严寒天气双层膜日光温室室内热湿环境试验研究_王伟明.pdf

第 7 卷 第 1 期 2026 年 2 月 Vol 7 No 1 February 2026 智能化农业装备学报 中英文 Journal of Intelligent Agricultural Mechanization 严寒天气双层膜日光温室室内热湿环境试验研究 王伟明 1 塔娜 1 刘坤宇 2 甄琦 1 3 1 内蒙古农业大学机电工程学院 呼和浩特 010018 2 中国农业科学院草原研究所 呼和浩特 010010 3 内蒙古农业大学能源与交通工程学院 呼和浩特 010018 摘要 随着设施农业的不断推进 日光温室在北方地区的应用也越来越普及 双层膜日光温室作为一种有效的农业设施 显著改善了作物生长环境 以北方寒冷干旱地区严寒天气下的双层膜日光温室为研究对象 选取2024年1月全月平均气 温最低的日期21 22日 通过对其内部热湿环境的分析 探讨严寒天气条件下温室的保温性能和内部热湿环境的时空变 化规律 研究表明 双层膜日光温室在大雪后的严寒天气下也能保持室内相对稳定的温度和湿度 极大地改善了冬季作 物的生长环境 双层膜日光温室内部温度呈现3阶段变化规律 从太阳升起伴随的升温阶段 正午过后的快速降温阶段 和夜晚缓慢降温阶段 温度随太阳升起伴随的升温阶段有沿东西长度方向上从东到西温度逐渐降低 沿南北跨度方向上 从南到北逐渐降低 沿竖直高度方向上从高至低逐渐降低的变化规律 温度在太阳正午过后的缓慢降温阶段有沿东西长 度方向上从西到东温度逐渐降低 沿南北跨度方向上从北到南逐渐降低 沿竖直高度方向上从低到高逐渐降低的变化规 律 相对湿度同样呈现3阶段周期性变化规律 具体变化与温度变化规律呈负相关 土壤温度沿长度方向同样表现出中 间向东西两边递减的空间分布 跨度方向则由中部向南北两侧递减 且北墙区域温度高于南部前脚 垂直方向上 温度随 深度增加波动幅度减小 表明下层土壤具有更强的热稳定性 试验得出双层膜日光温室在极端天气下也可以保持种植区 域不低于3 61 全冬季持续保持种植区环境温度高于5 的稳定栽培条件 本研究结果进一步揭示双层膜日光温室在 严寒天气条件下的热湿环境特征 为温室内部环境因子精准调控提供了科学依据和数据支持 关键词 设施农业 严寒天气 双层膜日光温室 热湿环境 环境因子 中图分类号 S2 S625 5 文献标识码 A 文章编号 2096 7217 2026 01 0167 11 王伟明 塔娜 刘坤宇 甄琦 严寒天气双层膜日光温室室内热湿环境试验研究 J 智能化农业装备学报 中英文 2026 7 1 167 177 WANG Weiming TA Na LIU Kunyu ZHEN Qi Experimental study on the indoor heat and humidity environment of a double film solar greenhouse in severe cold weather J Journal of Intelligent Agricultural Mechanization 2026 7 1 167 177 0 引言 农业是我国国民经济建设和发展的支撑 1 设施 农业作为推动现代农业转型升级的关键路径 正朝着 智能化 高效化与低碳化方向快速发展 2 4 国家高度 重视设施农业发展 陆续出台了多项政策文件 包括 农业农村部关于加快推进设施种植机械化发展的意 见 5 中共中央 国务院关于做好2023年全面推进乡 村振兴重点工作的意见 6 以及 全国现代设施农业建 设规划 2023 2030年 7 等 明确提出要加快现代设 施农业发展步伐 推动设施装备现代化 全面提升乡村 产业发展水平 为乡村振兴提供有力支撑 在国家政 策引导下 内蒙古自治区积极响应并出台 内蒙古自治 区 十四五 推进农牧业农村牧区现代化发展规划 8 内蒙古自治区现代设施农牧业提升三年行动方案 2023 2025年 等区域性发展规划 9 指出要加快引 进先进技术 现代装备和科学管理理念 提升设施农业 机械化与智能化水平 推进高标准日光温室和塑料大 棚设施建设 加快推进老旧温室改造提升 提升设施农 业生产与保障能力 截至2025年 全国设施农业面积已超过2 668 khm 2 其中日光温室在北方寒冷地区广泛布局 已成为 DOI 10 12398 j issn 2096 7217 2026 01 018 