日光温室热湿环境研究进展

范颖超 张杰 胡彭超

摘 要：日光温室的热湿环境主要受温室外环境、周期性太阳辐射、土壤性质、温室围护结构的影响而呈现非稳态变化，并且涉及温室作物复杂的物理和生理过程。在总结目前国内现有日光温室热湿环境研究的基础上，分别从四方面探讨了日光温室热湿环境的研究内容，并指出了我国日光温室热湿环境研究现存的不足和发展方向。

关键词：日光温室；热湿环境；研究展望

1序言

日光温室热湿环境是一个复杂的多元的系统，包括农作物蒸腾作用、围护结构的动态传热过程、水分凝结与蒸发过程、太阳辐射能的间断性输入等物理和生物过程。我国对日光温室的热湿环境研究主要集中在农作物、围护结构、土壤及室外环境等对温室热湿环境的影响，以及温室热湿环境建模。

2 农作物对温室热湿环境的影响

温室为农作物的生长提供了适宜的温度和湿度，但是温室热湿环境由于不同的地理位置、室外环境参数的变化以及本身材料的不同产生不同的结果，从而影响农作物的生长。农作物的不同生长阶段也对温室的热湿环境产生影响，对于大叶子作物生长过程中，随着叶面指数的增加使室内水分含量提高。植物的蒸腾作用使室内的显热转化为潜热，降低了室内温度，增加了空气的湿度，从而改变了温室的热湿环境，所以农作物与温室之间是相互依赖和影响的关系。

农作物作为温室的研究对象，必须以农作物的生长状况作为温室中热湿环境的衡量指标。农作物是温室生产的中心，水分在作物体内的运输过程是水热运移和转化的重要过程，农作物的存在与否对温室内的温湿度有显著的影响。吴春艳[1]等指出农作物通过辐射的吸收和反射、蒸腾耗热影响温室内热环境。王廷夷[2]等指出植被的高度、覆盖率、覆盖面积都会对周围空气的温湿度产生不同的影响。

温室作物除了蒸腾作用外，还有光合作用等过程也影响日光温室的温湿度环境。温室中农作物的叶面积指数达到3.5以上时，约90%太阳辐射量被作物冠层吸收或反射，作物吸收的太阳辐射主要用于光合作用。太阳能也是温室的主要能量来源，光合作用消耗的太阳能不能用于加热温室，从而影响温室的温湿度环境。

3 围护结构对温室热湿环境的影响

一般我国日光温室结构为三面是墙体，一面是透光面。后墙是日光温室的主要蓄热体，对温室内的热环境有直接的影响。有研究指出日光温室较理想的墙体是： 内侧由吸热、蓄热能力较强材料组成蓄热层， 外侧由导热、放热能力较差材料组成保温层， 中间有隔热层。为了得到充分的光照，采光面一般为塑料薄膜， 透光率的大小和变化对温室内的热环境影响很大。

温室内80%的热量是从采光面散失的，邹志荣[3]以陕北和关中的研究显示日光温室热量支出主要是贯流放热，占总失热量76%以上，其中透明前屋面散热占总贯流放热的90%左右。所以采光和保温是日光温室的设计和建造的两个关键问题。透光面倾角与形状不断变化，目的是最大限度地接受太阳辐射。透光面的保温一般是覆盖保温帘。

4 土壤及室外环境对温室热湿环境的影响

温室作物生长在土壤上，土壤为其提供水分和养分。土壤通过表面水分的蒸发降低温室内的温度，增加温室内的湿度，土壤是温室内的主要湿源。在白天，土壤接受太阳辐射并储存热量，夜间土壤是温室主要的热源，释放热量缓解温度的急剧下降，从而对温室内热环境产生直接的影响。

杨晓光[4]建立一个非稳态的二维地温模型，分析了日光温室土壤温度的分布情况，研究了土壤蓄热和放热阶段的温度梯度变化情况。孙治强[12]对河南省郑州市冬春季节，日光温室温度环境进行研究，在日光温室土壤温度环境边际效应导致了温度、蒸腾在温室内的差异。由于土壤水分运移的温度效应在土壤表层表现得最为明显，其与室内温湿度的变化有直接关系。

5 日光温室热湿环境的建模

日光温室的传热、传湿过程是在太阳辐射、室外温度等因素的周期作用下的非稳态传递过程。若通过实测数据进行优化，不仅耗资费力，而且在建造和实测过程中也难以实现严格一致的对比条件。为探求温室的优化设计和温室温湿度的控制，精确可靠地温室模型研究是必不可少的。

郭慧卿[5]运用非稳态传热理论的反应系数法，建立日光温室的热、湿平衡数学模型，以温度为评价指标，使温室的设计合理化。孟力力指出作物90%以上为水，故作物各项参数以水为基准，建立了日光温室热环境模拟模型。采用IA比较法，通过与北京市某一温室测试数据比较，符合度指标在0.66以上。

6 研究展望和结论

日光温室主要是严寒季节进行蔬菜生产的，其环境条件中的温光水气对蔬菜的生长发育有十分重要的作用，尤其是温度和湿度，对农作物的生长和病虫害有直接的影响。对日光温室中的热湿机理进行研究不仅有助于温室的设计和建造，而且对农作物的生长环境有重要的指导意义。虽然目前国内对日光温室做了大量研究，但是仍有许多工作有待完善。

（1）由于地理环境的差异以及构建温室材料的不同，温室的热湿环境存在较大的差别，缺乏通用的温室设计和建造标准。

（2）采用模型模拟和现场试验是研究温室内热湿环境的有效方式。我国研究人员对不同地区、不同温室类型的模拟局面，急需建立日光温室室内温湿度的数据库，为日光温室室内环境的管理和调节提供数据依据。

（3）针对我国日光温室的建造通常依据经验，缺乏相应的理论支持，往往造成设计不合理，温室保温效果不好，导致作物生长状态和品质欠佳。所以构架符合我国气候特色的温室热湿理论，模拟温室内温湿度分布规律，以满足农作物的最佳生长条件为目标，制定相应的温室内温湿度调节方法和策略是我国温室的研究发展方向。

参考文献

[1]吴春艳，赵新平，郭文利.日光温室作物热环境模拟及分析[J].农业工程学报，2007，23（4）：190-195.

[2]王廷夷，邹声华，李孔清.植被高度对建筑微环境影响的数值模拟[J].制冷与空调，2010，24（2）：19-24.

[3]邹志荣，李建明，王乃彪，刘云星，李海岗，李虎林.日光温室温度变化与热量状态分析[J].西北农业学报，1997，6（1）：58-60.

[4]杨晓光，陈端生，郑海山.日光温室气象环境综合研究（四）一日光温室地温场模拟初探[J].农业工程学报，1994，10（1）：150-156.

[5]孙治强，孙丽，王谦，李胜利.日光温室土壤温度环境边际效应[J].农业工程学报，2009，25（5）：150-155.

[6]郭慧卿，李振海，张振武，崔引安.日光温室温度环境动态模拟[J].沈阳农业大学学报，1994，25（4）：438-443.