后墙涂色对日光温室光热性能的影响.pdf

温室园艺 2020 02 55 农业工程技术 温室园艺 后墙涂色对日光温室光热性能的影响 摘要 墙体是日光温室吸热贮热的重要结构 不同颜色对光的吸收反射不同 试验通过将庭院式温室 作为模型温室 对黏土砖后墙涂色的效应进行了研究 结果表明 涂黑处理 不涂色 对照 黏土蓝 砖 涂白处理的墙体温度 光照强度和空气温度均存在差异 在连续晴天时 涂黑处理隔间内的温 度最高 涂白处理隔间内的光照强度最强 在连续阴天时差距不明显 通过试验得出涂黑处理能提高 后墙温度2 1 涂白处理则会降低墙体温度3 3 涂黑处理还能够增加温室内的空气温度 而涂 白处理对光照强度的增加较为显著 相比对照平均提高997 4 lx 需要指出的是本结果是在无外保 温材料下获得的 保温措施会提升其效果 引言 日光温室是中国主要的生产设施 其重要特 征是具有墙体结构 能有效降低贯流散热并具有 贮热缓温的效应 赵岽 1 佟国红 2 等研究了 不同墙体材料对温室环境的影响 白义奎等 3 4 对复合墙体材料和单一墙体材料进行对比分析 发现复合墙体材料性能更优 温祥珍 5 等研究 了复混墙体热传导规律 马宇婧 6 研究了营养 液中的热传导规律 认为热传导是个过程 是物 质的特性 反映在速度上是相对稳定的 尽管如 此 杨艳红 7 认为由于空气的热容量很小 也 比较敏感 墙体的贮热能够对气温产生明显影响 崔庆法 8 马鹏里 9 王静 10 封美琦等 11 12 指出在实际的农事操作中 将反光幕 黑膜张挂 在温室后墙上 这些反射光会从温室后方照向前 方 较好地改善温室内光照不均的现象 但会降 低温室后墙蓄热能力 对温室环境的温度 光照 以及温室生长作物都存在一定的影响 试验以太 谷地区为例 对庭院式日光温室后墙进行涂黑 涂白处理 研究涂色后温室内小气候的变化 旨 在满足种植者的实际需求 选择最适合庭院式日 光温室的涂色方案 为日光温室性能的改善提供 解决方案 试验场地与方法 试验在山西农业大学设施农业工程研究中 心进行 试验模型温室坐北朝南 四周无遮荫 东西长度为15 5 m 南北跨度为1 6 m 后墙 高 2 5 m 前屋面为单斜式 并设有立窗 立窗 高度为 1 4 m 前屋面角为 34 5 以原有的墙 体作为庭院式温室后墙 墙体实际高度 3 m 厚 24 cm 用陈旧角钢做棚体的骨架结构 前屋面 立窗及温室侧墙均采纳 PE薄膜覆盖 棚膜主要 通过卡簧与卡槽的连接 固定在温室的钢架上 并在庭院式温室左侧制作简易门 图 1 庭院式温室用 PE薄膜分隔成 5个隔间 东 西两侧设置缓冲间 长 1 75 m 中间 3个隔间 为试验处理间 每个隔间长 4 m 设置 3个处理 从西到东分别是 1 涂黑处理 用墨汁涂黑 DOI 10 16815 ki 11 5436 s 2020 04 009 温室园艺 2020 02 56 温室装备 Greenhouse Equipment 后墙 2 对照 黏土蓝砖不涂色 3 涂白处理 用生石灰涂白后墙 3个隔间其他 条件保持一致 图 1 并在 2018年 5月对庭院 式温室内环境进行测定 庭院式温室内外空气温度使用 HOBO 型 号 U12 13 测定 并悬挂于隔间 中心距离地 面 1 5 m处 数据采集时间间隔为 30 min 温室 内外光照强度使用手持数字照度计 TES 1332A 测定 测定位置同空气温度一致 数据采集时间 间隔为 1 h 墙体温度使用非接触式红外测温仪 测定 测定位置为各隔间后墙中心 距离地面高 1 5 m处 数据采集时间间隔为 1 h 试验所得数 据用 Excel进行统计分析 结果与分析 图 2为不同涂色下庭院式温室墙体表面温 度的日变化 整体呈现先升高后降低的趋势 涂 黑处理于 14 00达到最高温 对照和涂白处理于 15 00达到最高温 白天各时刻墙体表面温度均 呈现 涂黑处理 对照 涂白处理 表 1为不同 涂色下庭院式温室墙体表面温度的平均值及极端 值 涂黑处理墙温的平均值 最高温 最低温 日较差均最高 其中平均温较对照 涂白处理分 别高 2 1 5 4 这说明涂黑处理能提高后墙表 面温度 而涂白处理则会降低墙体表面温度 图 3为不同涂色下庭院式温室内外光照强度 的日变化 从图中可以看出外界光照强度远高于 温室内光照强度 温室内 3种处理的光照强度差 异不大 涂白处理略高于对照和涂黑处理 整体 呈现先升高后降低的趋势 这表明温室内的光照 强度受覆盖材料 骨架等因素的影响大大削弱 表 2为不同涂色下试验温室内外光照强度的平均 值及极端值 涂白处理的平均值 最高温 最低温 日较差均最高 表明后墙涂白可以有效增强温室 内的光照强度 