双膜日光温室春季室内环境试验研究

摘" 要：为更加全面、科学地掌握双膜日光温室在春季室内内环境的变化规律，该文以双膜日光温室为研究对象，通过实时监测室内外环境，分析双膜日光温室在春季条件下典型日的室内热湿环境时变规律和特征。试验结果表明，春季条件下，晴天当日室内最大温升达到23.91 ℃，阴天当日室内最大温升仅为10.51 ℃，多云天当日室内最大温升18.97 ℃。晴天、多云天室内光照强度与温度变化趋势相似，而湿度呈现出与光照强度相反的变化规律。阴天湿度变化范围较小，最大湿度为91.41%，最低湿度为76.17%，日平均湿度为87.67%。

关键词：双膜日光温室；春季条件；室内热湿环境；时变规律；特征

中图分类号：S157" " " 文献标志码：A" " " " " 文章编号：2096-9902（2024）10-0055-04

Abstract： In order to more comprehensively and scientifically grasp the change rule of indoor environment of double-film solar greenhouse in spring season， this paper takes double-film solar greenhouse as the research object， analyzes the time-varying law and characteristics of indoor heat and humidity environment of double-film solar greenhouse under spring conditions on a typical day by real-time monitoring of indoor and outdoor environments. The results showed that under spring conditions， the maximum indoor temperature rise reached 23.91 ℃ on a sunny day， 10.51 ℃ on a cloudy day， and 18.97 ℃ on a cloudy day. The indoor light intensity and temperature change trends were similar on sunny and cloudy days， while humidity showed an opposite change pattern to light intensity. The range of humidity changes on cloudy days was small， with the maximum humidity of 91.41%， the minimum humidity of 76.17%， and the average daily humidity of 87.67%.

Keywords： double-film solar greenhouse; spring conditions; indoor heat and humidity environment; time-varying pattern; characteristics

随着全球气候变化和人口增长，农业生产面临着越来越多的挑战，如极端天气、水资源短缺、土地退化等[1-3]。为了应对这些挑战，人们不断探索和创新农业生产方式，其中双膜日光温室技术就是一种重要的创新[4]。双膜日光温室是一种新型的温室结构，其采用了双层薄膜覆盖技术，具有保温、透光、保湿等优点[5-7]。研究表明，与传统的日光温室相比，双膜日光温室具有更高的透光率和更好的保温性能，可以有效地提高温室内部的温度和湿度[8-9]。随着双膜日光温室大棚的推广，国内外许多学者对双膜温室室内热湿环境开展了大量研究，如温湿度[10]、光照强度[11-12]、CO2浓度[13]、土壤温度[5-6，14]等，将这些关键参数控制在合理范围内，是提高农作物产量、减少病害的关键。温室内环境主要受外界环境影响，在不同的地区、不同的季节条件下，日光温室内环境参数都有明显差异，了解并掌握其变化规律对反季节作物增产增收具有重大意义[15-16]。在以往的研究中，大多学者研究了针对冬季最冷日或不同天气情况下的双膜日光温室内环境变化规律，而关于春季条件下温室内温、湿度的变化情况少有定量化的研究。因此，本文以双膜单被日光温室为研究对象，通过数据监测，分析室内热湿环境的时变规律，其研究结果可以为双膜日光温室内环境调控提供更加全面、科学的数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验温室

试验温室位于甘肃省兰州市榆中县夏官营镇，当地海拔1 895 m，该地区气候属于寒冷气候区A区，是典型的温带大陆性气候，其特点是四季分明，水热同季。2021年该地年平均气温偏高，年平均气温 7.8 ℃，比历年同期平均值偏高0.8 ℃。春季平均气温9.4 ℃，较历年平均值偏高0.8 ℃。年降水量294.9 mm，年降水偏少，降水分布不均匀，比历年同期平均值偏少20%。被试验温室为双膜单被结构，温室坐北朝南，东西长度49.46 m，南北跨度8.55 m，脊高5.45 m，后墙高3.30 m，温室平面和剖面结构示意图如图1所示。