收稿日期 2025 03 14 修回日期 2025 06 20 基金项目 内蒙古自治区研究生科研创新项目 KC2024038B 内蒙古自然科学基金项目 2024QN03058 2022MS03040 一流学科研究专项项目 YLXKZX NND 009 第一作者 王伟明 男 1997年生 内蒙古呼伦贝尔新巴尔虎左旗人 硕士研究生 研究方向为力学在工程中的应用 E mail wwmnmgnydx 通信作者 塔娜 女 1967年生 内蒙古锡林郭勒正蓝旗人 博士 教授 博士生导师 研究方向为日光温室内环境因子数值模拟等 E mail jdtana 2026 年智能化农业装备学报 中英文 冬季农业稳产增收的核心设施类型 相较于单层膜结 构 双层覆盖膜之间形成的空气隔热层可有效降低热 量散失 显著提升夜间保温能力和整体热效率 尤其在 寒潮 霜冻等极端天气下表现出更强的环境稳定性 双层覆盖膜之间形成的空气层可有效降低热量传导 增强保温隔热能力且使得温度波动更小 有利于作物 生理代谢稳定进行 甚至可在无辅助加热条件下实现 冬季栽培 显著提升夜间温度和温室内热环境的稳定 性 因此 双膜日光温室凭借其优越的热效率 抗寒性 和节能能力 高度契合内蒙古寒冷干旱地区对冬季农 业生产的保温 稳产与低能耗要求 已成为区域内设施 农业重点推广的适配型技术路径 具有广阔的应用前 景与现实意义 日光温室依靠太阳辐射为作物提供适宜的生长环 境 具有运行成本低 节能环保 易于管理等特点 10 特 别适用于外界气温较低的寒冷地区 实现了果蔬等作 物的周年稳定生产 有效延长了种植周期 提高了土地 利用率和经济效益 日光温室内的温湿度时空分布 11 受多种因素影响 主要包括结构设计 12 外界气候条 件 13 和光照情况 14 等 在结构设计方面 不同的墙体 填充材料 15 覆盖薄膜 16 和建筑结构 17 等结构的改变 都会显著影响温室的保温性能 18 和内部环境 19 外界 气候影响方面 光照强度 20 的变化同样影响温室内的 热湿环境 21 如晴天 阴天 雪天等不同天气情况 22 24 对温室内的温度 25 光照及湿度等气象条件 26 29 有显 著影响 尽管成果丰硕 对于双层膜温室的研究仍面临多 膜结构热湿传递机制不明确 极端天气下模型预测精 度不足 监测装备成本高等瓶颈 为推动双层膜日光 温室在寒冷地区的规模化 标准化应用 助力设施农业 向绿色高效方向持续演进 仍需要深入探索例如应对 极端天气 如北方寒冷干旱地区的严寒天气 20 29 9 下双层膜日光温室室内温湿度分布特性变 化的研究仍缺乏进一步的研究 针对上述问题 本研 究通过布置传感器进行环境监测 结合数据分析方法 探究日光温室在寒冷干旱地区室内温湿度的时空分布 特性 为优化温室环境调控提供理论支持和实践指导 确保作物在不利气候条件下的正常生长 1 材料与方法 试验双层膜日光温室位于内蒙古农业大学海流图 科技园区 内蒙古呼和浩特市土默特左旗海流图村 海 流图园区有大量种植用地 土默特左旗位于土默川平 原 温带大陆性气候 夏季短且炎热 冬季长且寒冷 年 平均气温7 2 年平均日照时间长达2 952 1 h 位于 全国日照时长前列 相对湿度较低 年平均湿度保持在 54 其自然环境因素为后续开展相应试验提供了必 要性的前提条件 试验温室为双层膜结构日光温室 双层膜日光温 室结构如图1所示 东西方向长度70 m 南北方向跨度 8 5 m 纵向脊高4 75 m 后墙高3 5 m 主体支撑为椭 圆钢筋 内膜和外膜均采用聚氯乙烯保温薄膜 墙体为 外侧红砖 内填充泥沙混合材料的复合保温墙体 在 外膜顶部和内膜底部分别设有上 下两个通风口均由 电动卷膜机控制其开合 当日照结束后 内膜外侧的复 合保温棉被通过电动卷被机控制打开达到保温效果 用于减缓温室内的热量的快速流失 选取寒冷干旱气候区的双层膜日光温室进行为期 4个月 2023年12月 2024年3月 的冬季试验 室外 空气温度 湿度 太阳辐射等外部气象数据 选用 HOBOU30 NRC小型气候监测站进行自动采集 室内 选用FLEX1000TH空气湿度传感器 MS10土壤温湿 度传感器 YJ SR100型太阳能光照辐射传感器对空气 温度 空气相对湿度 土壤温度 土壤含水率 辐射等数 据进行全天候监测并自动采集 数据采集时间间隔为 0 5 h 采集仪器及参数如表1所示 采集到的室内温度 湿度 辐射等数据通过有线传 输方式实时上传至电脑数据平台 