沙漠组装式温室光热环境测试与分析.pdf

王 瑞 刘 凯 张 书 峰 等 沙 漠 组 装 式 温 室 光 热 环 境 测 试 与 分 析 江 苏 农 业 科 学 沙 漠 组 装 式 温 室 光 热 环 境 测 试 与 分 析 王 瑞 刘 凯 张书峰 董浩远 王祥兵 许红军 新疆农业大学林学与园艺学院 新疆乌鲁木齐 摘 要 测试和田沙漠组装式温室的光热环境 尤其是温室的蓄放热量及保温能力 为和田地区日光温室性能做出 评价 采用数据记录仪对温室内外环境的光热环境进行测定 结果表明 晴天光照度平均为 空气温度可达 以上 且土层越深 地温越稳定 地面蓄热时平均热流密度为 放热时平均热流密度为 土壤表面温度和空气平均值分别为 最大值可达 墙体吸热时平均热流密度为 放热时平均热流密度为 墙体表面温度和空气温度平均值分别为 最大值可 达 地面白天最大蓄热量为 地面最大放热量为 墙体白天最大蓄热量为 墙体最大放热量为 从温光特性方面来看 沙漠组装式温室各环境因子变化较大 温室内部 空气温度 墙体温度 地表温度波动较大 热稳定较差 地面是主要的蓄放热体 温室墙体蓄热量 放热量很小 难以起 到稳定温室夜间温度的作用 关 键 词 沙漠 组装式温室 温室内环境 蓄放热量 中 图 分 类 号 文 献 标 志 码 文 章 编 号 收稿日期 基金项目 新疆维吾尔自治区高校科研计划自然科学青年项目 编 号 国家级大学生创新项目 编号 作者简介 王 瑞 女 陕西武功人 硕士研究生 主要从事 设施园艺工程方面的研究 通信作者 许红军 博士 副教授 主要从事设施园艺工程方面的研 究 日光温室在我国北方蔬菜越冬生产上应用广 泛 通过少量加热或不加热进行生产 节能效果明 显 我国西北地区适宜发展非耕地设施农业 宁夏回族自治区 甘肃省及新疆维吾尔自治区等多 地开展非耕地设施蔬菜生产探索 通过因地制宜利 用沙漠 戈壁开展设施农业生产 已成为脱贫攻坚 和乡村振兴的重要途径之一 近年来 在新疆 以和田沙漠区域组装式日光温室为主的非耕地设 施农业发展迅速并形成了一定规模 受到当地 条件的制约 无法利用传统建筑材料大规模地建造 温室 因此沙漠温室绝大多数为组装式温室 而组 装式温室受材料热物性的影响与传统温室光温环 境有一定差异 探索非耕地区域沙漠组装式温室的 光温环境特点 对于蔬菜作物的高效生产以及温室 结构进一步的优化设计意义重大 日光温室的光热环境改善可通过结构 后墙材 料 蓄热设备 最大限度地利用太阳辐射为温室供 暖 基于非稳态导热理论 后墙温度及蓄放热变 化受太阳辐射周期性变化引起 可通过提高后墙放 热温度和降低后墙放热量来改善温室保温性能 组装式温室概念较为宽泛 目前墙体形式也多样 化 徐刚毅对 种不同保温材料构成的 种墙体结 构的温室保温性能进行研究 肯定了组装式轻体日 光温室强化聚苯保温板的保温性能 赵鹏等对 甘肃靖远组装式涤棉墙体日光温室进行研究 结果 表明 该温室具有升温快 降温也快的特点 李 星等测得采用保温被作维护材料的组装式温室 在 外界温度为 时 室内能保持 以上 可进 行喜阴凉果菜越冬生产 宋明军等研究表明 组 装式温室保温性均低于土墙温室 墙体蓄热能力 差 同时具有升温速度快 降温速度也快的特点 组 装式温室墙体热稳定性远低于普通温室 许 红军等研究表明 沙漠区域组装式温室保温效果优 于砖墙温室 但其蓄热能力较差 呈现出中午温度 过高 夜间温度偏低 昼夜温差较大的特点 丁 明元等用保温棉被 双面彩钢板构成保温墙体及后 屋面 建成全钢结构组装式日光温室 通过架设黑 色水管网 可解决温室部分后墙无法蓄热的问 题 另外 相关研究者提出用水的比热容大蓄 热 前屋面双层膜覆盖 增加蓄热设备等 来解 江苏农业科学 年第 卷第 期 决此问题 大量研究表明 组装式温室热稳定性较差 