日光温室墙体上强制通风对室内温度和湿度的影响

日光温室墙体上强制通风对室内温度和湿度的影响刘建 荣 ，温 祥珍 ，李亚灵 ，白佳艺（ 山西农业大学园艺学院， 山西 太谷 030801）摘 要 ：为了增强日光温室的环境调控能力， 在日光温室 后墙墙体上（ 1.5 m 高度）设置风机（ 550 W）进行强制通风，测定不同通风方式（顶部通风 、底部通风、 顶部通风底部通风、 全封闭状态）下温度和湿度的变化 。结果表明，春夏季后墙设置风机强制通风，能有效降低室内温度，改善相对湿度和 CO2供给， 与自然通风（温室顶部 底部通风）相配合，可以使温室内温度降低 78，且不同部位效果不同，即前部和后部的温度从 40降低到 31，中部位置的温度从 40降到 35，相对湿度从 29%提高到 36%；在全封闭状态下，强制通风使温室内前部 、中部温度降低 45，相对湿度从 80%降低到 70%；秋季在底部通风状态下，强制通风能使温室内的温度降低 3左右，相对湿度变化较小；在顶部通风状态下，强制通风不仅没有降低室内温度，反而使温室内温度略有升高，前部位置温度从 31提高到 37，中部和后部位置温度从 31分别提高到 35， 32，相对湿度从 44% 提高到51%，这是由于顶部通风面积偏小，难以将热量散出 。关键 词 ：日光温室；强制通风； 温度； 湿度中图 分 类号 ：S626.5 文献 标 识码 ：A 文章 编 号 ：1002-2481（ 2018） 03-0421-05Effect of the Wall of Solar Greenhouse with Forced Ventilationon the Indoor Temperature and HumidityLIUJianrong， WENXiangzhen， LI Yaling， BAI Jiayi（ College ofHorticulture， Shanxi Agricultural University, Taigu 030801， China）Abstract： To enhance the effect ofenvironmental regulation ability, forced ventilation with fans（ 550 W） on the wall of back wall（ 1.5 m height） ofsolar greenhouse, environmental changes under different ventilation modes（ top ventilation, bottom ventilation, closed,top forced ventilation; temperature; humidity收 稿 日 期 ：2017- 11- 16基金 项 目 ：国家自然科学基金重点项目 （ 61233006） ；山西省煤基重点科技攻关项目（ FT201402- 05）作者 简 介 ：刘建荣（ 1991-）， 女，山西柳林人，在读硕士，研究方向：设施园艺 。温祥珍为通信作者。doi:10.3969/j.issn.1002-2481.2018.03.26日光温室内缺乏环境调控设备1，室 内 气温经常会出现 3545的高温；空气湿度较低，有时甚至低于 302，高 温 、干 燥结合成为温室生产中经常会遇到的问题3。因此，需要调控温室环境来适合作 物 的生长，而经济有效的降温方式主要是通风，即通风控制是控制栽培环境的一个关键性问题4。目前， 日光温室的春夏季降温措施包括自 然 通风降温和机械强制通风降温 。其中，自然通风降温一般通过温室顶部天窗通风和四周卷膜或开窗通风5，但影响其通风率的因素很多， 尚不能做到精 确控制6，所以，在实际使用中自然通风很难达到 理 想的降温效果。 而机械通风具有通风风速的可控性7、降温效山西农业科学 2018， 46（ 3）： 421-425 Journal of Shanxi Agricultural Sciences421· ·山西农业科学 2018 年第 46 卷第 3 期果明 显8、可靠性高等优点9，且利于自动控制， 因 而在环境控制要求比较高的温室中通常采用机械强制通风。 