不同跨度组装式日光温室光热环境性能研究

第 卷第 期年 月中国农机化学报 ：不同跨度组装式日光温室光热环境性能研究宋明军，赵鹏，赵树春，张斌祥，张建金（甘肃省农业科学院蔬菜研究所 ，兰州市 ，；甘肃省靖远县农业技术推广中心 ，甘肃靖远 ，）摘要 ：为研究跨度对组装式日光温室温光环境的影响 ，选取 、和 跨度的组装式日光温室 ，以当地普通日光温室为对照 ，进行温室环境温度 、光照性能观测和墙体热工性能分析 。结果表明 ：各组装式日光温室墙体热稳定性远低于普通温室 ，平均最低温度较普通日光温室低 ；组装式温室保温和采光性能随跨度增加而减小 ，月份，跨度组装温室平均最低温度较 和 跨度温室高 和 ，透光率高 和 ，室内外最低温度差可达；组装温室随跨度增大 ，室内温度变化越剧烈 。综合分析认为 ，冬季组装式温室中跨度温室综合保温性能最好 ，组装式温室的保温性能随温室跨度的增加而下降 ，组装温室在没有辅助热源加温的情况下 ，不宜过度增加跨度 。关键词 ：组装式温室 ；跨度 ；温度 ；太阳辐射 ；性能中图分类号 ：文献标识码 ：文章编号 ：（）宋明军 ，赵鹏 ，赵树春 ，张斌祥 ，张建金 不同跨度组装式日光温室光热环境性能研究 中国农机化学报 ，（）： ， ， ， ， ，（）：收稿日期 ：年 月 日修回日期 ：年 月 日基金项目 ：国家自然科学基金 （）组装式日光温室热环境及主动蓄热系统耦合传热机理研究第一作者 ：宋明军 ，男 ，年生 ，甘肃平凉人 ，硕士 ，副研究员 ；研究方向为设施农业环境与工程 。： 引言日光温室作为我国北方冬季作物主要的反季节栽培设施 ，在生产中得到不断的研究和改进，普通日光温室后墙体具有良好的保温蓄热性能，但是普通日光温室普遍存在土地利用率低和建造费时费力等诸多问题。因此科研和生产单位进行了组装式日光温室的研究与应用，这些组装式日光温室的结构大多还是依照普通日光温室的参数进行设计。跨度是日光温室结构参数基本要素之一 ，它与脊高共同决定着温室的透光率以及室内的光温环境。国内学者已对普通日光温室的合理跨度进行了大量的研究工作 ，刘彦辰等以陕西关中地区普遍使用的跨度分别为，和的日光温室为研究对象 ，认为跨度温室更适合在陕西关中地区的番茄种植中优先推广应用 。刘玉凤等针对陕西杨凌、不同跨度的日光温室 ，以及唐中祺等对酒泉市肃州区跨度为、和的种石墙钢结构日光温室的升温保温性能研究 ，结果跨度的温室性能最优 。这些对日光温室合理跨度的研究 ，都是以土质或石质墙体日光温室为研究对象 ，而跨度变化对组装式日光温室的环境性能的影响 ，国内尚未见文献报导 。组装式日光温室由于建造速度快 ，节省土地资源 ，甘肃省近几年设计和建造了多种规格的组装式日光温室，这些组装式日光温室在生产应用中 ，温度环境性能差别很大 。为了研究跨度变化对组装式日光温室性能的影响 ，年我们进行了不同跨度组装式日光温室的温光性能观测试验 ，希望通过此项研究 ，为生产应用提供技术支持 。 材料与方法 试验温室试验温室位于甘肃靖远大坝和三合农业高科技示范园区 （，），试验地海拨 ，年平均气温，无霜期天 ，年日照时数 左右 ，极端最高气温为，极端最低气温。座不同跨度组装式试验温室 ，温 室 骨 架 均 为椭圆型钢管 ，间距，各组装温室的墙体和后屋面材料一致 ，前屋面棚膜为日光温室专用膜 ，保温被芯层为针刺毛毡 ，外层包裹防水布 ，总厚度。第 期 宋明军 等 ：不同跨度组装式日光温室光热环境性能研究 对照温室选用当地普通土墙日光温室 ，土墙体下部厚，上部厚，平均厚度，骨架材料和覆盖材料与试验组装式温室相同 。后屋面结构为 ：竹胶板草帘麦草草泥 ，上薄下厚 ，平均厚度，后屋面长度，座温室具体结构参数见表。表 供试温室结构参数表 温室编号跨度长度脊高墙高采光屋面角（）后墙体结构种植作物 稻草帘 保温被 棚膜 辣椒 防水布 涤纶棉 防水布（总厚度） 黄瓜 毛毡 草帘 保温被 防水布 生菜 黏土墙（） 辣椒 观测项目及方法 测点布置主要进行试验温室内外环境温度和太阳辐射量的观测 ，室内空气温度观测点位于各温室前后正中间 ，偏右的 位 置 ，主 要 避 开 中 部 卷 帘 机 的 影 响 ，高 度。