导出数据后将数据 根据不同情况进行分组研究 分析双层膜温室的保温 性能和换热情况 测试试验起止时间为2023年12月1 日至2024年3月31日 传感器布置截面如图2所示 种植和研究区域集中在各距离东西墙5 m的温室中间 区域 便于精准描述温室内环境温湿度的空间分布并 抵消边界的影响 沿日光温室长度方向由西向东依次 选取A B C D E共5个截面为传感器布置面 其中C 截面是日光温室中间截面 B D截面位于距离C截面 两侧15 m处 A E截面位于距离C截面两侧25 m处 自北向南在每个截面上布置4个温湿度采集点位置 4 3 2 1号采集点从北墙向南依次排开 间距分别为1 m 3 m 3 m 1 m 其中2 3号采集点位于截面中间 1号采 集点位于前脚 每个传感器布置截面由低向高布置4 图1 双层膜日光温室结构图 Figure 1 Structural diagram of double film solar greenhouse 168 第 1 期 王伟明 等 严寒天气双层膜日光温室室内热湿环境试验研究 个采集点位置 距地面高度分别为0 4 m 0 8 m 1 2 m 和2 2 m 土壤方面 在每个传感器布置截面中选取 距离北墙1 m 4 m 7 m的2 3 4号测点位置 纵向距离 地面深度分别为0 05 m 0 15 m 0 25 m处位置分别 布置9个土壤温湿度传感器 具体传感器布置如图3 所示 每个截面有12个空气温湿度采集点 9个土壤 温湿度采集点 5个截面合计布置60个温湿度传感器 45个土壤温湿度传感器 在温室内B C D截面处2 号采集点靠近内膜处布置了太阳能辐射传感器 并记 录24 h全时段的辐射数据 2 结果与分析 根据采集气象监测数据可知土默特左旗2024年1 月平均最低气温为 15 50 1月22日当日气温达到 全月气温最低点 最低温度低至 25 72 符合严寒 天气标准 20 29 9 为探究1月严寒天气 时双层膜日光温室的内部热湿度环境变化情况 选取 21日 22日两天的数据作为试验数据 2 1 室外分析 21日 22日室外环境温湿度变化情况如图4所示 温湿度随时间的变化呈现一定的周期变化规律 室外 最高温度出现在12 00 15 00期间分别为 16 21 和 14 54 室外最低温度出现在3 00 7 00期间 分别为 22 01 和 25 72 湿度变化与温度呈 现负相关 最高湿度分别为63 90 和75 46 最低 湿度分别为45 53 和44 86 室外太阳辐射的日变化规律如图5所示 这两日 室外法向直接太阳辐射 地表水平辐射和散射辐射整 体变化趋势相同 最高值出现时间均在12 00 14 00 期间 21日和22日室外最高法向直接辐射分别为 746 59 W m 2 904 28 W m 2 最高地表水平辐射分别为 487 00 W m 2 530 33 W m 2 可以看出室外温湿度变 化情况与太阳辐射有直接关联性 温度与太阳辐射呈 现相同的增减性 随着辐射的增加而增加至当日最高 表1 采集仪器及参数 Table 1 Acquisition of instrument sand parameters 测试位置 室外 室内 测试仪器 小型气候监测站 空气温湿度传感器 土壤温湿度传感器 太阳能辐射传感器 型号 HOBOU30 NRC FLEX1000TH MS10 YJ SR100 数据类型 温度 湿度 RH 太阳能辐射 W m 2 温度 湿度 RH 温度 含水率 太阳能辐射 W m 2 量程 40 60 0 100 0 1 280 20 85 0 100 40 80 0 100 0 1 500 精度 0 2 2 5 10 0 3 2 0 5 3 10 图4 日光温室室外温湿度变化情况 Figure 4 Changes in outdoor temperature and humidity in solar greenhouses 图2 布置截面图 Figure 2 Lay out the cross sectional view 图3 传感器布置图 Figure 3 Sensor layout diagram 169 2026 年智能化农业装备学报 中英文 点 湿度与太阳辐射的变化呈相反的增减性 2 2 室内空气温湿度分析 2 2 1 温室内空气温湿度沿长度方向的变化规律 双层膜日光温室沿东西长度方向A B C D E共 