雙膜日光溫室春季室內環境試驗研究

摘" 要：為更加全面、科學地掌握雙膜日光溫室在春季室內內環境的變化規律，該文以雙膜日光溫室為研究對象，通過實時監測室內外環境，分析雙膜日光溫室在春季條件下典型日的室內熱濕環境時變規律和特征。試驗結果表明，春季條件下，晴天當日室內最大溫升達到23.91 ℃，陰天當日室內最大溫升僅為10.51 ℃，多云天當日室內最大溫升18.97 ℃。晴天、多云天室內光照強度與溫度變化趨勢相似，而濕度呈現出與光照強度相反的變化規律。陰天濕度變化范圍較小，最大濕度為91.41%，最低濕度為76.17%，日平均濕度為87.67%。

關鍵詞：雙膜日光溫室；春季條件；室內熱濕環境；時變規律；特征

中圖分類號：S157" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：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

隨著全球氣候變化和人口增長，農業生產面臨著越來越多的挑戰，如極端天氣、水資源短缺、土地退化等[1-3]。為了應對這些挑戰，人們不斷探索和創新農業生產方式，其中雙膜日光溫室技術就是一種重要的創新[4]。雙膜日光溫室是一種新型的溫室結構，其采用了雙層薄膜覆蓋技術，具有保溫、透光、保濕等優點[5-7]。研究表明，與傳統的日光溫室相比，雙膜日光溫室具有更高的透光率和更好的保溫性能，可以有效地提高溫室內部的溫度和濕度[8-9]。隨著雙膜日光溫室大棚的推廣，國內外許多學者對雙膜溫室室內熱濕環境開展了大量研究，如溫濕度[10]、光照強度[11-12]、CO2濃度[13]、土壤溫度[5-6，14]等，將這些關鍵參數控制在合理范圍內，是提高農作物產量、減少病害的關鍵。溫室內環境主要受外界環境影響，在不同的地區、不同的季節條件下，日光溫室內環境參數都有明顯差異，了解并掌握其變化規律對反季節作物增產增收具有重大意義[15-16]。在以往的研究中，大多學者研究了針對冬季最冷日或不同天氣情況下的雙膜日光溫室內環境變化規律，而關于春季條件下溫室內溫、濕度的變化情況少有定量化的研究。因此，本文以雙膜單被日光溫室為研究對象，通過數據監測，分析室內熱濕環境的時變規律，其研究結果可以為雙膜日光溫室內環境調控提供更加全面、科學的數據支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗溫室

試驗溫室位于甘肅省蘭州市榆中縣夏官營鎮，當地海拔1 895 m，該地區氣候屬于寒冷氣候區A區，是典型的溫帶大陸性氣候，其特點是四季分明，水熱同季。2021年該地年平均氣溫偏高，年平均氣溫 7.8 ℃，比歷年同期平均值偏高0.8 ℃。春季平均氣溫9.4 ℃，較歷年平均值偏高0.8 ℃。年降水量294.9 mm，年降水偏少，降水分布不均勻，比歷年同期平均值偏少20%。被試驗溫室為雙膜單被結構，溫室坐北朝南，東西長度49.46 m，南北跨度8.55 m，脊高5.45 m，后墻高3.30 m，溫室平面和剖面結構示意圖如圖1所示。

1.2" 測試方案

1.2.1" 實驗儀器

室外空氣溫濕度、太陽輻射等數據均由室外小型氣候監測站進行實時監測。室內空氣溫度、濕度等數據由溫濕度記錄儀進行實時監測。數據保存時間間隔為20 min。測試儀器、型號參數及精度見表1。

