温墙温室应用现状及 发展建议 J 中国蔬菜 2023 10 11 16 WANG Yanfang LEI Xihong LI Wei et al Application status and 4 development suggestions for greenhouse with flexible thermal insulation wall in Beijing J China Vegetables 2023 10 11 16 陆露 日光温室通风控制系统的设计与开发 D 沈阳 沈阳农 业大学 2022 LU Lu Design and development of ventilation control system for solar greenhouse D Shenyang Shenyang Agricultural University 2022 5 郭嘉 芦天罡 张辉鑫 等 宜机化日光温室环境调控技术 J 农业工程 2024 14 5 54 58 GUO Jia LU Tiangang ZHANG Huixin et al Environmental regu lation technology of solar greenhouse suitable for mechanization J Agricultural Engineering 2024 14 5 54 58 6 顾金寿 柴云娥 魏巍 等 双膜日光温室室内动态热湿环境试 验研究 J 绿色科技 2024 26 10 211 215 7 李先山 胡天让 物联网技术在农业温室大棚中的应用 J 现 代农机 2021 2 35 36 8 赵志强 刘超超 王建高 等 智能化温室生产应用情况 以北 京银黄绿色农业生态园为例 J 农业工程技术 2024 44 9 56 57 103 9 王纪章 基于模型的温室环境调控专家系统研究 D 镇江 江 苏大学 2005 10 芦天罡 张辉鑫 唐朝 等 基于农业物联网的日光温室智能控 制系统研究 J 现代农业科技 2022 2 147 151 11 郑勇 王光华 杜鹏飞 智慧农业云平台建设探索与实践 J 农业工程技术 2018 38 21 31 35 12 徐振峰 温室温湿度建模与多目标相容切换控制方法研究 D 南京 东南大学 2018 XU Zhenfeng Research on modeling of temperature and humidity in greenhouse and multi objective compatible switching control methods D Nanjing Southeast University 2018 13 葛建坤 辛清聪 龚雪文 等 温室通风控水条件对番茄耗水特 性及产量的影响 J 农业工程学报 2021 37 15 204 213 GE Jiankun XIN Qingcong GONG Xuewen et al Effects of green house ventilation and water control conditions on water consumption characteristics and yield of tomato J Transactions of the Chinese Soci ety of Agricultural Engineering 2021 37 15 204 213 14 哈雪姣 黄楠 李桐 等 数字农业技术在设施西甜瓜育苗中的 应用 以大兴区西甜瓜集约化育苗场智能环控技术应用为例 J 中国农技推广 2023 39 12 17 19 15 图6 极端天气下的温室温度变化对比 Fig 6 Comparison of greenhouse temperature variation under extreme weather conditions 程旭 等 柔性保温日光温室环境调控技术应用与试验 45