不同保溫墻體對日光溫室熱環境的影響

摘要：為了探究傳統土墻、土+聚苯板墻體、全聚苯板輕質墻體對日光溫室保溫效果的影響，對應用3種不同保溫墻體日光溫室的室內熱環境進行了對比試驗。結果表明，3種天氣情況下，白天8：00～12：00，土+聚苯板溫室的室內氣溫均高于土墻溫室和全輕質聚苯板溫室，平均高1.4 ℃和2.3 ℃；夜間土墻溫室的保溫效果最好，土+聚苯板溫室的保溫效果僅次于土墻溫室，其室內氣溫比土墻溫室室內氣溫平均低0.5 ℃，但比全輕質聚苯板溫室室內氣溫平均高1.6 ℃。土+聚苯板墻體溫室白天和夜間的保溫蓄熱效果在這3種墻體溫室中相對較好，在溫室墻體改造過程中，可以采取性價比較高的此種溫室。

關鍵詞：日光溫室；熱環境；土墻；聚苯板；保溫

中圖分類號：S625 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）13-3472-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.13.052

日光溫室是中國特有的、具有自主知識產權的一種設施類型。目前，中國日光溫室的面積已達70×104 hm2，占中國設施園藝總面積的21%[1]。由于大多數日光溫室不安裝輔助加溫設備，墻體就成為保證室內氣溫、滿足作物生長需求的核心要素[2]。墻體材料不僅是影響墻體保溫蓄熱性能的重要因素，也是影響墻體結構安全、建造成本和生態環境的重要因素[3]。整個墻體的隔熱保溫及蓄熱能力的強弱決定著室內作物能否安全渡過北方寒冷的冬季[4]。

在中國北方地區，土墻日光溫室面積在日光溫室的總面積中比例最大[5]。厚實的墻體隔熱性能好，蓄熱能力強，在冬季不加熱的情況下，土墻日光溫室能夠基本保證室內作物正常生長[6-8]。但目前日光溫室土墻的建造厚度、建造條件等尚無統一標準可遵循，墻體過厚不僅增加溫室建造成本，同時造成耕地資源浪費，因此多地出現了不同保溫墻體的日光溫室。聚苯泡沫板作為輕質保溫材料被逐漸應用于日光溫室生產，該材料可放置于墻體中間或貼附在墻體外表面來提高墻體保溫性能[9]。很多學者將聚苯板用于復合墻體中，取得了較好的保溫效果[10-12]，但對全聚苯板溫室的研究相對較少，這可能與冬季全聚苯板溫室的保溫效果不佳有關。但在華北一些冬季氣溫相對不低的地區，全聚苯板溫室正在被應用，例如山東省菏澤市的一些地區，農民正將部分全土墻溫室改造成輕質聚苯板溫室。為此，有必要探究全聚苯板溫室與全土墻溫室的保溫效果，比較其保溫性能，以期為農民的生產實踐提供理論指導，防止農民盲目設計與改造溫室，影響生產效益。

1 材料與方法

1.1 試驗溫室

試驗溫室位于山東省菏澤市定陶縣黃店鎮，測試溫室除墻體材料不同外，其他構造均相同。1號溫室為土墻日光溫室，其北墻及東西山墻均為壓實土墻，后墻頂部厚1 m，底部厚5 m，東西山墻厚1.5 m；2號溫室是在1號溫室基礎上改造而來，溫室北墻（后墻）替換為200 mm厚聚苯板，為防止聚苯板拼接處透風以及熱量損失，其表面包裹厚塑料膜，東西山墻與1號溫室相同為土墻；3號溫室為全輕質墻體（聚苯板）日光溫室，所有墻體材料均選用200 mm厚聚苯板包裹塑料膜。測試溫室跨度7 m，脊高3.4 m，后墻高2.7 m，長100 m，下挖50 cm，前屋面采用全鋼骨架，防滴聚氯乙烯膜覆蓋，采用卷簾機、保溫被機構進行外保溫。

測試時間為2014年11月20日至12月20日，測試期間溫室內均種植芹菜，種植時間及管理措施一致，試驗時芹菜處于成熟期，保溫被的揭蓋時間視天氣情況而定。

1.2 試驗儀器

多路溫濕度測試儀（6通道），溫度傳感器測量范圍為-50～150 ℃，測試精度為±0.5 ℃，分辨率為0.1 ℃，用于記錄溫室內溫濕度，設置時間間隔為10 min。HOBO（U12-012）溫濕度記錄儀，溫度測量范圍-20～70 ℃，溫度測量精度±0.35 ℃，濕度測量范圍5%～95%，RH精度±2.5%，用于記錄溫室外溫濕度，設置時間間隔為10 min。

1.3 試驗方法

每個溫室室內設置3組共6個測試點，用來采集溫室內溫濕度。第一組的兩個測點分別設置在距溫室前端1.5 m、距溫室內地面高1 m處，第二組的兩個測點分別設置在距溫室前端3 m、距溫室內地面高1.5 m處，第三組的兩個測點分別設置在距溫室前端4.5 m、距溫室內地面高2 m處，每組測點中的第1個測點距溫室東墻35 m，第2個測點距溫室東墻70 m。測點布置如圖1所示。

2 結果與分析

在試驗過程中，取晴天、陰天和雨天這3種天氣作為典型天氣，對典型天氣的代表典型日2014年11月27日8：00～28日8：00（小雨）、2014年12月4日8：00～5日8：00（晴）和2014年12月9日8：00～10日8：00（陰）所獲取的試驗數據進行分析。

