后墙涂色对日光温室光热性能的影响

刘杰 成宇宇 王川奇

|摘要|墙体是日光温室吸热贮热的重要结构，不同颜色对光的吸收反射不同，试验通过将庭院式温室作为模型温室，对黏土砖后墙涂色的效应进行了研究。结果表明：涂黑处理、不涂色（对照：黏土蓝砖）、涂白处理的墙体温度、光照强度和空气温度均存在差异。在连续晴天时，涂黑处理隔间内的温度最高，涂白处理隔间内的光照强度最强。在连续阴天时差距不明显。通过试验得出涂黑处理能提高后墙温度2.1℃，涂白处理则会降低墙体温度3.3℃;涂黑处理还能够增加温室内的空气温度，而涂白处理对光照强度的增加较为显著，相比对照平均提高997.4 lx。需要指出的是本结果是在无外保温材料下获得的，保温措施会提升其效果。

引言

日光温室是中国主要的生产设施，其重要特征是具有墙体结构，能有效降低贯流散热并具有贮热缓温的效应。赵岽[1]、佟国红[2]等研究了不同墙体材料对温室环境的影响，白义奎等[3-4]对复合墙体材料和单一墙体材料进行对比分析，发现复合墙体材料性能更优。温祥珍[5]等研究了复混墙体热传导规律，马宇婧[6]研究了营养液中的热传导规律，认为热传导是个过程，是物质的特性，反映在速度上是相对稳定的。尽管如此，杨艳红[7]认为由于空气的热容量很小，也比较敏感，墙体的贮热能够对气温产生明显影响。崔庆法[8]、马鹏里[9]、王静[10]、封美琦等[11-12]指出在实际的农事操作中，将反光幕、黑膜张挂在温室后墙上，这些反射光会从温室后方照向前方，较好地改善温室内光照不均的现象，但会降低温室后墙蓄热能力，对温室环境的温度、光照以及温室生长作物都存在一定的影响。试验以太谷地区为例，对庭院式日光温室后墙进行涂黑、涂白处理，研究涂色后温室内小气候的变化，旨在满足种植者的实际需求，选择最适合庭院式日光温室的涂色方案，为日光温室性能的改善提供解决方案。

试验场地与方法

试验温室及其建造

试验在山西农业大学设施农业工程研究中心进行。试验模型温室坐北朝南，四周无遮荫，东西长度为15.5 m，南北跨度为1.6 m，后墙高2.5 m，前屋面为单斜式，并设有立窗，立窗高度为1.4 m，前屋面角为34.5°。以原有的墙体作为庭院式温室后墙（墙体实际高度3 m，厚24 cm），用陈旧角钢做棚体的骨架结构，前屋面、立窗及温室侧墙均采纳PE薄膜覆盖，棚膜主要通过卡簧与卡槽的连接，固定在温室的钢架上，并在庭院式温室左侧制作简易门（图1）。

试验方法

试验方法

庭院式温室用PE薄膜分隔成5个隔间，东西两侧设置缓冲间（长1.75 m），中间3个隔间为试验处理间，每个隔间长4 m。设置3个处理，从西到东分别是：（1）涂黑处理（用墨汁涂黑后墙）;（2）对照（黏土蓝砖不涂色）;（3）涂白处理（用生石灰涂白后墙）。3个隔间其他条件保持一致（图1），并在2018年5月对庭院式温室内环境进行测定。

测试仪器及定点分布

庭院式温室内外空气温度使用HOBO（型号U12-13）测定，并悬挂于隔间，中心距离地面1.5 m处，数据采集时间间隔为30 min。温室内外光照强度使用手持数字照度计TES-1332A测定，测定位置同空气温度一致，数据采集时间间隔为1 h。墙体温度使用非接触式红外测温仪测定，测定位置为各隔间后墙中心，距离地面高1.5 m处，数据采集时间间隔为1 h。试验所得数据用Excel进行统计分析。

结果与分析

庭院式温室墙体表面温度的日变化

图2为不同涂色下庭院式温室墙体表面温度的日变化，整体呈现先升高后降低的趋势，涂黑处理于14：00达到最高温，对照和涂白处理于15：00达到最高温，白天各时刻墙体表面温度均呈现：涂黑处理>对照>涂白处理。表1为不同涂色下庭院式温室墙体表面温度的平均值及极端值。涂黑处理墙温的平均值、最高温、最低温、日较差均最高，其中平均温较对照、涂白处理分别高2.1、5.4℃。这说明涂黑处理能提高后墙表面温度，而涂白处理则会降低墙体表面温度。