1.2" 测试方案

1.2.1" 实验仪器

室外空气温湿度、太阳辐射等数据均由室外小型气候监测站进行实时监测。室内空气温度、湿度等数据由温湿度记录仪进行实时监测。数据保存时间间隔为20 min。测试仪器、型号参数及精度见表1。

1.2.2" 测点布置

测试点布置方案根据双膜日光温室的结构和作物生长的需求进行设计，室外小型气候监测站布置在温室正前方，与温室垂直距离100 m以内，周围环境较开阔，且无任何遮挡。光照强度传感器布置在每个截面中心位置。为了准确反映温室室内作物冠层温湿度，在温室沿长度方向由东向西选取了3个截面，分别记为截面1、截面2、截面3，其中截面1、3分别距离东西山墙约1 m，截面2位于整个温室中间位置，然后在每个截面距离地面0.5 m高处，由南到北选取3个测点，分别为a测点、b测点、c测点，每个截面3个测点，3个截面合计9个测点，在每个测点布置一个温湿度记录仪。

1.2.3" 测试时间

测试试验从2020年冬季12月一直持续到2021年春季4月，试验仪器均为24小时全天候不间断采集模式，为了方便数据处理，所有数据采集设备采集时间间隔统一设置为20 min。

1.2.4" 数据处理

先通过WPS办公软件对大量的原始数据进行了筛选，筛选出春季条件下典型天气3天的数据后，对温湿度值及光照强度值进行平均值计算，计算后的数据采用Origin2021软件作图进行分析。

2" 结果与分析

为了准确反映双膜日光温室在春季条件下的室内环境变化规律，在春季测试期间，选取了典型晴天（2021年3月11日）、典型阴天（2021年3月17日）和典型多云天（2021年3月21日）3天的数据加以分析，根据室外气象站的数据，室外太阳辐射以及室外温湿度的日变化规律如图2和图3所示。从图2可以看出，晴天、阴天和多云天气的室外太阳辐射差异较大，晴天辐射变化平稳，当日最高辐射出现在13：20，为731.90 W/m2，日平均辐射为206.58 W/m2，阴天辐射波动剧烈，最高辐射出现在14：40，为364.40 W/m2，日平均辐射为69.22 W/m2，多云天辐照变化相对平稳，最高辐射出现在13：20，为500.60 W/m2，日平均辐射为139.14 W/m2，日累计辐射晴天gt;多云天gt;阴天。从图3可知，晴天室外最高、最低温度分别为22.464 ℃、0.301 ℃，最大温差22.163 ℃，日平均气温10.155 ℃，日平均湿度46.70%；阴天室外最高、最低温度分别为11.589 ℃、4.168 ℃，最大温差7.421 ℃，日平均气温7.154℃，日平均湿度44.17%；多云天室外最高、最低温度分别为11.540 ℃、-3.717 ℃，最大温差15.257 ℃，日平均气温3.314 ℃，日平均湿度33.80%。

2.1" 晴天温室室内环境日变化规律

图4为典型晴天条件下温室室内平均温度、相对湿度及光照强度随时间的日变化情况。从图4中可以看出当日室内最高光照强度为56 791 Lx，日平均光照强度为11 883 Lx，室内光照强度变化和室外太阳辐射变化规律一致，室内最高温度为44.35 ℃，最低温度为18.12 ℃，日平均温度为26.07 ℃，0：00—8：00时间段内，温室室内温度下降缓慢，从20.44 ℃下降至当日温室室内最低温度18.12 ℃，温度平均下降速度为0.29 ℃/h，随后由于太阳辐射快速上升和保温被开启的原因，8：00—14：30时间段室内温度开始快速上升，温度平均上升速度为4.04 ℃/h，在14：30左右到达当日峰值44.35℃，当日室内最大温升达到23.91 ℃，而后室内温度随着太阳辐射的下降开始快速回落，直至19：30保温被关闭后，室内温度下降速度逐渐变缓，室内温度总体呈现出夜间缓慢下降，白天先快速上升，而后快速下降的趋势。室内最高湿度为91.30%，最低湿度为19.53%，日平均湿度为67.53%，室内湿度总体呈现出夜间缓慢上升，白天先快速下降，后快速上升的趋势，表现出与室内温度相反的变化规律。

