屋顶全开启型Venlo式温室的降温效果

齐振宇， 马 帆， 孔德栋， 胡卫珍， 童正仙， 孙晓梅

(1.浙江大学 农业试验站，杭州 310058；2.浙江同济科技职业学院 水利系，杭州 311231；3. 上海市农业科学院 组织人事处，上海 201106)



屋顶全开启型Venlo式温室的降温效果

齐振宇1， 马 帆1， 孔德栋1， 胡卫珍1， 童正仙2， 孙晓梅3

(1.浙江大学 农业试验站，杭州 310058；2.浙江同济科技职业学院 水利系，杭州 311231；3. 上海市农业科学院 组织人事处，上海 201106)

通过测试屋顶全开启型与屋顶通风窗型两种Venlo式温室在不同设定条件下的温度变化，建立两种温室室内与室外白天温度变化曲线；结合两种温室自然通风条件下通风比变化与强制降温条件下湿帘风机运行状态，进行屋顶全开启型Venlo式温室降温效果的分析。在自然通风降温条件，晴天时屋顶全开启型温室比屋顶通风窗型温室降温更迅速，室温更低，更接近设定温度；阴天时差异不明显，屋顶全开启型温室1 d中室内最高温度高于室外温度0～2.35 ℃，低于屋顶通风窗型温室1 d中最高温度0～5.25℃；在强制降温开启的条件下，屋顶全开启型温室湿帘风机启动迟，停止早，湿帘风机运行时间要比屋顶通风窗开窗型温室运行时间少1.5 h，能够在不影响降温效果的情况下减少温室降温能耗。屋顶全开启型Venlo式温室大幅增加了温室的开窗通风比，显著提高了Venlo式温室自然通风的降温效果，并减少了温室强制降温的运行成本。

玻璃温室； 自然通风； 屋顶全开启； 屋顶通风窗

0 引 言

Venlo型温室起源于荷兰，是世界上应用最广、使用数量最多的温室类型，这种温室类型从上世纪90年代初开始引入我国，经过20多年的发展，目前已经在蔬菜、花卉、苗木栽培中得到越来越多的应用[1-2]。在Venlo式温室引入后的生产运行中，发现这种结构的温室在高纬度的荷兰是合适的，但在我国的大部分地区使用时普遍感觉通风面积不够，屋顶通风窗开启的实际有效通风面积较小，通风效果差，夏季降温比较困难，如果增设湿帘风机或其他方式强制降温，运行成本很高[3-4]。因此，如何加大Venlo式温室的通风口面积，提高温室的降温效果，一直都是国内温室使用者和设计建设者关注的重要问题[5-6]。

近年来，一种新型的开窗方式被应用在Venlo式温室上，即屋顶全开启型温室，这种温室打破了传统的温室顶部固定的方式， 采用了以温室天沟为固定轴， 整个屋顶能绕天沟旋转，达到温室顶部全开的目的，通风换气比接近100 %[7-8]。理论上，温室开窗方式决定温室顶窗可实现的最大通风比，而温室的最大通风比越大，温室的自然降温效果越好，国内外已有研究者做了这方面的研究[9-13]，但是还没有对屋顶全开启型Venlo式温室与普通屋顶通风口开窗两种不同温室的降温效果进行系统比较研究[14-16]。本试验通过测试屋顶全开启型与屋顶通风窗型两种Venlo式温室在不同设定条件下的温度变化，结合两种温室自然通风条件下通风比变化与强制降温条件下湿帘风机运行状态，进行屋顶全开启型Venlo式温室降温效果的分析，为温室结构的优化设计提供理论依据。

1 试验材料与方法

1.1 试验温室

试验地点位于浙江大学紫金港校区农业试验站温室群，以A区、B区温室作为试验测试温室，其中，A温室为屋顶全开启型温室；B温室为屋顶通风窗型温室。两座温室均为Venlo式结构，采用3.2 m屋面，跨度6.4 m，开间4.00 m，肩高4.2m，顶高6 m，天沟宽度0.17 m，玻璃宽度0.73 m，玻璃厚度5 mm，两座温室的面积相等，每座温室的排列方式12.8 m×32 m，两座温室都由Priva Integro(V724)控制系统实现环境自动控制。

