设施环境热调控技术及设施应用1）

吕桂菊

（黑龙江省农业科学院园艺分院，哈尔滨 150069）

温室是作物生长的载体，是提供热能源的主要供体，直接影响产量及经济效益。太阳辐射是温室热能力的的主要来源，当Qin＞Qout（收﹥支），室内蓄热升温；当Qin＝Qout，热量收支平衡恒温；当Qin＜Qout，室内失热降温。通过增补和消减供给温室内热量的措施，达到升温和降温的目的，最大化满足作物生长需求。

1 园艺设施内的温度特点

透明覆盖物对太阳的辐射透过率可达80%～90%，地面和作物的长波辐射透过率仅为6%左右，使太阳能转化为热能，蓄积在温室内，使温度升高，产生温室效应；气温季节性变化明显，有四季区分，保温性能好的日光温室几乎不存在冬季；气温日较差大于外界，平均温度高于外界；气温分布严重不均，上高下低，中部高四周低，单屋面温室夜间北高南低；土温较气温稳定，中部高于四周，30cm以下土温变化很小。

产生原因：太阳光线入射量不均；园艺设施内气流运动的影响；加温技术影响温度分布，面热源优于线热源和点热源、单屋面温室加温，热源设在南侧墙，温度分布均匀；通风技术影响温度分布，通风口附近温度较低，通风时应“先开天后开地”。

2 园艺设施热量损失的途径

主要途径贯流放热、缝隙放热、地中传热。贯流放热，透过覆盖材料和结构材料放出的热量占总散热量的60%～70%，高时可达90%左右；缝隙放热，园艺设施内外空气交换而导致的热量损失是贯流放热的1／10，包括潜热（经通风换气排出水汽而散失的水的汽化热）和显热两部分；地中传热热量在土壤中的垂直传导和水平传导。白天日光温室地面吸收的的太阳辐射超过地面的有效辐射，地面和空气升温，热量以辐射和对流的形式带到覆盖物的内表面。夜间室内地面和围护结构（后墙和后屋面）进行有效辐射，白天存储的热量补充到温室内，缓和空气和地面降温的速度，由于室内外温差，贯流放热加大，由于夜间通风口关闭和外覆盖等防寒物，减少了贯流放热和缝隙放热，冬季室内气温一般一夜只降低5～7℃。改善温室的维护结构是减少室内贯流放热和缝隙放热的有效途径，是减缓室内降温，保持作物正常生长的所需适宜温度的有力保障。温室墙体传导散热量占总耗热量的20%～25%，前屋面散热占总耗热量的70%～80%。传统温室造价成本比例来看，后墙、后屋面造价占总造价的70%～74%，前屋面及外保温材料之战总造价的20%～23%，造成保温效果不好的弊端。

3 设施热环境调控技术及设施应用

热环境调控以其调控目的不同，分为保温、增温、降温、变温四种不同的调控措施。

3.1 保温技术及设施应用

3.1.1 保温墙体的合理设计

温室墙体兼有隔热和储放热两个功能，传导散热占到总散热的20% ～25%，改进或创新墙体结构，增加蓄热量或蓄热面积，减少热损失，是近几年温室保温研究的重点。目前大多数菜农采用低价的土墙温室（单一材料），要保证土墙厚度在1～1.5m，才可以达到较好的保温效果；异质多功能复合墙体的应用：①内墙采用24cm红砖，外墙采用24或37cm红砖墙体或加气砖、中间填充5～10cm厚聚苯乙烯泡沫板（具体依据各地区气候条件而定）。内墙起到白天蓄热，夜间放热，中间层热阻高，时候强总的热阻提高3.0m2·℃／W以上，保温隔热和蓄热功效提高15%左右。②蜂窝墙体，内层砌筑为“跑不变，中间隔一块缩回2寸”，形成“蜂窝”形状，保温墙体结构为砖砌体0.5～0.7cm，外贴10cm苯板，然后抹水泥沙浆2cm。表面积增加30%，蓄热在不加温的情况下内外温差达30℃、释放热延长2h、能源损耗降低5%、原材料节省2.5%。③轻材质保温墙体，墙体宽0.5～0.8m，墙体两侧为镁刚夹芯保温板做挡板，内衬塑料薄膜，中间填充稻壳或稻草、珍珠岩，内外墙体护板粘贴25mm挤塑板相当于870mm砖墙保温），保温效果可达到一夜下降2℃（室外－30℃情况下），在长春已进行大规模冬季不加温生产。④异质复合相变材料（就像利用水和冰相互放热、吸热原理）墙体，采用石灰粉10%～30%，水泥30%～55%，珍珠岩2%～5%，水8%～12%及防冻剂组成，制备复合相变材料初凝24h封装制作砌块成品。相变墙温室内的温度波动幅度比普通温室小3.5℃，白天温度平均可降低1.7℃，夜间平均提高0.62℃，最大可提高3.3℃。