其 原因主要与温室维护结构的蓄放热能力弱有关 但 对蓄放热量大小与变化规律缺乏进一步探索 因 此 本研究以和田沙漠温室为研究对象 通过对 月 沙漠组装式温室在无加热环境下 对光热环境尤其 是围护结构的蓄放热量进行测定 深入分析产生该 现象的原因 为组装式温室设计提供相关理论依据 材 料 与 方 法 试验材料 试验时间为 年 月 日至 月 日 共 试验温室位于新疆和田市吉亚乡金叶村 海拔 地处 该温室为组装式温室 图 全钢骨架结构 后墙 后屋面 东西山墙及保 温被均为 厚喷胶棉 温室坐北朝南 南偏西走 向 长度 跨度 后墙外部高度 脊高 钢骨架每榀间隔 图 由北京佳华泰 科技有限公司建造 温室内种植南瓜 采用椰糠 沙 有机肥等混合基质栽培方式 试验仪器 数据记录仪 哈尔滨物格电子技术有 限公司生产 热流计 北京世纪建通环境技术 有限公司生产 温度数据记录仪 哈尔滨物格电子 技术有限公司生产 通过上述仪器测试组装式温室 地温 气温 湿度 光照度 热流密度等环境因子 测试方法 在温室的 跨度 离地面高度 处测量空 气温度 湿度 光照度 以及土壤 深度土 壤温度 测试墙体 高处热流密度 以及墙体表 面温度与距离墙体 空气温度 测试温室中部土 壤热流密度 以及土壤表面温度与距离土壤 空 气温度变化 测量室外高度 处空气温度及 处地温 仪器记录间隔均设置为 结 果 与 分 析 温室环境测试 年 月 日至 月 日温室内部环境因 子变化见图 晴天正午温室内光照度能达到 以上 揭开保温被后晴天光照度平均为 阴天平均为 揭开保温被后 温 室内部气温逐渐升高 最高值出现在正午前后 最 低气温出现在第 天揭开保温被前后 测试期间 室内平均空气温度为 正午前后温室内部 空气温度过高 晴天条件下温度可达 以上 温 室内外温度相差达 平均相差 晴天温差大于阴天 从湿度来看 晴天揭 开保温被后平均相对湿度为 夜间平均值 为 阴天揭开保温被后相对湿度为 夜间为 晴天相对湿度最大值出 现在夜间及早晨 随着外界光照度的加强 温度的 升高 相对湿度逐渐减小 正午前后达到最小值 之 后又逐渐增大 在试验中发现 晴天条件下 揭开 保温被后 内 温室内相对湿度会达到短暂饱 和状态 随着温室温度的升高 湿度逐渐降低 测 试期间 处平均地温依次升高 地温最大值依次为 地温最低值依次 为 地温变化规律为 地表温度过高 变化幅度较大 土 层越深 地温越稳定 变化幅度越小 温室墙体与地面的热流密度测试 为进一步探索温室环境变化 测试 年 月 日至 月 日温室内部地面的热流密度及温度 其变化规律见图 地面热流密度变化规律为 白 天土壤吸热时间较短 热流密度较大 夜间土壤放 热时间较长 热流密度较为均匀 测试期间 晴天 温室揭开保温被后 地面由放热转为蓄热阶段 温 江苏农业科学 年第 卷第 期 室地面放热量 的集中在 之 间 保温被盖上后地面即开始放热 温室地面放热量 集中在 之间 晴天地面吸热时 平均热流密度为 放热时平均热流密度 为 阴天地面吸热时 平均热流密度为 放热时热流密度为 从图 可以看出 土壤表面温度和距土壤 处空气温度总体相差不大 白天空气温度略高于土 壤表面温度 而夜间空气温度略低于土壤表面温度 同时空气温度比土壤表面温度降温快 试验测得 土 壤表面温度平均值 空气温度平均值 晴天土壤表面温度和空气平均值分别为 最大值分别为 最小 值分别为 阴天土壤表面温度和空气 温度平均值分别为 最大值分别为 最小值分别为 测试了 年 月 日至 月 日温室内部 墙体的热流密度及温度 其变化规律见图 白天 墙体吸收太阳辐射 墙体表面温度升高 热流密度 增大 夜间墙体向温室环境缓慢放热 墙体表面温 度降低 热流密度小 热流密度变化规律与地面一 致 但远小于地面热流密度变化 晴天墙体热流密 