在众多的温室中大部分的强制通风都采用的是湿帘风机通风降温系统8。国内 外 许多专家主要利用 CFD（计算流体力学）对温室内利用湿帘风机系统的气流运动10、风速 分 布情况11和温 室 内温度场进行了数值模拟12的初 步 研究，但是采用湿帘风机降温系统虽然降温效果比较好，但是运行能耗高，而且降温效果受风机和湿帘之间距离的影响，对温室的尺寸也有一定的限制13。春夏季节通过自然通风很难将热量快速散出14，多数采用揭除农膜的措施进行降温15，进 入 夏季，日光温室几乎就不生产。 夏季是光热资源最为丰富的季节，不生产意味着光热资源的浪费，成为影响产量提升的重要因素16。增加环境控制设备 、提高环 境 控制能力17，是提高日光温室单产水 平 、产 品质量，提高光能利用率最有效的手段18。本试验在日光温室后墙上安装强制 通 风设备，测定了不同通风状态下的不同通风效果，以期为日光温室春夏季通风降温研究提供理论依据。1 材 料 和 方法1.1 试验 地 概况试验 于 2017 年 在山西省太谷县（北纬 37°35，东经 112°35） 山西农业大学园艺站的日光温室内进行。 日光温室坐北朝南，东西方向延伸，整体为红砖钢筋骨架结构。 温室东西延长 43 m，跨度 9.75 m，脊高 4.5 m，北墙高 3 m，后屋顶投影 1.3 m（图 1），温度顶部留有 0.5 m 宽顶通风口，在距地面 0.4 m高处留有 1.8 m宽底通风口，覆盖 PO农膜。1.2 试验 材 料1.2.1 材料 供试品种为无限生 长型番茄品种齐达利， 购于市场 。1.2.2 仪器与设备 铸铁交流鼓风机（型号为CZR220V，功率为 550 W，脚底厚度 0.4 cm，整机高度 44 cm，风口外径 12.3 cm，转速为 2 800 r/min），温湿度测定仪（型号为 HOBORH/Temp/2xExternalH80- 007- 02） 。1.3 试验 方 法番茄 幼 苗于 2017年 2月 24日定植，行距 1.5m，株距 0.4 m，栽培密度为 3.3 株 /m2。番茄 采 用高线落蔓法管理 。试验时将日光温室从上至下用农膜隔离成 4 间，每间长 9 m，面积为 81 m2。试验设 T和CK 共 2 个处理，其中， T 处 理 是在温室北墙外侧1.5 m高处安装 2 个鼓风机，定时由外向内鼓自然风； CK是自然通风。试验在春夏季进行，墙体上的鼓风机于 10： 0017： 00 工作，每次鼓风 30 min，中间停 5 min；在以下4 种情况进行试验： A. 在温室顶部通风口（利用卷帘机带动把保温被向后墙卷起，使得风口打开约20 cm）打开情况下； B. 在温室底部通风口（底部风口在温室前面位置，通过使用手摇式卷帘机将风口打开约 110 cm） 打开情况下， 8： 30 打开底通风口，18： 00 关闭风口； C. 在温室全封闭（不打开任何通风口）情况下； D. 在温室顶部和底部通风口（打开方式同上部顶、 底部打开方式）开启情况下 。试验在温室各个小区内前部（南） 、中部 、后部（北）方向距地面 150 cm高处设 3 个观测点（图 1），即前部测点（距温室最南部 1.95 m），中部测点（距温室最南部 5.85 m），北部测点（距北墙 0.1 m 左右） 。自动记录数据，数据记录频率为每 30 min 记录一次。1.4 数据 处 理数据采用 Excel 软件进行处理。2 结果与 分析2.1 在温室全封闭情况下的鼓风效果图 2， 3 分别 为 在全封闭状态下温室内不同部位 2 日（ 5 月 1516 日）内的温 、湿度动态变化情况 。从图 2 可以看出，在 10： 00 开始鼓风处理时，处422· ·刘建荣等：日光温室墙体上强制通风对室内温度和湿度的影响理间 的温度一样，鼓风 0.5 h 后差异逐渐出现；在11： 3014： 30 的高温期间，鼓风 T 处理温室前部位置的温度约 45、中部位置的温度约 44，对照（ CK）处理温室的温度约 49，鼓风 T 处理降温幅度 45 ，全天从 10： 00 到 17： 00，平均降温4 ；鼓风结束时 2 个处理温度趋于一致，之后气温开始大幅度下降，气温最低值出现在第 2 天 5： 00，约为 1415。