新型保温被结构温室冬季环境性能测试评价

伏文卓 魏鑫 高艳明

摘要：为探索更为经济环保的温室结构，温室后墙创新采用保温被并配套主动蓄放热系统，通过测定温室内环境指标，并与对照温室对比，得到新型温室结构在冬季栽培生产中的优势。试验结果表明，新建温室空气温度月变化均值平均为16.40 ℃，较对照提高16.56%;空气湿度差别均不大;新建温室土壤温度月变化均值平均为16.51 ℃，较对照提高8.32 ℃;新建温室光照度和二氧化碳浓度较低，分别较对照低6.76%、24.97%。综合以上5个环境指标因素，针对冬季主要考察保温性能的特点可知，新建温室可有效提高温室内空气温度、土壤温度，较对照温室更具优势。

关键词：日光温室;后墙结构;环境测试;水幕循环系统;保温被;保温性能

温室栽培已成为我国北方越冬生产的一大重要手段。近年来，许多研究通过对后墙、前屋面、后屋面结构进行改造得到因地制宜、因气候制宜的温室[1-5]，这为当地发展设施农业奠定了理论基础。但由于日光温室建造成本普遍偏高、季节特点鲜明、效益不高等原因，导致许多温室研究的适用性不高。因此，本试验从简便易安装、环保价廉的角度出发，在温室后墙创新采用保温被结构，该结构替代了土垒、砖砌等温室耗材的使用，可节省成本，减少耗时，提高建造效率。除此之外，由于温室内冬季白天热辐射较大，在新建温室内配置11.42 m3蓄水池，后墙前增设水幕系统，利用水幕循环系统对水体增温，夜间通过水幕循环系统将蓄水池内白天加热过的水体进行再循环，实现夜间对温室内空气增温的作用，减少人工增温措施，降低成本。由于水的比热大，夏季也可利用水幕循环达到降温的目的，实现冬夏两用。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验温室均位于宁夏回族自治区中卫市新阳光怡然生态园内，均采用组装式卡槽型热镀锌全钢架结构。该结构取代了传统日光温室常用的卡槽和压膜线，防风、保温性能好，无焊点，防腐性能好，使用寿命长，生产效率高，标准化程度高，运输方便，可现场组装。示范推广多功能组装式卡槽型钢设施农业骨架，对推动设施骨架产业化生产，规范其生产、安装技术，实现其大规模的推广应用，具有重要的现实意义。

新建温室后墙创新使用保温被与彩钢板复合结构（图1），从内到外依次为钢架、1层防潮隔温薄膜、3层太空棉被、钢龙骨、0.3 mm彩钢板，墙高3.8 m，脊高4.7 m，跨度10 m。该结构减少了建筑耗材的使用，降低了温室建造成本。温室内部使用面积大，利于装备现代化农机，实现作物现代化生产，提高效率。对照温室的后墙为土垒墙+0.5 mm 彩钢瓦，墙高4 m，脊高5 m，跨度7 m（图2）。

1.2 试验方法

针对不同温室结构在冬季表现的保温性能，研究其温度差异[6-7]并进行环境综合评价。通过测定塑料大棚内空气温度、湿度、土壤表层以下10 cm深度处温度、光照度及二氧化碳浓度，分析不同结构温室内各指标的最高值、平均值、典型晴天阴天差异，绘制典型晴天、阴天变化及月变化均值折线图，得到冬季空气温度、土壤温度较高以及环境综合性能良好的较优结构日光温室。

试验采用北京紫藤连线科技有限公司的ZWSN-C-A型多动能无线数据采集器采集数据，采集器搭载ZigWSN系统平台，可实现数据实时上传和下载，对环境进行实时监控。

2 结果与分析

2.1 不同日光温室结构的空气温度变化

不同的温室结构对温室内部环境影响极大，尤其对空气温度而言，空气温度高低既反映着温室结构优劣，又说明管理方式好坏。由图3可见，典型晴天空气温度呈双峰型变化趋势，首先随着太阳辐射增强，2温室内空气温度均升高，在中午由于风口打开，空气温度呈现短暂下降趋势，随后继续小幅上升，16：00之后随着太阳辐射减弱，空气温度降低，典型晴天新建温室空氣温度均值为15.50 ℃，对照温室为12.75 ℃，新建温室有效提高空气温度21.57%。典型阴天2温室空气湿度均呈现单峰型变化趋势，新建温室气温均值为11.84 ℃，对照温室为 9.31 ℃，新建温室空气温度有效提高27.18%。从最高空气温度月变化来看，12月至次年2月期间室外空气温度较低时，新建温室较对照温室提高0.2 ℃。而对于最低空气温度，新建温室始终高于对照温室，新建温室最低空气温度月变化均值为8.64 ℃，对照温室为6.37 ℃，新建温室较对照提高了35.64%。新建温室空气温度月变化均值平均为16.40 ℃，对照温室为14.07 ℃，新建温室高于对照温室提高16.56%，由此可见，新建温室结构可有效保障冬季温室内空气温度不至于过低。