室外温度观测点位于室外空旷处 ，高度，为避免阳光直接辐射造成的影响 ，观测时温度传感器上方加一硬纸板遮挡 。太阳辐射的测点位于温室内外空气温度测点的位置 ，组装式温室剖面结构和观测点位置如图所示 。图 组装式日光温室结构示意图及测点布置 测试内容年月日月日进行各试验温室的性能观测试验 ，每记录一次 ，连续观测 。测试内容为不同跨度组装式温室的保温性能和采光性能 ，主要测试指标为室内外空气温度 、最低温度 、最高温度和太阳辐射量 。 试验设备温度观测选 型和型温度自动记录仪 ，精度，温湿度观测选 型温湿度自动记录仪 ，精度（），湿度为。太阳辐射观测选，测量范围 ，误差，手工观测采用便携式光照辐射测量仪 ，测量范围 ，误差，分辨率。 数据分析处理选取年月日月日的观测数据 ，主要为冬季最冷时期的数据 ，通过处理数据 ，获得不同跨度组装温室室内外温度和太阳辐射量的动态变化规律 。运用热工计算公式 ，分析墙体材料的热工性能 ，对不同跨度组装式日光温室的光热环境特征做出分析和评价 。 结果与分析 温度保温能力分析 最低温度变化日光温室最低温度是评判温室保温性能好坏的重要指标 。从试验期间各温室内最低温度变化分析 （图），试验期间各组装温室最低温度均低于对照土墙温室 ，不同时段各组装温室的最低温度变化规律不同 。图 最低温度变化曲线 月份平均最低温度为，较、和分别高、和。组装温室中表现最好 ，较和分别高和，组装温室表现出随跨度增大 ，最低温度逐渐降低的趋势 。月份以后 ，随外界气温的回暖 ，组装试验温室和对照温室的最低温度差距减小 ，温室平均最低温度较、和分别高、和。通过以上分析 ，月份 ，组装式温室的最低温度均低于普通土墙温室 ， 中国农机化学报 年组装式温室随跨度的增加 ，最低温度呈下降趋势 。 室内外最低温度差如图所示 ，室内外最低温度差和外界气温变化相反 ，外界气温越低 ，温室内外的温差越大 。对照温室的保温性能最好 ，月份 ，对照温室内外最低温度差最高可达。组装温室中仍然是保温性能最好 ，室内外最大温差可达，表现次之 ，的各值均表现最小 ，说明在最冷的月份 ，组装温室中保温性能最好 ，随着跨度增加 ，组装温室的保温性能逐渐降低 。月份的保温性能超过了，但差异不显著 。各组装温室仍然表现为跨度越大 ，保温性越差的特点 。图 试验温室室内外最低温度差 升温能力分析 升温幅度温室内最高温度和最低温度差可以判断设施的采光和升温能力的强弱 ，由于日光温室的最低温度基本出现在揭帘时间 ，所以最高温度和最低温度差 ，可以反映温室每日的升温能力 。从表可以看出 ，组装式温室的升温能力普遍高于土墙对照温室 ，试验期间的升温幅度最大 ，次之 ，而的升温幅度最小 ，月份、升温幅度分别较高、和，组装温室升温幅度的最大值和最小值均大于对照温室 。月份、升温幅度高于，而低于。 升温速度由于日光温室白天通风和管理方式不同 ，仅从温室的升温幅度并不能真实反应温室的升温能力 ，当地日光温室冬季每天：揭帘 ，中午：开始通风降温 ，选取每天：的数据进行分析 ，基本能反应温室的真实升温速度 。从试验结果分析 （表），组装温室单位时间的升温速度明显高于对照温室 ，组装温室中的升温速度最快 ，月平均升温速度在左右 ，最大升温速度可达，而的升 温 速 度 最 低 ，平 均 升 温 速 度，的平均升温速度稍低于，但差异不显著 。表 试验温室最高和最低温度差 统计项目年 月 年 月最高值 最低值 平均值 最高值 最低值 平均值 外界温度 表 试验温室升温速度 统计项目年 月 年 月最高值 （）最低值 （）平均值 （）最高值 （）最低值 （）平均值 （） 外界温度 太阳辐射量动态变化从试验期间太阳辐射量分析 （图），月份外界月平均太阳辐射量为，、的月平均太阳辐射量分别为、和第 期 宋明军 等 ：不同跨度组装式日光温室光热环境性能研究 ，为，各组装温室的月平均透光率分别为、和，为。