就相对湿度来说，在全封闭状态下，上午太阳出来之后温室前部相对湿度下降明显，中部位置相对较慢； 10： 00 开始鼓风，鼓风处理约 0.5 h 后，中部位置湿度下降比较明显；在 14： 3015： 00 出现相对湿度最低值，鼓风 T处理中部位置约为 67%，CK处理约 78%，全天从 10： 00 到 17： 00 的处理期间，中部位置相对湿度平均为 80%，鼓风 T 处理平均降湿 10%，即为 70%左右；温室前部白天高温时段相对湿度平均在 30%以下，所以受到鼓风的效果较明显（图 3） 。2.2 在顶部通风情况下的鼓风效果图 4， 5 分别为在顶部通风 状 态下连续 3 日（ 5 月911 日）内的温湿度动态变化 。从图 4 可以看出，在 10： 00 开始鼓风，约 1.5 h 后差异逐渐出现；在12： 0015： 00 的高温期间，鼓风 T 处理温室前部位置的温度约为 37、中部位置的温度约为 35、后部位置的温度约为 32，与对照（ 31）相比，前部位置 、中部位置 、后部位置的温度分别提高了6， 4， 1。在顶部通风状态下，上午太阳出来之后温室前部相对湿度下降明显，后部则由于顶部通风口的存在湿度下降也较明显，为 26%； 10： 00 开始鼓风处理， 1 h 后温室中部的相对湿度与对照（ CK）温室基本一样，变化不明显，全天从 10： 00 到 17： 00 鼓风处理期间，温室中部相对湿度 51%，对照温室湿度为 44%（图 5） 。2.3 在底部通风情况下的鼓风效果图 6， 7 分别为在底通风状态下连续 3 d（ 10 月46 日）内的温湿度动态变化 。从图 6 可以看出，在 10： 00 开始鼓风时，不同处理间的温度变化没有显著的差异，鼓风处理 1 h 后鼓风 T 处理后面位置温度明显降低；在 12： 0014： 00 的高温期间，鼓风T 处理温室前部位置的温度约 24、中部位置的温度约 25、后部位置的温度约 23，对照（ CK）处理温室的温度约 26，降温幅度为 23；全天从 10： 00 到 17： 00 处理期间平均降温 2；鼓风结束时 2 个处理温度一致，之后， 2 个处理气温开始大幅度下降，气温最低值出现在第 2 天 5： 006： 00，为 913。423· ·山西农业科学 2018 年第 46 卷第 3 期对于相对湿度来说， 在底通风状态下， 上午太阳出来之后温室前部和后部相对湿度下降明显，中部位置相对较慢；在 10： 00 开始鼓风处理时，鼓风T 处理中部位置的相对湿度与对照（ CK）处理温室没有显著差异，而鼓风 T 处理前部位置 、后部位置的相对湿度较低，保持在 25%左右；全天在 10： 0017： 00 鼓风处理期间 T 处理中部位置湿度与对照（ CK）变化趋势一致；鼓风结束后 T 处理前部和后部位置相对湿度变化趋势一致，均比较低，约50%60%，鼓风 T处理中部位置与对照（ CK）相对湿度变化趋势一致，均保持在 90%左右（图 7） 。2.4 在顶 部 通风 底部通风情况下的鼓风效果图 8， 9 分别 为 在顶部 + 底部通风状态下连续3 日（ 4 月 13 日）内的温湿度动态变化 。由图 8 可知，从 10： 00 开始鼓风处理时 2 个处理间有一定的差异；在 13： 3014： 30 的高温期间，鼓风 T处理温室前部位置的温度约为 37、中部位置的温度约为 38、后部位置的温度约为 37、对照（ CK）处理温室的温度约 46，降温幅度约 79；全天从 10： 00 到 17： 00，处理期间平均降温约 78；鼓风结束时 2 个处理温度一致，之后， 2 个处理气温开始大幅度下降，气温最低值出现在第 2 天 7： 30，为 1518。