2.2 不同日光温室结构空气湿度变化

空气湿度变化和空气温度变化总体成反比，空气温度越高，空气湿度越低。新建温室较对照可有效提高室内温度，因此不论典型晴天还是阴天，新建温室空气湿度均总体低于对照。如图4所示，典型晴天环境下，新建温室空气湿度均值为74.57%，对照温室为82.97%，对照温室比新建大温室8.4百分点。阴天环境下空气温度有所降低，所以较晴天空气湿度有所上升，新建温室均值为90.51%，对照温室为93.70%，对照温室较新建温室大3.19百分点。最大空气湿度月变化均值新建温室较对照温室低2.59百分点，最小空气湿度变化均值新建温室较对照温室高0.84百分点，月均值变化新建温室平均较对照温室低2.62百分点，差别均不大。

2.3 不同日光温室结构土壤温度变化

土壤温度是影响植株生长重要的环境指标之一，直接影响着植株质量和果实品质[8]。土壤温度过高，直接导致植株失水萎蔫;土壤温度过低，导致果实品质下降。研究发现，番茄生长最适宜土壤温度为 20～22 ℃，而一般日光温室内冬季土壤温度为14～16 ℃[9]，因此土壤温度的提高至关重要。除此之外，不同灌溉方式对番茄土壤温度有一定影响[10]。如图5所示，典型晴天、阴天，新建温室土壤温度总体高于对照，晴天新建温室土壤温度均值为15.59 ℃，对照温室为11.66 ℃，新建温室较对照温室提高33.70%;阴天新建温室土壤温度均值为14.70 ℃，对照温室为10.27 ℃，新建温室较对照提高43.14%。新建温室土壤温度最大值均值为 22.91 ℃，对照温室为18.12 ℃，新建温室较对照温室提高26.43%;新建温室最低温度均值为 11.35 ℃，对照温室为 6.85 ℃，可见新建温室可有效提高温室内最低温度均值65.69%。从土壤温度月均值变化看，新建温室平均为16.51 ℃，对照温室平均为8.19 ℃，新建温室较对照温室提高了2倍多，土壤温度变化相对于空气温度变化更稳定，新建温室可有效提高温室土壤温度均值  8.32 ℃，间接反映出新建温室保温效果大大优于对照温室，新建温室结构更利于冬季保温。

2.4 不同日光温室结构光照度变化

光照度大小直接影响果实品质，不同温室结构对光照度影响较大。由于日光温室会阻挡部分太阳辐射，影响温室内光照度，因此温室内光照度在10 000 lx左右。如图6所示，典型晴天，新建、对照温室内光照度均较大，均值分别达到17 954.15、19 616.82 lx;典型阴天下新建温室内光照度均值为2 715.26 lx，对照温室为2 561.36 lx，新建温室较对照温室提高153.90 lx。最大光照度一般出现在 12：00—15：00之间。新建温室最大光照度均值达29 836 lx，对照温室达34 461 lx，新建温室较对照低 4 625 lx。从光照度月均值变化来看，新建温室仍低于对照温室，平均值分别为6 282、6 738 lx，这是由于新建温室脊高大，温室内空间较对照温室大，距离前屋面相对较远，因此出现光照度较低现象。

2.5 不同日光温室结构二氧化碳含量变化

温室内二氧化碳含量随着植株光合速率的变化而变化，在夜间由于植株处于暗环境下，光合作用停止，温室内植株以呼吸作用为主，且由于温室环境相对较为密闭，温室内二氧化碳浓度在日出前后都处于一个相对稳定状态。如图7所示，伴随着日出太阳辐射的增强，植株开始进行光合作用，室内二氧化碳含量开始降低，直至12：00左右，二氧化碳含量降到最低，之后伴随太阳辐射强度变化而上下波动。不论典型晴天阴天，大体上对照温室浓度均高于新建温室，且新建温室二氧化碳含量曲线变化较平缓，对照温室波动较大，晴天下新建温室二氧化碳浓度均值为522 mg/L，对照温室为 900 mg/L，对照温室较新建温室高378 mg/L;阴天下新建温室二氧化碳浓度均值为746 mg/L，对照温室 820 mg/L，新建较对照低74 mg/L，相差不大。可见新建温室内环境更为稳定，白天可保证较强的光合作用，夜间可以保证较低的呼吸作用，利于植株的养分积累，提高果实品质。

二氧化碳含量最大值和均值变化也呈现新建温室低于对照温室的规律，新建温室二氧化碳含量最大值的均值为796 mg/L，对照温室为 1 050 mg/L，对照较新建高31.91%。新建温室二氧化碳含量均值平均为 623.26 mg/L，对照温室平均为830.63 mg/L，新建温室较对照温室低24.97%，可见新建温室内植株光合作用强于对照温室，可为植株提供良好的生长环境。

3 结论

空气温度变化均值新建温室平均为16.40 ℃，对照温室14.07 ℃，新建温室较对照温室且提高16.56%。空气湿度月均值变化新建温室平均较对照低2.62%，差别均不大。新建温室土壤温度月变化均值平均为16.51 ℃，对照温室为 8.19 ℃，新建温室可有效提高温室土壤温度均值 8.32 ℃，土壤温度变化相对于空气温度变化更稳定，更能反映新建温室较对照保温效果好。从光照度月均值变化来看，新建温室低于对照温室，平均值分别为6 282、6 738 lx。新建温室二氧化碳含量月均值平均为623.26 mg/L，对照温室为830.63 mg/L，新建较对照温室低24.97%，可见新建温室内植株光合作用强于对照温室，可为植株提供良好的生长环境。综合以上5个环境指标因素，针对冬季主要考察保温性能特点，新建温室可有效提高温室内空气温度、土壤温度，较对照温室更具优势。

参考文献：

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