5个传感器布置面的冠层区域不同时间内平均温度和 平均相对湿度的变化趋势如图6和图7所示 5个截面 的平均温度 平均相对湿度变化趋势大体一致 并与太 阳辐射变化规律有很大的相关性 温度呈现明显的昼 夜变化规律 白天温度迅速上升 夜间温度下降 形成 24 h周期 每日最高温度出现在13 00 15 00期间 而最低温度出现在8 00 9 00期间 其中 不同测量 面的温度由于所接受的太阳辐射范围不同而存在一定 的差异 A E面因墙体遮挡部分太阳辐射且靠近温室 边缘区域 故受外部气象影响较大 温度相对较低 而 C面接受太阳辐射时间最长且范围最大 故白天温度 最高 基于上述原因 为尽可能降低外界因素的影响 选 取中间区域3个截面探究温室内部热湿环境的变化情 况 根据图6可以得出 温度变化主要受太阳辐射影 响 白天随着太阳辐射增强而升温 夜间由于辐射散热 作用而降温 且每日温差较大 在温度逐渐升高阶段 不同截面位置的平均温度呈现出较大的差异性 温度 沿西向东方向逐渐降低 在温度缓慢下降阶段 呈现出 由中间向两边递减的趋势且西部略高于东部区域 这 主要是由于太阳辐射角度的变化以及墙体遮挡部分太 阳辐射所造成的 除此之外还因为作物和土壤的储热 作用造成降温阶段中间区域温度高于两侧 最低温度 通常出现在上午将保温被卷起时 例如1月21日最低 温度出现在D面位置 时间为08 00 温度为4 43 而1月22日的最低温度同样出现在截面C位置 时间 为08 00 温度为3 61 较前一天略有下降 A E两 面温度最低达到0 左右 B C D截面所在区域最低 温度控制在4 左右 这为之后的作物区域种植和结 构优化提供了有效的数据论证和理论支撑 在温度升高阶段 不同截面位置的平均温度呈现 出相同的变化规律 温度峰值均出现在14 30左右 其中 两日的温度峰值均出现在截面B上 最高温度分 别为29 16 和31 11 1月22日较前一天上升了 约2 14 30之后温度开始呈快速下降趋势 直到太 阳落山将保温被展开后 降温速度逐渐趋于缓慢 湿 度则与温度呈相反变化规律 即温度升高时湿度降低 温度降低时湿度升高 例如 1月21日的最高和最低 湿度分别为98 90 和51 09 而1月22日的最高和 最低湿度分别为98 91 和45 04 最低平均湿度相 较于1月21日下降了6 05 2 2 2 温室内空气温湿度沿跨度方向的变化规律 日光温室内沿跨度方向上选取距离北墙距离7 m 4 m 1 m位置截取截面分析 分别定义为2 3 4采集 点 不同截面的平均温度 相对湿度随时间的变化情况 如图8 图9所示 温室不同跨度位置的温湿度变化与 太阳辐射的变化有很强的相关性 根据温度变化增减 性 大致可以分为3个阶段的周期性变化 即温度缓慢 下降 快速上升和快速下降3个阶段 温度缓慢下降 阶段有从南到北逐渐升高的趋势 即温度随着与薄膜 前脚距离的增大而减小 温度上升阶段呈现出相反的 图6 沿长度方向各截面平均温度变化曲线 Figure 6 Average temperature curve of each section along the length direction 图7 沿长度方向各截面平均湿度变化曲线 Figure 7 Average humidity curve of each section along the length direction 图5 日光温室室外太阳辐射变化情况 Figure 5 Changes in outdoor solar radiation in solar greenhouses 170 第 1 期 王伟明 等 严寒天气双层膜日光温室室内热湿环境试验研究 变化趋势 即温度随着与北墙距离增大而升高 日最 低温度出现在上午保温被卷起时 1月21日和22日最 低温度均出现于2号采集点位置 温度分别为3 99 和3 17 除靠近薄膜区域 温室内大部分区域均可 基本保持温度在5 以上 不同位置的平均温度峰值 在快速上升阶段均出现于14 00左右 1月21日和22 日最高温度均出现在2号采集点位置 分别为28 73 和29 7 而湿度变化的规律呈现出与温度变化相 反的趋势 21日和22日最高和最低平均相对湿度均同 样出现在2号采集点位置 分别为98 25 98 45 47 22 49 23 相比于1月21日湿度范围扩大 温 室内部温湿度分布越靠近北墙 温度和湿度变化幅度 越小 热湿环境更加稳定的规律 2 2 3 