而对于相对湿度来说，在顶部 底部通风状态下，上午太阳出来之后温室前部位置由于底部通风口打开相对湿度下降明显，后部位置由于温室顶通风口打开相对湿度也下降得较明显；在 10： 00 开始鼓风处理时温室中部位置的相对湿度与对照（ CK）处理温室相比较降低得比较慢；全天从 10： 00 到17： 00 鼓风处理期间，鼓风 T 处理温室前部 、中部 、后部位置相对湿度分别为 27%， 37%， 27%，对照（ CK）温室相对湿度为 28%，说明顶部 + 底部的通风状态对温室前部和后部位置的湿度影响不是很明显 。鼓风结束之后，鼓风 T处理温室前部和后部变化一致，中部位置与对照（ CK）处理温室变化一致（图 9） 。3 讨论 与 结论强制通风是调控温室内气候的重要手段和方法， 许多研究已经 证明了这一效果19。本试 验 利用鼓风机在墙体上强制通风研究了在不同通风方式（顶部通风 、底部通风 、全封闭 、顶部通风 底部通风） 下鼓风对温室内温度和湿度的影响结果表明，在温室顶部和底部通风口全部开启情况下，鼓风可以分别使温室内前部和后部位置的温度降低 9，中部位置降低 5，使其相对湿度从 28%提高到37%；在只有底部通风状态下，鼓风使中部位置温度降低 3，而中部位置的相对湿度与对照（ CK）处理变化趋势一致，保持在 90%左右；在全封闭状态下，墙体鼓风使温室前部和中部位置温度降低45 ，中部位置相对湿度降低 10%并保持在80%左右 。这些都表明墙体鼓风效果显著，鼓风加速了室内空气的流动20，使 得 温度降低21、相对 湿 度下降得较快22；尽管关于墙体鼓风效果的报 道 较少，但在实际生产中种植者这方面的应用还比较多，这也证明了强制通风对温室环境的调节作用。 本试验测定中，发现在顶部通风的情况下，墙体鼓风不仅424· ·（上接 第 411 页 ） 16曾群望 . 稀 土 元素在烤烟及其生态环境中的行为 J. 中国烟草科学， 1995（ 3）： 21- 24. 17古战朝，习向银，刘红杰，等. 连作对烤烟根际土壤微生物数量和酶活性的动态影响 J. 河南农业大学学报， 2011， 45（ 5）：508- 513. 18湛方栋，陆引罡，关国经，等. 烤烟根际微生物群落结构及其动态变化的研究J. 土壤学报， 2005， 42（ 3）： 488- 494. 19刘卫群，姜占省，郭红祥，等. 芝麻饼肥用量对烤烟根际土壤生物活性的影响J. 烟草科技， 2003（ 6）： 31- 34. 20苏国栋，欧阳锋声 . 微肥稀土对烤烟产量及品质的影响 J. 湖南农业大学学报（自科科学版）， 1991， 17（ Z）： 337- 341. 21万强，罗连光，彭先球，等. 高浓度多元稀土强力复合肥的研制及效果试验初报J. 湖南农业科学， 2000（ 4）： 23- 24. 22肖汉乾，李德清，徐双红，等 . 不同生物活性肥对烤烟生长影响的初步研究J. 中国烟草科学， 2003， 24（ 1）： 28- 30. 23张美萍，陕永杰，江玉珍，等 . 稀土微肥对盐胁迫下黄豆幼苗抗氧化酶的影响J. 稀土， 2009， 30（ 3）： 53- 56. 24时向东，耿伟，李钠钾，等 . 不同覆盖方式下烤烟根际土壤养分含量与酶活性的动态变化 J. 中国烟草学报， 2010， 16（ 5）：50- 54. 25刘卫群，姜占省，郭红祥，等 . 黄褐土 、潮土中不同氮素形态配比对烤烟根际土壤微生物数量的影响 J. 土壤通报， 2004， 35（ 1）： 43- 47. 26祝明亮，夏振远，张克勤，等 . 淡紫拟青霉在烤烟根际定殖能力分析J. 中国烟草学报， 2004， 10（ 1）： 25- 28.不能使温室的温 度 降低，反而提高，这可能是因为底部通风口未打开，热空气上升后集聚于温室上层，再加上后墙强制通风，加速了热空气在温室中部位置的集聚，使得中部位置的温度较高。参考文 献 ： 1魏珉 . 日光温室蔬菜 CO2施肥效应与 机 理及 CO2环境 调 控技术D. 南京：南京农业大学， 2000. 2闫杰，罗庆熙 . 园艺设施内湿度环境的调控 J. 农业工程技术，2004（ 7）： 36- 39. 