度变化 从环境中平均流入墙体的热流密度为 从后墙释放到环境中的平均热流密度 为 阴天白天从环境中平均流入墙体的 热流密度为 夜间从后墙释放到环境中 平均热流密度为 从图 可以看出 墙体表面温度和距墙体 处空气温度早晚及夜间差异不大 正午前后温度差 异较大 墙体温度高于空气温度 由于温室内侧墙 体 以上喷胶棉都刷为黑色 而黑色对太阳辐射 吸收强 吸热快 因此晴天墙体表面及空气温度非 常高 这与砖墙温室 土墙温室蓄放热规律不一致 试验测得墙体和空气表面温度平均值分别为 晴天墙体表面温度和空气温度平 均值分别为 最大值分别为 最小值分别为 阴天墙体 表面温度和空气温度平均值分别为 最大值分别为 最小值分 别为 墙体地面蓄放热量 温室围护结构蓄放热量为某一天早晨温室揭 江苏农业科学 年第 卷第 期 开保温被至次日早晨揭开保温被期间温室围护结 构单位面积吸收或放出的总热量 温室蓄放热量 大小 将直接影响温室内温度的热稳定性 从图 可以看出 组装式温室地面蓄放热量多 而墙体蓄放 热量少 放热量数值均较为稳定 蓄热量受太阳辐射 影响而差异较大 测试期间 地面白天最大蓄热量为 地面最大放热量为 墙体 白天最大蓄热量为 最大放热量为 墙体白天平均蓄热 夜间 平均放热 地面白天平均蓄热 地面夜间平均放热 讨 论 与 结 论 从组装式温室测试结果来看 组装式温室可以 提高室内地面温度和空气温度 左右 达到日光 温室生产的相关要求 这与马承伟等的研究结 果 基本一致 组装式温室内部环境特点变化 与宋明军等的研究结果 基本一致 也呈现出 升 江苏农业科学 年第 卷第 期 温快 降温快 的特点 由于新疆沙漠区域特殊的 地理位置 光照强烈 昼夜温差大 导致温室内部正 午前后空气温度 地表温度过高 对生产不利 因 此 组装式温室作为新型温室类型 在沙漠区域生 产是基本可行的 但是也存在性能不佳的问题 需 要改进 对 温室内部中午温度过高 可考虑采用 白天储热装置进行热量储存 夜间进行综合利用的 方式 且值得进一步研究 从热流密度的测试结果来看 地面的蓄放热能 力远大于温室墙体 组装式温室主要由地面进行 蓄放热 墙体蓄放热能力极差 这也是组装式温室 与砖墙 土墙日光温室的区别 组装式温室墙体材 料为喷胶棉 墙体没有蓄热层 只有保温层 喷胶棉 导热系数小 比热容低 而土壤比热容大 可以很好 地吸收并蓄集热量 由于墙体没有蓄热能力 导致 墙体表面温度在正午前后过高 致使温室空气温度上 升较高 夜间无法向温室释放热量 所以夜间降温也 快 因此 如何进一步增强组装式温室墙体蓄热能 力 增强组装式温室内部热稳定性值得进一步研究 组装式温室由于造价低 安装简便 不会破坏 土壤耕作层等优势而被不断扩大使用 本研究通 过测定分析 年 月沙漠组装式温室室内环境 因子 得出以下结论 从温光特性方面来看 沙 漠组装式温室各环境因子变化较大 温室内部空气 温度 墙体温度 地表温度波动较大 热稳定较差 光照度 空气温度 土壤温度均能够满足生产的相 关要求 但是存在正午空气温度 地表温度过高的 不足之处 组装式温室中 地面是主要的蓄放 热体 温室墙体蓄热量 放热量很小 导致墙体白天 温度较高 夜间温度较低 难以起到稳定温室夜间 温度的作用 参 考 文 献 李 明 魏晓明 齐飞 等 日光温室墙体研究进展 新疆农 业科学 马承伟 日光温室热环境分析及设计方法研究 中国农业 科学院 山东省寿光市人民政府 设施园艺创新与进展 第二届中国 寿光国际设施园艺高层学术论坛论文集 寿光 刘凤之 加快我国非耕地高效农业发展 中国产业 王 浩 宋 羽 王 强 新疆戈壁设施少土栽培技术初探 中国园艺文摘 许红军 李彦荣 崔拥民 等 新疆和田沙漠腹地日光温室环境测 试与分析 农业工程学报 增刊 江苏农业科学 年第 卷第 