一种日光温室内置保温装置的研制与应用

阎世江，刘洁，丁京，张京社

|摘要|本文介绍了一种日光温室内置保温装置的研制与应用，该装置结构简单，保温能力强，使日光温室室温提高3℃以上，适用于中国北方寒冷地区冬季喜温蔬菜的生产，可以推广。

日光温室作为中国设施农业的主体，现已成为种植业中效益较高的产业[1]。但许多地区的日光温室还存在保温性差、生产效益低下等问题，特别是在高寒地区，越冬栽培喜温蔬菜（黄瓜、番茄）还要依靠介质（例如煤）加热的方式来提高温室内的温度，从而保证正常生产。如何在保证经济效益、降低生产成本、节约能源的前提下，对现有的日光温室进行升级改造成为目前设施蔬菜生产急需解决的问题。目前科研人员在温室的结构[2-3]、温室的外层覆盖物[4]等方面进行了大量研究以提高温室的保温性。笔者认为提高日光温室温度，应减少散热损失，可以通过在日光温室内部设置保温膜的措施，增加辐射换热热阻，降低温室夜间由于温差引起的南屋面散热程度。倪金卫[5]等对日光温室内置保温提效装置也进行了相关研究，但无法实现高效率地自动覆膜和收卷，无法保证室内生产空间最大化。为此本项目团队经过5年不断改进完善，成功研制了具有自动覆膜和收卷功能的日光温室内置保温提效自动装置，即在现有的日光温室（无支柱）基础上进行改造，再安装一道塑料薄膜，可以使日光温室室温提高3℃以上。

内置保温装置结构

日光温室内置保温装置主要由自动卷放机构和控制单元两部分构成。如图1所示，自动卷放机构包括电动机、驱动轴、轴承、导轨、牵引绳等，控制单元包括控制柜、限位器等。日光温室内置保温装置主要技术参数见表1。

安装过程

电机和驱动轴沿东西走向安装于温室的北墙上，驱动轴与电机连接，导轨沿南北走向分别安装于温室骨架底端，多个卷放轮组穿装于驱动轴上，导向轮设置于导轨南端，转动轮位于卷放轮和导向轮之间并可以沿导轨转动，吊膜件挂装在转动轮上用于挂装薄膜，钢丝绳连接卷放轮、转动轮及导向轮，并从导向轮折回到卷放轮形成了一个封闭的回路，限位绳连接转动轮。电机驱动驱动轴进行旋转，卷放轮组在驱动轴带动下旋转并牵引钢丝绳运动，限位绳在钢丝绳的牵引下带动多个转动轮进行“展开”或者“合拢”运动。

卷放轮组包括同轴连接的正向卷放轮和反向卷放轮，正向卷放轮在驱动轴正向旋转时同步转动，反向卷放轮在驱动轴反向旋转时同步转动。导轨下端设置有用于容纳转动轮的容纳腔，导轨上端设置有用于穿装钢丝绳的通道。钢丝绳起始端固接于正向卷放轮上，钢丝绳自由端沿着导轨的方向依次穿过多个转动轮后，再绕过导向轮以相反方向穿过导轨上端的通道后缠绕到反向卷放轮上，钢丝绳的末端固接于反向卷放轮上。

位于同一条导轨上的多个转动轮组成了转动轮组，转动轮组包括膜展开机构和膜合拢机构，膜展开机构包括靠近北侧的多个转动轮，膜合拢机构包括靠近南侧的多个转动轮。位于膜展开机构南北两端最外侧的两个转动轮分别与导轨和钢丝绳固定连接，位于膜合拢机构南北两端最外侧的两个转动轮分别与钢丝绳和所述导轨固定连接。

膜展开机构中的转动轮下部分别挂设吊膜件，吊膜件下吊有薄膜。转动轮包括轮子和转动支架，轮子通过轴铰装在所述转动支架的顶部两侧，轮子安装于导轨上并可以沿导轨转动。转动支架上设置有用于穿装所述钢丝绳的第一限位孔和用于穿装限位绳的第二限位孔，第二限位孔设置于第一限位孔的下方。

限位绳包括展开限位绳和合拢限位绳，展开限位绳和合拢限位绳连接，展开限位绳串联膜展开机构的所有转动轮，合拢限位绳串联膜合拢机构的所有转动轮。电机带动驱动轴进行正转或反转，卷放轮组在驱动轴带动下旋转并牵引钢丝绳运动，限位绳在钢丝绳的牵引下带动多个转动轮往复运动，从而实现日光温室内置保温提效自动装置高效地自动覆膜和收卷功能。