图 日平均太阳辐射量变化 组装温室表现出随着跨度增大 ，太阳幅射量减小的趋势 ，在相同跨度情况下 ，组装温室的太阳幅射量要高于土 墙 温 室 。月份外界月平均太阳辐射量为，此时三种组装温室的月平均太阳辐射量分 别 为、和，为，透 光 率 分 别 为、和。通过以上对不同时期各组装温室的太阳辐射量分析 ，各温室的太阳辐射量随太阳高度角的增大而升高 ，透光率随跨度增大而减小 。由于采光屋面角大 ，随太阳高度角的增加 ，太阳辐射量和透光率上升较快 ，月份超过了。 墙体材料热工性能分析运用建筑材料热工计算方法，对组装温室和对照温室的墙体热工参数进行分析 （表、表）。虽然组装温室的墙体热阻都大于对照温室 ，但对照温室土墙体热稳定性好 ，蓄热系数和热惰性指标是组装温室的倍以上 ，实际测得土墙温室冬季的保温性能要好于组装式温室 。从各组装温室的墙体热工性能分析 ，种试验组装温室墙体的热阻和传数系数相近 ，的热稳定性最 好 ，最 差 ，而冬季保温性能则表现为，保温性能随跨度的增大而变小 。综合分析认为 ，各组装温室的温度差异主要还是由于组装温室跨度增大 ，前屋面散热面积增加 ，而组装温室墙体蓄热能力较差 ，导致温室保温性降低 ，跨度变化是影响组装温室保温性能的重要因素 。墙体材料基本热工参数如表所示。表 墙体材料基本热工参数 墙体材料 厚度 密度 （） 导热系数 （） 比热容 （）稻草帘 保温被 涤纶棉 毛毡 土墙体 表 试验温室墙体材料热工性能 温室编号 热阻 （） 传热系数 （） 蓄热系数 （） 热惰性指标 结论与讨论本试验选取了种不同跨度的组装式日光温室进行光热环境性能研究 ，随着温室跨度的增加 ，温室的结构参数相应的也随之不同 。因此 ，分析了温室墙体热工性能的综合 ，认为冬季组装温室是由于墙体蓄热性能差 ，随跨度增加 ，前屋面散热面积增大 ，在冬季表现出跨度越大 ，温室保温性能越差的变化特征 。组装温室表现出升温速度快 ，但降温速度也快的特点 ，月份 ，、跨度组装温室平均升温幅度分别较对照温室高、和，而传统土墙温室的最低温度则高于组装温室。随着组装温室随跨度增加 ，室内温度变化越剧烈 。月 份和跨 度 组 装 温 室 升 温 速 度 为和，每 日 平 均 升 温 幅 度和，明显高于跨度组装温室 。而晚间跨 中国农机化学报 年度温室最低温度较和跨度温室高、，跨 度 组 装 温 室 温 度 变 化 较和平缓 。各温室的太阳辐射量表现出随太阳高度角的升高而增加 ，随跨度增大而减小的趋势 。月份跨度组装温室的月平均太阳辐射量为，平均透光率为，分别高于和跨度组装温 室、和、。月份跨度组装温室由于采光屋面角大 ，太阳辐射量上升较快 ，平均太阳辐射量高于跨度组装温室，透光率高。综上所述 ，由于组装式日光温室墙体蓄热性能不足 ，在冬季表现出跨度越大 ，温室保温性能越差的变化特征 。所以 ，今后在组装式日光温室的设计建设中 ，若没有辅助补温设备的情况下 ，不宜过度增加跨度 ，要根据生产需要 ，合理进行组装温室结构参数的设计 。参考文献魏晓明 ，周长吉 ，曹楠 ，等中国日光温室结构及性能的演变 江苏农业学报 ，（）： ， ， ，（）：牛贞福 ，黄振轩 ，国淑梅 ，等双屋面日光温室建造设计及其环境动态变化分析 中国农机化学报 ，（）： ， ， ， ，（）：杨建军 ，邹志荣 ，张智 ，等西北地区日光温室土墙厚度及其保温 性 的 优 化 农 业 工 程 学 报 ，（）： ， ， ， ，（）：罗伟 ，韩晓栩 ，蒋欣梅 ，等温室不同结构内墙体对其温效应的 影 响 中国农机化学报 ，（）：， ， ， ， ，（）：，李天来中国日光温室产业发展现状与前景沈阳农业大学学报 ，（）： ，（）：蒋锦标 ，姜兴胜 ，乔军 ，等对我国蔬菜温室的评价及新型日光温室的研发 中国蔬菜 ，（）：宋丹 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