2.1 雨天溫室內的熱環境特點

2014年11月27日8：00～28日8：00雨天，早上8：00揭保溫被，下午13：00蓋保溫被。1號、2號、3號溫室室內溫度如圖2所示。圖2表明，雨天情況下，3個溫室室內溫度均偏低，最高溫度不到15 ℃；白天，8：00～12：30之間，2號溫室內溫度均略高于1號溫室和3號溫室，比1號溫室室內溫度平均高0.6 ℃，比3號溫室室內溫度平均高1.2 ℃；下午13：00覆蓋保溫被后，溫室內溫度下降，3號溫室室內溫度下降明顯，1號溫室室內溫度比2號溫室高0.4 ℃，比3號溫室高2.1 ℃，2號溫室室內溫度比3號溫室高1.7 ℃，說明夜間1號土墻溫室的保溫效果最好，這取決于土墻良好的蓄熱效果，2號溫室次之，3號溫室的保溫效果相對較差，聚苯板墻體的蓄熱保溫能力不強。

2.2 晴天溫室內的熱環境特點

2014年12月4日8：00至5日8：00晴天，早上8：00揭保溫被，下午14：00蓋保溫被。1號、2號、3號溫室室內溫度如圖3所示。圖3表明，晴天情況下，保溫被揭開后，由于光照原因，溫室內溫度迅速回升。8：00～12：00，2號溫室回溫速度尤為明顯，其室內溫度遠高于1號、3號溫室，比1號溫室室內溫度平均高3.5 ℃，最高達9.4 ℃，比3號溫室室內溫度平均高3.6 ℃，最高達8.2 ℃，說明2號溫室回溫速度較快，這可能與土質后墻較好的蓄熱能力和聚苯板側墻較好的保溫能力有關；12：00～14：00，3個溫室室內溫度相差不大，總體來看1號溫室室內溫度變化相對平穩；14：00蓋保溫被后，由于進入溫室內的太陽輻射被阻斷，室內溫度明顯下降，相比較而言，1號溫室室內溫度下降速率低于2號、3號溫室，其室內溫度高于2號、3號溫室，3號溫室室內溫度略低于2號溫室；17：00太陽西下后，3個溫室室內溫度變化趨于平穩，其中3號溫室室內溫度最低，均低于1號、2號溫室，2號溫室室內氣溫低于1號溫室，24：00后1號、2號兩溫室室內溫度相差不大，說明夜間1號土墻溫室的保溫效果最好，2號僅次于1號溫室，差別不大，3號溫室保溫效果相對較差，其室內溫度比1號溫室平均低2.7 ℃，比2號溫室平均低2 ℃。

2.3 陰天溫室內的熱環境特點

2014年12月9日8：00至10日8：00陰天，早上9：00揭保溫被，下午15：00蓋保溫被。1號、2號、3號溫室室內溫度如圖4所示。圖4表明，由于天氣的變化，3個溫室室內溫度均出現反復，這是由于在中午12：00后的一段時間內陰天較為嚴重，14：00左右天氣稍轉晴。9：00～12：00，2號溫室室內溫度比1號溫室室內溫度平均高0.8 ℃，比3號溫室室內溫度平均高2.1 ℃；蓋保溫被后15：00～19：00這段時間內，3號溫室的室內氣溫略高于2號溫室，平均高1.1 ℃，這與前兩種天氣情況下不同；19：00至次日8：00，1號溫室室內氣溫高于2號、3號溫室，平均高0.7 ℃和1.6 ℃。

3 小結與討論

通過對3種不同保溫墻體日光溫室室內熱環境的對比試驗可知，白天8：00～12：00，土+聚苯板溫室的回溫速度最快，其室內溫度高于土墻溫室和全聚苯板溫室，比土墻溫室平均高1.4 ℃，比全聚苯板溫室高2.3 ℃，土+聚苯板的蓄熱能力、提高室溫能力較為突出。夜間土墻溫室的保溫效果最好，土+聚苯板溫室的保溫效果僅次于土墻溫室，比土墻溫室的室內氣溫平均低0.5 ℃，全聚苯板溫室的保溫效果最差，比土墻溫室的室內氣溫平均低2.1 ℃，比土+聚苯板溫室的室內氣溫平均低1.6 ℃。

與傳統厚土墻溫室相比，經改造后的土+聚苯板溫室，既節省土地、提高土地利用率，又由于自身土墻良好的蓄熱能力和聚苯板良好的保溫能力達到了較好保溫效果。全聚苯板溫室，雖然在更大程度上節約了土地，但其保溫效果相對較差，且改造成本相對較高。

綜上，為了提高土地的利用率，同時保證溫室越冬生產的順利進行、提高生產效率，建議一些地區可以將傳統厚土墻日光溫室改造成為土+聚苯板結合墻體日光溫室；在一些暖冬地區可以將厚土墻溫室改造成為全聚苯板溫室，但要考慮惡劣天氣的影響，及時采取相應措施。本試驗期間為初冬，室外溫度較高，所得試驗結果并不能代表整個冬季的溫室生產，為了更好地指導生產實踐，將對試驗進一步進行研究，對不同時期溫室內的熱環境進行全面監控，獲得更加詳實、可靠的試驗數據，為農戶提供理論指導。

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