3.1.2 保温覆盖材料的应用

主要用于增加透光面夜间的热阻，传统的外保温覆盖材料有草帘，但层保温能力5～6℃，双层14～15℃；草帘上加一层由四层牛皮纸复合的纸被，保温能力8℃左右；棉被为7～10℃。目前应用主要由微孔泡沫塑料、毛毡、蜂窝塑料及防水材料构成，重量仅为传统草帘的10%～30%，保温能力14～15℃，便于机械操作。

多层覆盖，选用PE或EVA农膜，显著提高保温性，早春“三棚四膜”比单层棚膜最低温度提高10～12℃，定植期提前30天，蔬菜上市期提前30～40天，经济效益提高1～1.5倍。

3.1.3 前沿（或东南西三面）隔热板的设置（防寒沟）

主要减少缝隙传热，新型日光节能温室通常采用5～8cm厚的聚苯板隔热，埋的深度，根据当地冻土层，哈尔滨地区100cm。

3.1.4 地中热交换系统的设置

冬季因温度过高而通风降温，使热资源浪费，为蓄积白天富裕热量来补充夜间降温时室内热量不足，建议采用地中热交换系统，在40～60cm地下铺设通风管道，与轴流风机相连，白天向土壤中贮热，出风口温度降低6.5～7.5℃；夜间释热，出风口温度升高4.5～5.3℃。

3.1.5 膜下滴灌技术减少潜热损失

土壤蒸发及作物蒸腾，消耗大量的气化热，恶化温室热环境，可提高地温2～4℃，采用无滴地膜，提高地膜透光率。

3.2 增温技术及设施应用

3.2.1 空气加温

为辐射采暖，利用电加热或燃气加热辐射的大量红外线转化为热能，升温快，尤其对北纬41°以北地区普遍采用。对于单屋面温室，一般在北墙或中间安装烟道，或热水供暖系统（热稳定性较高，适应范围较广），热风供暖系统（热稳定性较低，适用于短时间补充热量）；对于现代化连栋温室则采用加温集成技术，节能效果显著。如双层充气膜覆盖、活动式内保温幕、地中交热、被山墙蓄热、双层充气卷帘机等技术的集成。

3.2.2 土壤加温

多采用土壤下埋入电热线和埋设酿热物。前者又称电热温床，使电能转化成热能，实现土壤温度的自动调节，保温效果好，设备简单，用途广泛。后者温室土壤下面埋一层酿热物，既能提高地温（10cm深土层温度提高1.5～2.0℃），又能补充二氧化碳气体，从而提高作物产量。目前较先进的土壤加温技术为地热膜加温技术，加温效果显著，但成本高。

3.3 变温管理技术及应用

在设施栽培中，目前主要推广的是棚室四段变温管理，主要是通过通风的方式实现。上午高温管理，10时前一般不放风，10时后，根据棚室内温度状况，决定放风量的大小，如果棚室内温度低于28℃，应少放风，达到28℃以上时，开始大放风，并能使午后温度逐渐降低。日落后根据天气状况和棚室内温度，从5月中旬到6月上旬，日落后放风1～3h，然后关上通风口，就可使前半夜温度逐渐降低，进入6月中旬后，应昼夜放风，并逐渐加大放风口。如黄瓜变温管理，比一般温度管理增产20%，节省燃料11%～19.5%，，茄子增产10%～15%，节省燃料10%～15%；番茄增产7%～10%，节省燃料10%～15%。如表1为主要设施果菜四段变温管理指标。

表1 设施果菜四段变温管理