温室内空气温湿度沿高度方向的变化规律 研究选取了3采集点 4采集点位置 在温室内环 境沿竖直方向选取0 4 m 0 8 m 1 2 m共3个不同高 度截面平均温度 相对湿度随时间的变化情况如图10 和图11所示 温度 湿度的变化在不同高度位置的呈 现相同的周期趋势 分析不同高度温度可以发现 温 度上升阶段 随着高度升高平均温度也逐渐升高 温度 缓慢下降阶段 随着高度升高平均温度却逐渐降低 相对湿度也呈现周期性变化规律 与温度的变化规律 呈负相关关系 1月21日 22日的最低温度分别为 4 77 和4 05 都出现在早晨8 00的1 2 m高度处 最高温度分别为30 83 和32 分别出现在13 30和 15 00左右的1 2 m高度处 1月22日的最高温度较 前一日升高1 17 出现时间也提前了大约1 5 h 由 于室外辐射强度较前一日有所增强 最高温度也相应 上升1 17 22日温度变化区间扩大1 89 相对湿 度变化也呈现周期性增减变化规律 在湿度下降阶段 也呈现出高度越高湿度越低的规律 2 3 室内土壤温湿度分析 2 3 1 温室内土壤温度沿长度方向的变化规律 在双层膜日光温室东西向以15 m的间距布置了5 个传感器测面 A B C D E 以研究双层膜日光温室 内部土壤温度和含水率分布规律 土壤平均温度和含 水率变化情况如图12和图13所示 可以看出温室内各 测面土壤温度变化都表现出明显的太阳辐射主导特 征 即白天温度随太阳辐射增强升高 夜间温度随辐射 消失而缓慢下降 在严寒天气下 双层膜结构仍能很 好地保温 整体温度为4 79 15 09 昼夜温差约 为6 从空间分布的角度来看 温室中部区域 B面 和C面 的温度最高 温室最热的地方位于中间C面区 域 表现出良好的保温和蓄热能力 全天平均温度保持 图8 沿跨度方向各截面平均温度变化曲线 Figure 8 Average temperature curve of each section along the span direction 图9 沿跨度方向各截面平均湿度变化曲线 Figure 9 Average humidity curve of each section along the span direction 图10 沿高度方向各截面平均温度变化曲线 Figure 10 Average temperature curve of each section along the height direction 图11 沿高度方向各截面平均湿度变化曲线 Figure 11 Average humidity curve of each section along the height direction 171 2026 年智能化农业装备学报 中英文 在13 5 夜间降温幅度较小 温室两端区域 A面和 E面 的夜间温度较低 分别为5 69 和4 79 总 体呈现由中部向东西两侧递减 且西侧高于东侧的不 对称温度分布规律 土壤含水率方面 其间B C D面 含水率突然升高是由于21日对中间区域有浇水灌溉 作业行为 故忽略含水率大幅升高后的数据 着重分析 浇水前数据发现有两侧高于中间区域的含水率分布 规律 2 3 2 温室内土壤温度沿跨度方向的变化规律 日光温室内沿跨度方向在距离北墙1 m 4 m 7 m 的采集点位置截取截面分析 分别定义为1面 2面 3 面 选取温度变化幅度较小的0 25 m深度处不同截面 的平均温度随时间的变化情况如图14所示 各测点 的温度在昼夜之间表现出相同的周期波动 白天受太 阳辐射影响温度上升 夜间则因散热作用温度下降 呈 现良好的响应性和周期性 从温度分布规律可以得 出 中部温度始终最高 昼夜均保持在12 34 13 58 C 热环境最为稳定 其次为靠近北墙部分 温 度略低于中部 变化趋势基本一致 靠近南膜区域温度 最低 尤其夜间降温明显 最低降至11 24 C 与中部 温差可达2 C以上 昼夜温差也最为显著 从温度均 值看 1面与2面温度相对较高 且温度波动较为平缓 3面温度变化幅度较大 尤其夜间温度明显低于其他两 点 最低降至9 C左右 表明靠近前脚区域的保温能力 相对较弱 进一步分析发现 日间温度变化趋势一致 但南侧区域夜间热量散失显著 降温速度更快 昼夜温 差最大 温室内存在由中间向南北两侧温度递减趋 势 且北侧温度略高 而南侧温度偏低且温度变化较 大 含水率随时间变化如图15所示 由于21日有浇水 