1.2.2" 測點布置

測試點布置方案根據雙膜日光溫室的結構和作物生長的需求進行設計，室外小型氣候監測站布置在溫室正前方，與溫室垂直距離100 m以內，周圍環境較開闊，且無任何遮擋。光照強度傳感器布置在每個截面中心位置。為了準確反映溫室室內作物冠層溫濕度，在溫室沿長度方向由東向西選取了3個截面，分別記為截面1、截面2、截面3，其中截面1、3分別距離東西山墻約1 m，截面2位于整個溫室中間位置，然后在每個截面距離地面0.5 m高處，由南到北選取3個測點，分別為a測點、b測點、c測點，每個截面3個測點，3個截面合計9個測點，在每個測點布置一個溫濕度記錄儀。

1.2.3" 測試時間

測試試驗從2020年冬季12月一直持續到2021年春季4月，試驗儀器均為24小時全天候不間斷采集模式，為了方便數據處理，所有數據采集設備采集時間間隔統一設置為20 min。

1.2.4" 數據處理

先通過WPS辦公軟件對大量的原始數據進行了篩選，篩選出春季條件下典型天氣3天的數據后，對溫濕度值及光照強度值進行平均值計算，計算后的數據采用Origin2021軟件作圖進行分析。

2" 結果與分析

為了準確反映雙膜日光溫室在春季條件下的室內環境變化規律，在春季測試期間，選取了典型晴天（2021年3月11日）、典型陰天（2021年3月17日）和典型多云天（2021年3月21日）3天的數據加以分析，根據室外氣象站的數據，室外太陽輻射以及室外溫濕度的日變化規律如圖2和圖3所示。從圖2可以看出，晴天、陰天和多云天氣的室外太陽輻射差異較大，晴天輻射變化平穩，當日最高輻射出現在13：20，為731.90 W/m2，日平均輻射為206.58 W/m2，陰天輻射波動劇烈，最高輻射出現在14：40，為364.40 W/m2，日平均輻射為69.22 W/m2，多云天輻照變化相對平穩，最高輻射出現在13：20，為500.60 W/m2，日平均輻射為139.14 W/m2，日累計輻射晴天gt;多云天gt;陰天。從圖3可知，晴天室外最高、最低溫度分別為22.464 ℃、0.301 ℃，最大溫差22.163 ℃，日平均氣溫10.155 ℃，日平均濕度46.70%；陰天室外最高、最低溫度分別為11.589 ℃、4.168 ℃，最大溫差7.421 ℃，日平均氣溫7.154℃，日平均濕度44.17%；多云天室外最高、最低溫度分別為11.540 ℃、-3.717 ℃，最大溫差15.257 ℃，日平均氣溫3.314 ℃，日平均濕度33.80%。

2.1" 晴天溫室室內環境日變化規律

圖4為典型晴天條件下溫室室內平均溫度、相對濕度及光照強度隨時間的日變化情況。從圖4中可以看出當日室內最高光照強度為56 791 Lx，日平均光照強度為11 883 Lx，室內光照強度變化和室外太陽輻射變化規律一致，室內最高溫度為44.35 ℃，最低溫度為18.12 ℃，日平均溫度為26.07 ℃，0：00—8：00時間段內，溫室室內溫度下降緩慢，從20.44 ℃下降至當日溫室室內最低溫度18.12 ℃，溫度平均下降速度為0.29 ℃/h，隨后由于太陽輻射快速上升和保溫被開啟的原因，8：00—14：30時間段室內溫度開始快速上升，溫度平均上升速度為4.04 ℃/h，在14：30左右到達當日峰值44.35℃，當日室內最大溫升達到23.91 ℃，而后室內溫度隨著太陽輻射的下降開始快速回落，直至19：30保溫被關閉后，室內溫度下降速度逐漸變緩，室內溫度總體呈現出夜間緩慢下降，白天先快速上升，而后快速下降的趨勢。室內最高濕度為91.30%，最低濕度為19.53%，日平均濕度為67.53%，室內濕度總體呈現出夜間緩慢上升，白天先快速下降，后快速上升的趨勢，表現出與室內溫度相反的變化規律。