2.2" 阴天室内环境日变化规律

图5为典型阴天条件下温室室内平均温度、相对湿度及光照强度随时间的日变化情况。从图5中可以看出当日室内最高光照强度为12 631 Lx，日平均光照强度为1 824 Lx，室内光照强度变化和室外太阳辐射变化规律一致，室内最高温度为28.79 ℃，最低温度为16.43 ℃，日平均温度为19.61 ℃，0：00—8：00时间段内，温度变化曲线十分平缓，温度从18.25 ℃下降至17.60 ℃，温度下降速度仅为0.08 ℃/h，随后随着保温被的开启，温度先经历了短暂的下降后再上升的变化规律，打开保温被后由于受阴天天气影响和太阳辐射较低的原因以及室内外温差大的原因，温度出现了短暂下降而后上升的情况，到16：20分温度才达到当日最高温度28.76 ℃，最高温度出现时刻较晴天条件下有较大的滞后，日最大温升仅为10.51 ℃，说明温升受阴天天气影响较大，而后随着太阳辐射持续降低，室内温度也开始快速下降，直至19：00保温被关闭后，温度下降速度变缓，室内温度总体呈现出夜间缓慢变化，白天先升后降的趋势。当日室内湿度变化范围较小，最大湿度为91.41%，最低湿度为76.17%，日平均湿度为87.67%，室内湿度总体呈现出夜间缓慢上升，白天先降后升的趋势，表现出与室内温度相反的变化规律。

2.3" 多云天室内环境日变化规律

图6为典型多云天条件下温室室内平均温度、相对湿度及光照强度随时间的日变化情况。从图6中可以看出当日室内最高光照强度为39 444 Lx，日平均光照强度为9 286 Lx，室内光照强度变化和室外太阳辐射变化规律一致，室内最高温度为35.39 ℃，最低温度为14.00 ℃，日平均温度为21.26 ℃，0：00—8：00时间段内，温度从15.82 ℃缓慢下降至14.00 ℃，温度下降速度为0.24 ℃/h，从8：00—9：00温度开始缓慢上升至15 ℃，该阶段温升仅1 ℃，主要原因是未打开保温被，温升来源于早晨较弱的太阳辐射，从9：00打开保温被后，温度开始快速上升，到14：00左右达到当日最高温度34.79 ℃，该阶段温升速度为3.96 ℃/h，随后由于太阳辐射的下降温度随之快速回落，温度下降一直持续到19：30保温被关闭，此时温度为22.67 ℃，随后温度进入缓慢下降阶段，室内温度总体呈现出夜间缓慢变化，白天先快速上升，而后快速下降的趋势。当日室内湿度变化范围较小，最大湿度为91.41%，最低湿度为32.17%，日平均湿度为76.17%，室内湿度总体呈现出夜间缓慢上升，白天先降后升的趋势，表现出与室内温度相反的变化规律。

3" 讨论与结论

温度、湿度、光照等是温室内部环境因子的重要组成部分，三者相互影响，相互作用，共同营造了温室内部环境。双膜日光温室是一种新型的温室结构，它采用了双层薄膜覆盖技术，具有保温、透光、保湿等优点。

本文通过对西北寒冷地区双膜单被日光温室在春季条件下，选取春季典型天气（晴天、阴天、多云天），对室外辐射、室外温湿度、室内温度、室内湿度及室内关照强度等数据的时变规律进行了分析，得出如下结论，春季条件下，晴天当日室内最大温升达到26.23 ℃，阴天当日室内最大温升仅为12.36 ℃，多云天当日室内最大温升21.39 ℃。

晴天、多云天室内光照强度与温度变化趋势相似，在温度快速上升阶段，温度随着光照强度增大而升高，而湿度呈现出与光照强度相反的变化规律。

阴天湿度变化范围较小，最大湿度为91.41%，最低湿度为76.17%，日平均湿度为87.67%，总体湿度过高，不利于作物的生长和发育。

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