3 WANGC X. The newtechnologyof air humiditycontrol in horticul-ture facilities J. Journal of An Hui Agricultural Sciences， 2003， 31（ 6）： 1091. 4谢迪，须晖，李天来，等 . 顶部通风对日光温室内温湿度的影响J. 江苏农业科学， 2010， 38（ 6）： 573- 575. 5余一韩 . 顶窗全开型温室夏季降温效果及其评价 J. 上海农村经济， 2008（ 10）： 43- 45. 6赵杰强，赵云 . 机械通风连栋温室的温度场 CFD 模拟 J. 中国农机化学报， 2014， 35（ 6）： 76- 79. 7 HARRAL B B， BOON C R. Comparison of predicted and measuredair flow patterns in a mechanically ventilated livestock buildingwithout animals J. Journal of Agricultural Engineering Research，1997， 66（ 3）： 221- 228. 8吴飞青，张立彬，胥芳，等 . 机械通风条件下玻璃温室热环境数值模拟J. 农业机械学报， 2010， 41（ 1）： 153- 158. 9 KITTAS C， BARTZANAS T， JAFFRIN A， et al. Greenhouse evapo-rative cooling： measurement and data analysisJ. Transactions of theAsae， 2000， 44（ 3）： 67- 74. 10羽西，毛罕平. 栽有作物的圆拱型连栋温室强制通风气流场模拟J. 农机化研究， 2016， 38（ 5）： 404- 404 11杨振超 . 日光温室内最佳风速指标与 CFD模拟 D. 杨凌：西北农林科技大学， 2006. 12赵杰强，赵云 . 机械通风连栋温室的温度场 CFD 模拟 J. 中国农机化学报， 2014， 35（ 6）： 76- 79. 13李永欣，李保明，李真，等 . Venlo型温室夏季自然通风降温的CFD数值模拟J. 中国农业大学学报， 2004， 9（ 6）： 44- 48. 14刘显晨，郭西龙 . 某高大空间厂房自然通风现场测试结果分析J. 工程建设与设计， 2016（ 12）： 11- 12. 15王永辉 . 温室无公害黄瓜栽培技术 J. 现代农村科技， 2008（ 4）： 13- 14. 16李春，董朝阳，孟凡超，等 . 天津市 2017 年夏季农业气象条件分析J. 天津农业科学， 2017， 23（ 12）： 109- 112. 17程瑞，王双喜 . 温室环境智能控制系统研究与应用 J. 山西农业科学， 2014， 42（ 2）： 203- 205. 18范柯程，张新梅 . 影响芹菜产量和品质的有效光质研究 J. 安徽农业科学， 2017， 45（ 20）： 56- 59. 19程秀花 . 温室环境因子时空分布 CFD模型构建及预测分析研究D. 南京：江苏大学， 2011. 20 SHIBUYA T， TSURUYAMA J， KITAYA Y， et al. Enhancement ofphotosynthesis and growth of tomato seedlings by forced ventilationwithin the canopy J. Scientia Horticulturae， 2006， 109（ 3）：218- 222. 21闫恩诚，谢小妍，刘鹏 . 塑料温室通风降温的试验研究 J. 农机化研究， 2002（ 3）： 115- 117. 22迟道才，王铁良 . 日光温室夏季降温措施的试验研究初报 J.农业工程学报， 2001， 17（ 5）： 95- 98.刘建荣等：日光温室墙体上强制通风对室内温度和湿度的影响425· ·