表 1 墙体表面温度平均值及极端值 墙体温度 平均温 最高温 最低温 日较差 涂黑处理 39 1 53 0 24 1 28 9 对照 37 0 49 9 23 6 26 3 涂白处理 33 7 44 1 22 0 22 0 注 图中数据为2018年5月14 18日观测值的平均值 表 2 光照强度平均值及极端值 lx 处理 平均光照强度 最高光照强度 最低光照强度 日较差 涂黑处理 20768 1 56280 0 1 8 56278 2 对照 20893 5 56360 0 2 4 56357 6 涂白处理 21890 9 58420 0 2 9 58417 1 外界 36027 9 80960 0 5 1 80954 9 注 图中数据为2018年5月14 18日观测值的平均值 图 1 庭院式温室现场 注 图中数据为2018年5月14 18日观测值的平均值 图 2 不同涂色下庭院式温室墙体表面温度日变化 55 50 45 40 35 30 25 20 06 00 07 00 08 00 09 00 10 00 11 00 12 00 13 00 14 00 15 00 16 00 17 00 18 00 19 00 20 00 涂黑处理 对照 涂白处理 时刻 墙体温度 注 图中数据为2018年5月14 18日观测值的平均值 图 3 不同涂色下庭院式温室内外光照强度的日变化 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 06 00 08 00 10 00 12 00 14 00 16 00 18 00 20 00 涂黑处理 对照 涂白处理 外界 时刻 光照强度 Lux 温室园艺 2020 02 57 农业工程技术 温室园艺 图 4为不同涂色下庭院式温室内外气温的日 变化 总体来看 3个处理的气温均高于外界气温 在 10 00 16 00内外空气温度的差值最大 6 00 气温开始升高 6 00 8 00内部气温上升速度低 于外界 8 00后内部升温速度加快 14 30达到 最高温 白天气温大致呈现出涂黑处理 对照 涂白处理 夜间 3个处理差异不大 结果表明后 墙涂黑可以提高温室内的气温 有色的后墙的蓄 热能力强于白色后墙 图 5为阴晴天不同涂色处理庭院式温室内外 空气温度的日变化 相较于晴天 阴天的气温变 化较为平缓 同时 3个处理的空气温度相差较小 中午涂黑处理的稍高一些 表 3为不同天气空气温度的平均值及极端值 晴天时 涂黑处理 对照 涂白处理的平均气温 分别为 32 8 31 9 31 3 而外界的平均气温 为 24 2 阴天时 在涂黑处理 对照 涂白处 理的 3种处理下 平均气温分别为 18 6 18 8 18 4 而外界的平均气温为 15 4 阴天各处 理的平均值 最高 最低值十分接近 这说明涂 色处理主要在晴天起作用 阴天各处理之间的差 异不明显 结论 试验通过在后墙涂色的基础上测定庭院式 日光温室的光照强度和温度等指标 得出涂黑 处理能提高后墙温度 2 1 涂白处理则会降低 墙体温度 3 3 后墙涂黑还能够增加温室内的 空气温度 而后墙涂白对光照强度的增加较为 显著 由于墙体色对光的吸收反射不同 会影响到 墙体和室内温度 涂黑处理可明显提高墙体温度 和温室内温度 尤其在光照强的中午 涂白处理 反光性强 墙体获得能量少 温度较低 但室内 光照会加强 因此我们可以根据种植者实际需求 通过改变后墙颜色 进而提高温室的光热性能 后墙涂色操作简单 成本低廉 对日光温室 内环境的改变不需要额外消耗能源 而是通过物 理方法直接改变庭院式日光温室的光热性能 避 免了张挂物与后墙之间存在空隙的问题 容易推 广 参考文献 1 赵岽 王铁良 山口智治 等 辽沈W型日光温室墙体保温性 能试验研究 J 节能技术 2005 23 133 390 391 2 佟国红 王铁良 白义奎 等 日光温室墙体传热特性研究 J 农业工程学报 2003 19 3 186 189 3 白义奎 王铁良 李天来 等 缀铝箔聚苯板空心墙体保温性能 理论研究 J 中国农业气象 1994 15 1 41 45 表 3 不同天气空气温度平均值及极端值 平均温 最高温 最低温 日较差 晴天 涂黑处理 32 8 60 9 17 1 43 8 对照 31 9 57 3 17 1 40 2 涂白处理 31 3 55 9 16 5 39 4 外界 24 2 38 4 13 2 25 2 阴天 涂黑处理 18 6 28 5 14 7 13 8 对照 18 8 27 6 15 0 12 6 涂白处理 18 4 27 8 14 7 13 2 外界 15 4 21 3 12 