操作方法

内置膜展开

电机通过驱动轴驱动正向卷放轮正向旋转，钢丝绳由北向南运动，此时钢丝绳将带动膜展开机构最南端的转动轮和膜合拢机构最北端的转动轮向导向轮的方向运动，又由于转动轮由限位绳串联，膜合拢机构的其他转动轮在最北端的转动轮的牵引作用下向导向轮的方向聚集，相应地，膜展开机构的其他转动轮在最南端的转动轮的牵引作用下向导向轮的方向展开。又由于膜展开机构下方挂设有薄膜，膜合拢机构下方不挂设薄膜，随着膜展开机构的展开和膜合拢机构的聚集，薄膜完成展开过程（扫描二维码1，观看内置膜展开过程视频）。

当按下电控柜面板上的“内置膜展开”按钮，面板上“膜展开指示”灯点亮，内置保温膜由北向南逐步展开至温室前沿到限位处自动停止，内置膜展开完毕（图2）。

内置膜合拢

薄膜合拢过程是电机通过驱动轴驱动反向卷放轮反向旋转，钢丝绳由南向北运动，此时钢丝绳将带动膜展开机构最南端的转动轮和膜合拢机构最北端的转动轮向卷放轮组的方向运动，又由于转动轮由限位绳串联，膜合拢机构的其他转动轮在最北端的转动轮的牵引作用下向卷放轮组的方向展开，相应地膜展开机构的其他转动轮在最南端的转动轮的牵引作用下向卷放轮组的方向聚集。又由于膜展开机构下方挂设有薄膜，膜合拢机构下方不挂设薄膜，随着膜展开机构的收拢和膜合拢机构的展开，薄膜完成合拢过程（扫描二维码2，观看内置膜合拢过程视频）。

当按下电控柜面板上的“内置膜合拢”按钮，面板上“膜合拢指示”灯点亮，内置保温膜由南向北慢慢合拢至温室后墙到限位处自动停止，内置膜合拢完毕（图3）。

内置保温装置的应用

自该内置保温装置研制成功以来，取得良好的应用效果，先后在山西省的太原、朔州、忻州、大同、晋中、晋南等地推广，下面以在山西省农业科学院东阳基地35号温室的应用为例，说明其保温效果。

项目组于2017年秋季在山西省农业科学院东阳基地35号温室安装上述内置保温装置，每天随棉被同时卷起，傍晚同时放下。从2018年11月5日～2019年4月30日，在35号温室内、外以及对照温室（采用普通单层膜，未安装内置保温装置）每小时测定一次大气温度，在温室内中部设立观测点，取平均值（图4）。可以发现无论是否安装内置保温装置，温室内的温度均高于室外的温度，而安装保温装置的温室较对照温室的气温升高，其幅度在0.2～4.6℃，尤其在12月25日～2月10日，

这段时间是当地每年气温最低的时段，安装保温装置的温室较对照温室的气温高2～4.25℃，表明该保温装置可以显著提高温室温度，可以实现在不加温的情况下生产喜温蔬菜。

结论

综上所述，该装置简单可靠，可以在没有立柱的日光温室安装，操作方便，保温能力强，在冬季使用时节约燃煤，建议大面积推广。

参考文献

[1] 鲍恩财，曹晏飞，邹志荣，等.节能日光温室蓄热技术研究进展[J].农业工程学报.2018，34（6）：1-14.

[2] 許红军.日光温室太阳辐射模型构建与墙体蓄热层厚度的研究[D].杨凌：西北农林科技大学.2019.

[3] 关瑞，吴坚勇，刘中华，等.日光温室钢架结构分析及优化[J].山西农业大学学报（自然科学版），2019，39（6）：100-106.

[4] 禹夏青.四种日光温室保温覆盖物的保温效果及性能评价[D].西宁：宁夏大学.2016.

[5] 倪金卫，蒋正跃，王庆.结露对双层塑料薄膜温室保温性能的影响测试分析[J].云南农业大学学报，2005，20（4）：582-584.

*项目支持：山西省重点研发计划项目（201803D221021-5）;山西省农业科学院育种工程项目（17yzgc100）;山西省农业科学院山西“农谷”研发专项（YCX201702219）。

作者简介：阎世江（1975-），山西省太原人，副研究员，主要从事蔬菜遗传育种研究。

**通信作者：张京社，男，研究员，主要从事蔬菜栽培研究。

[引用信息]阎世江，刘洁，丁京，等.一种日光温室内置保温装置的研制与应用[J].农业工程技术，2020，40（10）：52-54.