期 张传坤 牛蕴华 徐平丽 等 日光温室后墙温度和热流密度曲线 解析 农业工程技术 徐刚毅 组装式轻体日光温室的设计研究 北京农业工程 学会 国际农业论谈 北京都市农业工程科技创新与发 展国际研讨会论文集 北京农业工程学会 中国农业工程学会 赵 鹏 宋明军 组装式涤棉墙体日光温室热湿环境及生产性能 分析 中国农机化学报 李 星 刘海河 张彦萍 等 一种新型装配式节能日光温室的 设计和建造 长江蔬菜 宋明军 张学斌 赵 鹏 等 不同规格组装式日光温室温度环 境及生产性能分析 中国蔬菜 宋明军 赵 鹏 不同复合稻草墙体对组装式温室保温性能的 影响 农业工程技术 许红军 李彦荣 崔拥民 等 沙漠区域不同墙体日光温室光温 性能分析 中国蔬菜 丁明元 梁顺有 杨桂玲 被动式蓄热全钢结构组装式日光温室 建造技术 中国蔬菜 宋明军 赵 鹏 张斌祥 等 单层和双层膜组装式日光温室环 境性能比较分析 中国农机化学报 宋明军 赵 鹏 张旭林 三种蓄热设备在组装式日光温室中的 应用效果 中国农机化学报 宋 羽 邹 平 马彩雯 新疆戈壁地区典型日光温室冬季环境 性能研究 北方园艺 戴巧利 主动式太阳能空气集热 土壤蓄热温室增温系统的研 究 镇江 江苏大学 董婉如 闫国瑛 土壤热容与比热测试及运用的探讨 土壤 肥料 全冬梅 刘春燕 棚室蔬菜温度管理技术要点 现代园艺 刘 洋 石 丹 王 吉 旅 游型 城 镇三生空 间功 能识别 与分析 以吉 林省长 白山 二道 白 河镇 为例 江苏农 业科 学 旅 游 型 城 镇 三 生 空 间 功 能 识 别 与 分 析 以 吉 林 省 长 白 山 二 道 白 河 镇 为 例 刘 洋 石 丹 王 吉 吉林师范大学旅游与地理科学学院 吉林四平 吉林工商学院旅游烹饪学院 吉林长春 摘 要 识别和分析土地利用的多功能 有助于明确区域土地特点 功能和发展方向 对实现区域土地资源可持续利 用具有重要理论和现实意义 基于三生空间视角 以典型旅游型城镇二道白河镇为例 构建以生态系统服务价值为基 础的三生空间功能定量测度模型 结果表明 生产 生活 生态空间的高值区面积占比分别为 其中旅游生产空间价值量的高值区以长白山天池为核心形成 个旅游资源聚落 城镇生活空间价值量的高 值区主要集中在二道白河镇中心城区 红丰村 铁北村 生态保育空间价值量的高值区主要分布在长白山国家级自然 保护区大部分区域及保护区东部 东北部 关 键 词 旅游型城镇 三生空间 空间识别 二道白河镇 定量测度模型 中 图 分 类 号 文 献 标 志 码 文 章 编 号 收稿日期 基金项目 吉林省社会科学基金 编号 国家自然科学基 金青年科学基金 编号 作者简介 刘 洋 女 吉林长春人 硕士 助教 主要从事旅 游管理 旅游规划与开发研究 通信作者 石 丹 博士 副教授 硕士生导师 主要从事区域经济地 理 旅游规划与开发研究 年 我国城镇化率从 提升到 伴随城镇化进程加快的同时国土空间利用 无序 生态环境破坏等问题也逐渐凸显 为此 我 国坚持走中国特色新型城镇化道路 推进以人为核 心的城镇化 后工业化时代 旅游业成为新型城镇 化的重要动力之一 在旧城改造 特色小镇建设 新 城建设过程中起到优化空间布局 改善土地利用方 式 更新基础服务设施的作用 但在旅游引导的新 型城镇化发展过程中 由于空间分区缺乏合理规划 亦出现城镇人文风貌流失 生态环境遭到破坏 旅 游活动空间集聚性差等问题 党的 十八大 十九大 报告相继提出构建并处理好国土三生空 间格局关系 国家乃至地方层面对国土空间格局给 予高度关注与重视 随着学术界对三生空间的相 关研究不断推进 国内外学者对于该领域的研究各 有侧重 国外学术界并没有明确提出 三生空间 的理念 但对土地利用进行了深入研究 在理念上 江苏农业科学 年第 卷第 期