5 8 8 注 图中晴天的数据为2018年5月16日 5月18日 5月22日观测值的平均值 阴天 的数据为5月20日与5月21日观测值的平均值 注 图中数据为2018年5月14 18日观测值的平均值 图 4 不同涂色下庭院式温室内外空气温度的日变化 55 45 35 25 15 00 00 02 00 04 00 06 00 08 00 10 00 12 00 14 00 16 00 18 00 20 00 22 00 涂黑处理 对照 涂白处理 外界 时刻 空气温度 注 图中晴天的数据为2018年5月16日 5月18日 5月22日观测值的平均值 阴天 的数据为5月20日和5月21日观测值的平均值 图 5 阴晴天不同涂色下庭院式温室内外温度的日变化 70 60 50 40 30 20 10 0 00 00 04 00 08 00 12 00 16 00 20 00 00 00 04 00 08 00 12 00 16 00 20 00 涂黑处理 对照 涂白处理 外界 时刻 晴天 阴天 空气温度 下转第 60 页 温室园艺 2020 02 60 温室装备 Greenhouse Equipment 地的地理条件 海拔高度 气候条件等因素确定 一般为南偏西 0 5 为宜 方位角南偏西的冬暖 式日光温室由于早晨日出后接受阳光时间较晚 升温速度较慢 不利于蔬菜病害生态控治 要注 意做好病害的预防工作 方位角正南的冬暖式日光温室 方位角正南的冬暖式日光温室 既不能很好 的发挥早晨升温作用 也不能保证夜晚的保温效 果 早晨升温和夜间保温的效果介于方位角南偏 东温室或南偏西温室二者之间 由于受到地形地 貌及地上障碍物的影响 不得不建设方位角正南 的冬暖式日光温室时 既要加强病害的预防措施 也要注意做好保温防寒工作 结束语 方位角是决定冬暖式日光温室性能的最基 本关键参数 对光照时间 升温速度 保温效果 和病害发生影响较大 对能确保夜间最低温度在 10 以上的高标准冬暖式日光温室来说 夜间保 温已不是主要矛盾 应以早晨升温为主 方位角 宜选择南偏东 8 10 为宜 否则 方位角宜选 择南偏西 0 5 冬暖式日光温室方位角的选取 是否符合本地的气候特点和实际情况 是决定温 室建成后各种性能的关键环节 也是影响蔬菜质 量 产量和效益的关键因素 参考文献 1 张利华 刘杰 张仁祖 等 日光温室方位角的研究 J 江西农 业学报 2010 22 5 85 89 2 郑甲盛 大棚蔬菜栽培技术 M 济南 山东科学技术出版 社 1991 133 134 通信作者 王洪山 1963 男 山东莘县人 高 级农艺师 长期从事农技推广工作 上接第 57 页 4 Balyk Liu W H Wang T L et al Experimenlal and research up envirunmenl and heat preservaliun effect of solar greenhouse type Liaoshen I J Transactions of CSAE 2002 19 5 191 196 5 李成芳 李亚灵 温祥珍 日光温室保温板外置复合墙体的温 度特性 J 山西农业大学学报 自然科学版 2009 29 5 453 457 6 马宇婧 温祥珍 杜莉雯 等 水培营养液作为贮热介质的热传 导规律分析 J 中国生态农业学报 2018 26 12 1773 1780 7 温祥珍 李亚灵 杨艳红 等 关于日光温室墙体建造与保温效 果的几项研究 J 农业工程技术 2019 39 4 21 26 8 崔庆法 曹春晖 胡小进 等 日光温室内反光膜补光的实践与 理论分析 J 中国生态农业学报 2005 1 82 84 9 马鹏里 杨小利 日光温室内反光膜补光的实践与理论探析 J 甘肃农业 2000 5 28 28 10 王静 崔庆法 林茂兹 不同温室光环境及补光研究 J 农业 工程学报 2002 18 4 86 89 11 封美琦 张亚红 日光温室后墙张挂不同材料对室内乳瓜生 长特性及品质的影响 J 安徽农业科学 2012 40 27 13300 13303 12 封美琦 江力 马小山 等 不同颜色内后墙对日光温室番茄 生长的影响 J 北方园艺 2013 18 38 44 项目支持 山西省煤基重点科技攻关项目 设施蔬菜 高效固碳技术研究与示范 FT201402 05 山西 省科技攻关项目 日光温室轻简化无土栽培技术体系 研发与集成示范 201803D2210001 1 作者简介 刘杰 1997 男 山东单县人 研究方向 设施园艺 通信作者 温祥珍 1960 男 山西原平人 教授 博士生导师 研究方向 设施园艺创新研究