灌溉作业对采集土壤含水率影响较大 但观察土壤含 水率数据可以发现 含水率分布存在中间区域 靠近 北墙区域 南膜前脚区域的规律 2 3 3 温室内土壤温度沿深度方向的变化规律 在温室内环境沿竖直方向选取0 05 m 0 15 m 0 25 m共3个不同深度 截面平均温度 含水率随时间 的变化情况如图16和图17所示 从图中可以看出 不 同深度测量点都表现出相同趋势的昼夜波动特性 白 天0 05 m深度处的温度最高 峰值超过16 明显高 于0 15 m和0 25 m深度处 夜间0 05 m深度处温度 明显下降 低于其他两深度层测点约2 温度变化 幅度方面 在0 25 m处温度变化幅度最小 0 05 m处 温度变化幅度最大 呈现出随深度增加温度变化曲线 越为平稳的趋势 含水率方面有随着土壤深度的增加 含水率上升的规律 图12 长度方向各截面土壤平均温度变化曲线 Figure 12 Variation curves of average soil temperature in each section in the length direction 图13 长度方向各截面土壤含水率变化曲线 Figure 13 Variation curves of average soil water content in each section in the length direction 图14 跨度方向各截面土壤平均温度变化曲线 Figure 14 Variation curves of average soil temperature in each section in the span direction 图15 跨度方向各截面土壤含水率变化曲线 Figure 15 Variation curves of average soil water content in each section in the span direction 172 第 1 期 王伟明 等 严寒天气双层膜日光温室室内热湿环境试验研究 2 4 温室区域空间分布规律 双层膜日光温室内部空气和土壤温度呈现出一定 的变化规律 在长度方向呈现出中间高于两侧的分布 规律 这是因为侧墙受外界气温环境影响较大 存在一 定热损耗 根据5个东西向测点的温度均值 可以得 到中部区域最高并向两端逐步递减 且温室中部的温 度波动幅度最小 曲线走势平稳 表明其受外部气候变 化影响较小 因此具有热环境稳定的优势 在南北方 向上形成的温度差异 主要受温室结构影响 南侧为 双层膜拱棚结构 保温性能相对较弱 夜间热量流失更 快 导致靠近前脚面区域温度显著偏低 而北墙为实心 墙体 具备良好的蓄热能力 夜间仍可缓慢释放热量 对北部靠近墙的区域形成热补偿效应 中部区域热量 汇聚 受两侧边界热干扰较小 因此温度更高 更稳定 温室内存在明显的南北向温度梯度 南侧区域热环境 稳定性较差 是潜在的低温敏感区 在竖直纵向方向 上的分布规律表明 温度随高度的增加变化幅度和变 化速率都随之加快 土壤深度越深受到辐射和地面热 交换的影响较小 白天地表在太阳辐射下快速升温 热 量通过地面向上传导 导致近地表层温度迅速上升 夜 间地表散热快 热量迅速损失 温度反而低于上层 0 15 m深度处的温度曲线始终居中 波动幅度适中 在昼夜之间起到过渡作用 中部区域在整体空间分布中变化幅度较小且平均 温度较高 这是因为中部区域采光充足 距离墙体较 远 热环境稳定 温室中部的热环境稳定性较好 可作 为主作物种植区域的优选位置 也可以作为温室内的 代表性测点 经严寒天气日光温室热湿环境研究验 证 可以得到本温室设施在极端低温条件下仍然可以 具备显著的保温效果和湿度调节作用 此温度区间可 有效满足多种温带观赏植物的越冬栽培需求 该温控 性能已通过连续两个生长季的实地监测数据验证 结 合本文分析所得出的温湿度分布规律 在本温室中部 区域种植具有一定耐旱性的郁金香进行试验 如图18 所示郁金香长势良好且具有一定的观赏性和经济价 值 进一步验证了温室结构在无辅助加热条件下的保 温性能 3 结论 本研究针对在极端严寒天气 25 72 条件下 双层膜日光温室中部区域表现出显著的热稳定性 中 部区域在长度与跨度方向上温度波动幅度最小且均值 最高 冬季持续 5 可维持种植区温度不低于 3 61 能够有效满足郁金香 百日菊等观赏作物的越 冬需求 该区域兼具低温缓冲与湿度均衡特性 可优 先布局高经济价值花卉种植 也可作为温室热湿环境 