2.2" 陰天室內環境日變化規律

圖5為典型陰天條件下溫室室內平均溫度、相對濕度及光照強度隨時間的日變化情況。從圖5中可以看出當日室內最高光照強度為12 631 Lx，日平均光照強度為1 824 Lx，室內光照強度變化和室外太陽輻射變化規律一致，室內最高溫度為28.79 ℃，最低溫度為16.43 ℃，日平均溫度為19.61 ℃，0：00—8：00時間段內，溫度變化曲線十分平緩，溫度從18.25 ℃下降至17.60 ℃，溫度下降速度僅為0.08 ℃/h，隨后隨著保溫被的開啟，溫度先經歷了短暫的下降后再上升的變化規律，打開保溫被后由于受陰天天氣影響和太陽輻射較低的原因以及室內外溫差大的原因，溫度出現了短暫下降而后上升的情況，到16：20分溫度才達到當日最高溫度28.76 ℃，最高溫度出現時刻較晴天條件下有較大的滯后，日最大溫升僅為10.51 ℃，說明溫升受陰天天氣影響較大，而后隨著太陽輻射持續降低，室內溫度也開始快速下降，直至19：00保溫被關閉后，溫度下降速度變緩，室內溫度總體呈現出夜間緩慢變化，白天先升后降的趨勢。當日室內濕度變化范圍較小，最大濕度為91.41%，最低濕度為76.17%，日平均濕度為87.67%，室內濕度總體呈現出夜間緩慢上升，白天先降后升的趨勢，表現出與室內溫度相反的變化規律。

2.3" 多云天室內環境日變化規律

圖6為典型多云天條件下溫室室內平均溫度、相對濕度及光照強度隨時間的日變化情況。從圖6中可以看出當日室內最高光照強度為39 444 Lx，日平均光照強度為9 286 Lx，室內光照強度變化和室外太陽輻射變化規律一致，室內最高溫度為35.39 ℃，最低溫度為14.00 ℃，日平均溫度為21.26 ℃，0：00—8：00時間段內，溫度從15.82 ℃緩慢下降至14.00 ℃，溫度下降速度為0.24 ℃/h，從8：00—9：00溫度開始緩慢上升至15 ℃，該階段溫升僅1 ℃，主要原因是未打開保溫被，溫升來源于早晨較弱的太陽輻射，從9：00打開保溫被后，溫度開始快速上升，到14：00左右達到當日最高溫度34.79 ℃，該階段溫升速度為3.96 ℃/h，隨后由于太陽輻射的下降溫度隨之快速回落，溫度下降一直持續到19：30保溫被關閉，此時溫度為22.67 ℃，隨后溫度進入緩慢下降階段，室內溫度總體呈現出夜間緩慢變化，白天先快速上升，而后快速下降的趨勢。當日室內濕度變化范圍較小，最大濕度為91.41%，最低濕度為32.17%，日平均濕度為76.17%，室內濕度總體呈現出夜間緩慢上升，白天先降后升的趨勢，表現出與室內溫度相反的變化規律。

3" 討論與結論

溫度、濕度、光照等是溫室內部環境因子的重要組成部分，三者相互影響，相互作用，共同營造了溫室內部環境。雙膜日光溫室是一種新型的溫室結構，它采用了雙層薄膜覆蓋技術，具有保溫、透光、保濕等優點。

本文通過對西北寒冷地區雙膜單被日光溫室在春季條件下，選取春季典型天氣（晴天、陰天、多云天），對室外輻射、室外溫濕度、室內溫度、室內濕度及室內關照強度等數據的時變規律進行了分析，得出如下結論，春季條件下，晴天當日室內最大溫升達到26.23 ℃，陰天當日室內最大溫升僅為12.36 ℃，多云天當日室內最大溫升21.39 ℃。

晴天、多云天室內光照強度與溫度變化趨勢相似，在溫度快速上升階段，溫度隨著光照強度增大而升高，而濕度呈現出與光照強度相反的變化規律。

陰天濕度變化范圍較小，最大濕度為91.41%，最低濕度為76.17%，日平均濕度為87.67%，總體濕度過高，不利于作物的生長和發育。

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