庭院式温室内光照强度的日变化

图3为不同涂色下庭院式温室内外光照强度的日变化，从图中可以看出外界光照强度远高于温室内光照强度，温室内3种处理的光照强度差异不大，涂白处理略高于對照和涂黑处理，整体呈现先升高后降低的趋势，这表明温室内的光照强度受覆盖材料、骨架等因素的影响大大削弱。表2为不同涂色下试验温室内外光照强度的平均值及极端值。涂白处理的平均值、最高温、最低温、日较差均最高，表明后墙涂白可以有效增强温室内的光照强度。

庭院式温室空气温度的日变化

图4为不同涂色下庭院式温室内外气温的日变化，总体来看3个处理的气温均高于外界气温，在10：00～16：00内外空气温度的差值最大，6：00气温开始升高，6：00～8：00内部气温上升速度低于外界，8：00后内部升温速度加快，14：30达到最高温。白天气温大致呈现出涂黑处理>对照>涂白处理，夜间3个处理差异不大。结果表明后墙涂黑可以提高温室内的气温，有色的后墙的蓄热能力强于白色后墙。

天气对庭院式温室内空气温度的影响

图5为阴晴天不同涂色处理庭院式温室内外空气温度的日变化，相较于晴天，阴天的气温变化较为平缓，同时3个处理的空气温度相差较小，中午涂黑处理的稍高一些。

表3为不同天气空气温度的平均值及极端值，晴天时，涂黑处理、对照、涂白处理的平均气温分别为32.8、31.9、31.3℃，而外界的平均气温为24.2℃。阴天时，在涂黑处理、对照、涂白处理的3种处理下，平均气温分别为18.6、18.8、18.4℃，而外界的平均气温为15.4℃。阴天各处理的平均值、最高、最低值十分接近。这说明涂色处理主要在晴天起作用，阴天各处理之间的差异不明显。

结论

试验通过在后墙涂色的基础上测定庭院式日光温室的光照强度和温度等指标，得出涂黑处理能提高后墙温度2.1℃，涂白处理则会降低墙体温度3.3℃。后墙涂黑还能够增加温室内的空气温度，而后墙涂白对光照强度的增加较为显著。

由于墙体色对光的吸收反射不同，会影响到墙体和室内温度，涂黑处理可明显提高墙体温度和温室内温度，尤其在光照强的中午;涂白处理反光性强，墙体获得能量少，温度较低，但室内光照会加强。因此我们可以根据种植者实际需求，通过改变后墙颜色，进而提高温室的光热性能。

后墙涂色操作简单，成本低廉，对日光温室内环境的改变不需要额外消耗能源，而是通过物理方法直接改变庭院式日光温室的光热性能，避免了张挂物与后墙之间存在空隙的问题，容易推广。

参考文献

[1] 赵岽，王铁良，山口智治，等.辽沈W型日光温室墙体保温性能试验研究[J].节能技术，2005，23（133）：390-391.

[2] 佟国红，王铁良，白义奎，等.日光温室墙体传热特性研究[J].农业工程学报，2003，19（3）：186-189.

[3] 白义奎，王铁良，李天来，等.缀铝箔聚苯板空心墙体保温性能理论研究[J].中国农业气象，1994，15（1）：41-45.

[4] Balyk，Liu W H，Wang T L，et al.Experimenlal and research up envirunmenl and heat preservaliun effect of solar greenhouse-type Liaoshen I[J].Transactions of CSAE，2002，19（5）：191-196.

[5] 李成芳，李亞灵，温祥珍.日光温室保温板外置复合墙体的温度特性[J].山西农业大学学报（自然科学版），2009，29（5）：453-457.

[6] 马宇婧，温祥珍，杜莉雯，等.水培营养液作为贮热介质的热传导规律分析[J].中国生态农业学报，2018，26（12）：1773-1780.

[7] 温祥珍，李亚灵，杨艳红，等.关于日光温室墙体建造与保温效果的几项研究[J].农业工程技术，2019，39（4）：21-26.

[8] 崔庆法，曹春晖，胡小进，等.日光温室内反光膜补光的实践与理论分析[J].中国生态农业学报，2005（1）：82-84.

[9] 马鹏里，杨小利.日光温室内反光膜补光的实践与理论探析[J].甘肃农业，2000（5）：28-28.

[10] 王静，崔庆法，林茂兹.不同温室光环境及补光研究[J].农业工程学报，2002，18（4）：86-89.

[11] 封美琦，张亚红.日光温室后墙张挂不同材料对室内乳瓜生长特性及品质的影响[J].安徽农业科学，2012，40（27）：13300-13303.

[12] 封美琦，江力，马小山，等.不同颜色内后墙对日光温室番茄生长的影响[J].北方园艺，2013（18）：38-44.