监测的典型代表点位 为寒冷干旱地区设施农业越冬 栽培空间优化及环境调控设定提供科学依据 北方寒 冷干旱地区严寒气候条件下的双层膜日光温室 开展 了三维空间多点布设的热湿环境动态监测与对比分 析 得出以下主要结论 1 揭示双层膜日光温室的3阶段温湿循环变化规 律 双层膜日光温室内部最低气温通常出现在清晨 7 00 9 00期间 即太阳升起后的保温被卷起时刻 分 别在最低 25 72 和 22 07 的外部环境情况下 图16 深度方向各截面土壤平均温度变化曲线 Figure 16 Variation curves of average soil temperature in each section in depth direction 图17 深度方向各截面土壤含水率变化曲线 Figure 17 Variation curves of average soil water content in each section in the depth direction 图18 花卉种植情况图 Figure 18 Picture of flower planting 173 2026 年智能化农业装备学报 中英文 维持温室内空气温度在3 61 和4 43 以上 最高 气温一般出现在13 00 15 00之间 分别在室外温度 16 21 和 14 54 的情况下 室内温度达到 29 16 和31 11 热湿环境随时间推移呈现从太 阳升起伴随的升温阶段 正午过后的快速降温阶段和 夜晚缓慢降温阶段 温度随太阳升起伴随的升温阶段 有沿东西长度方向上从东向西逐渐降低 沿南北跨度 方向上从南向北逐渐降低 沿竖直高度方向上从高至 低逐渐降低的变化规律 温度在太阳正午过后的缓慢 降温阶段有沿东西长度方向上从西到东温度逐渐降 低 沿南北跨度方向上从北到南逐渐降低 沿竖直高度 方向上从低到高逐渐降低的变化规律 相对湿度在两 日相同的条件下 变化范围维持在51 09 98 90 和45 04 98 91 之间 同样呈现3阶段周期性变 化规律 具体变化规律与温度呈负相关 2 探究出温室土壤热环境时空变化特征 双层膜 温室不仅空气温度受控 土壤热环境也具有较强调节 能力 为作物根系提供良好的温度条件 在严寒天气下 仍能维持整体温度变化范围在4 79 15 09 区间 内 昼夜温差为6 左右 土壤温度沿长度方向热环 境存在显著空间差异 温室中部区域温度明显高于两 端 昼夜温度更为稳定 说明热量在中部更易积聚 保 温效果更佳 沿跨度方向存在中部区域高于北部区域 高于南部区域的温度分布特性 且北墙区域昼夜温度 均高于前脚区域 体现出墙体结构的蓄热优势和前脚 区域的热量易散失问题 垂直方向土壤温度呈现随深 度增加 温度变化幅度降低 温度稳定性增加的规律 土壤温度时空分布规律研究表面双层膜温室在严寒条 件下能有效维持内部热环境的整体稳定性 但东西两 端仍存在一定热量散失 且需考虑南部前脚区域受外 界温度影响较大的保温薄弱性 3 明确指出温室三维空间热环境差异显著 尤其 中部区域热稳定性最优 从空气温湿度来看 0 25 m 深度土壤中部温度始终最高 昼夜均保持在12 34 13 58 C 较两侧温度差达2 以上 中部截面在不同 时间段内始终保持相对较高的温度水平和适中的湿度 环境 昼夜温差小 热波动幅度低 表明其受外界气候 波动影响较弱 具备更强的缓冲与调节能力 特别是 在严寒夜间 温室中部区域仍可维持较高的最低温度 为作物越冬提供了可靠的热保障 从土壤热环境层面 分析 中部区域土壤温度同样高于东西两端和南北边 缘 且温度曲线波动平缓 昼夜差值较小 说明该区域 地表热量积聚能力强 下传热流稳定 能够为根系提供 更加恒定的生长微环境 此外 土壤垂向分析表明温 度随深度增加而波动减弱 中部下层土壤具有良好的 热惰性和蓄热能力 有助于防止夜间土壤剧烈降温造 成根系冻害 本研究在严寒气候条件下 系统开展了双层膜温 室三维空间温度动态监测与比较分析 揭示了多方向 热环境不均的内在特征 为双膜温室热环境调控优化 提供了基础数据支撑和理论依据 也为日光温室设计 布点优化与智能调控策略提供实践参考 研究建议在 后续设计和运行中进一步优化通风结构与墙体保温性 能 重点加强南部前脚区域的保温设计 提升温室整体 热效率与温度均匀性 在传感器布设 温控系统和作物 布局中 应优先考虑中部区域的代表性与调控核心作 用 空气与土壤层面的热湿环境特征一致表明 温室 中部区域在全天候条件下均表现出良好的环境稳定性 与热能利用效率 是作物安全越冬 稳产高产的首选区 域 双层膜日光温室在寒冷干旱气候区低温环境下可 以稳定运行 在温室中部区域所种植的郁金香长势良 好进一步验证了双层膜日光温室能够在严寒天气下有 效提高室内温度和湿度的稳定性 有效减少了热量流 失 能源消耗和外部环境对作物生长的影响 可以为作 物提供适宜的生长环境 未来可以进一步探索双层膜 温室的优化设计 并结合智能控制系统 模拟适合不同 作物生长的温湿度环境 实现北方冬季严寒地区温室 农作物的稳产高产 解决冬季 农闲 等问题 为其带来 更可观的经济收益 参 考 文 献 1 李强 郭峰 江稔 日光温室的研究现状与发展趋势 J 煤气与热力 2023 43 10 34 37 LI Qiang GUO Feng JIANG Nian Research status and development trend of solar greenhouses J Gas Heat 2023 43 10 34 37 2 颜瑞 贺湘楠 李哲敏 等 设施农业环境监测技术与装备 研究进展 J 中国农业信息 2024 36 2 47 59 YAN Rui HE Xiangnan LI Zhemin et al Research progress of environmental monitoring technology and equipment for facility agriculture J China Agricultural Information 2024 36 2 47 59 3 丁亚会 张云鹤 孙宁 等 我国设施农业发展的国际经验 与启示 J 江苏农业科学 2023 51 16 1 8 DING Yahui ZHANG Yunhe SUN Ning et al International experience and enlightenment on development of China s facility agriculture J Jiangsu Agricultural Sciences 2023 51 16 1 8 4 孙秋菊 秦洪卫 加快推动我国设施农业发展对策研究 J 中国农民合作社 2024 7 49 50 5 农业农村部 农业农村部关于加快推进设施种植机械化发 展的意见 EB OL 2020 06 27 2025 03 01 174 第 1 期 王伟明 等 严寒天气双层膜日光温室室内热湿环境试验研究 https www gov cn zhengce zhengceku 2020 06 30 content 5522757 htm 6 新华社 中共中央 国务院关于做好2023年全面推进乡村 振兴重点工作的意见 EB OL 2023 02 13 2025 03 01 https www gov cn zhengce 2023 02 13 content 5741370 htm 7 农业农村部 国家发展改革委 财政部 等 全国现代设施 农业建设规划 EB OL 2023 06 09 2025 03 01 https www gov cn zhengce zhengceku 202306 content 6887551 htm 8 内蒙古自治区人民政府 内蒙古自治区 十四五 推进农牧 业农村牧区现代化发展规划 EB OL 2021 12 31 2025 03 01 https www nmg gov cn ztzl sswghjh zxgh nmls 202204 t20220418 2040496 html 9 内蒙古自治区农牧厅 内蒙古数字农牧业农村牧区发展规 划 2023 2025 EB OL 2020 01 10 2025 03 01 https 202311 t20231109 2408010 html 10 唐世文 何晓莹 迪庆州高寒藏区日光温室蔬菜生产现状 及发展对策 J 农业科技通讯 2019 1 137 139 11 宋成宝 日光温室温湿度耦合异布规律及主动通风排湿 策略研究 D 泰安 山东农业大学 2024 SONG Chengbao Research on the coupling heterogeneous distribution of temperature and humidity and dehumidification strategy bas