1.1.1 屋顶全开启型温室

屋顶全开启型温室以天沟为固定轴，整个屋面能绕天沟旋转，实现顶部全开，通风窗宽度2.4 m，开窗角度(与水平面夹角) 30°～83°可调，最大开窗面积与地面积的比率(以下简称通风窗比) 为86.93%，主要设备配件有减速电机、传动轴、齿条、齿轮、连接件等。工作时，减速电机通过传动轴及齿轮带动齿条移动，齿条直接推动窗户，将窗户打开或关闭。

1.1.2 屋顶通风窗开窗温室

屋顶通风窗型温室的开窗机构以屋脊两侧交错间隔方式分布，通风窗宽度0.80 m，通风窗开启角度(与屋面夹角)0°～30°可调，屋顶通风窗净高度0.45 m，最大通风窗比为25 %，主要设备配件有减速电机、传动轴、齿条、齿轮、推杆、拉杆和拉杆连接件等。工作时，减速电机通过传动轴及齿轮带动齿条前后移动，齿条推动推杆移动，推杆将推力或拉力传递至支杆，将窗户打开或关闭。

1.2 试验方法与装置

1.2.1 试验方法

以2013年5月25日～2014年5月25日温度变化数据进行分析，建立两种不同开窗方式下两座温室内与室外典型天气(晴天、阴天)温度变化曲线，并分析自然通风降温开窗条件下，温度数据变化情况；分析强制降温条件下温室内外温度变化情况，比较夏季强制降温开启的时数并分析两种开窗方式下温室运行的降温能耗。

1.2.2 参数设置

通过Priva Office对A、B两座温室进行温度条件、开窗条件参数两种模式设置，其他参数均一致，参数的设置分为两个阶段：

(1) 2013年10月25日～2014年5月25日，强制降温模式关闭，仅自然通风：白天(6:30～20:30)，25 ℃开窗；夜晚(20:30～6:30)，22 ℃开窗。

(2) 2013年5月25日～2013年10月25日，强制降温模式开启，结合自然通风：白天(6:30～20:30)，25 ℃开窗，室外温度高于33 ℃、室内温度高于室外温度3 ℃度时进行湿帘风机强制降温；夜晚(20:30～6:30)，22 ℃开窗，不进行湿帘风机强制降温。

1.2.3 数据采集与记录

(1) A、B两座温室室内、室外空气温度由Priva气象站测得，温室内测点位于温室中间，距离地面高度1.5 m，温室外测点位于温室天沟上方1.5 m处。湿帘风机运行状态(0为停止，1为开启)、开窗百分率由Priva office采集，数据每5 min采集并记录1次，并计算：

屋顶通风比=最大通风比×开窗百分率

(2) 选择2013年7月16日(强制降温开启)、2014年4月28日(晴天自然通风)、2014年4月17日(阴天自然通风)进行典型天气条件下的试验，由传感器(TH-HNW)进行A温室室内、B温室室内、室外白天空气温度的测定，各设6个测点，温室内测点均匀分布在各测量温室内，水平布置，距地面高度 1.5 m(见图1)；温室外测点位于温室附近空旷处，水平布置，距离地面高度1.5 m，6:00开始，每30 min测定1次，20：00结束。

图1 温室内测点布置示意图(m)

1.2.4 数据分析

记录的数据通过Excell 2007进行处理和分析。

2 试验结果与分析

2.1 自然通风降温条件下，屋顶全开启型Venlo式温室降温效果

2.1.1 晴天自然通风条件下的降温效果

从2014年4月28日晴天测试并建立的温度曲线可以看出(见图2)，室外温度从6：00时15.38 ℃，上升至13:30最高达28.76 ℃，变幅较大。两座温室室内温度与室外温度的变化趋势基本一致，随着室外温度升高，室内温度也不断升高。上午 8：00，两座温室天窗开始开启(见图3)，此时屋顶通风窗温室室内温度 25.8 ℃，屋顶全开启温室室温25.6 ℃，随着室外温度上升，两座温室室内温度也不断上升，而屋顶全开启型温室室内温度上升较缓慢。随着两座温室室内温度不断上升，开窗角度不断加大，至10：00时，屋顶通风窗温室天窗角度已达到最大，达温室最大通风比25%。随后，室内温度迅速上升，屋顶全开型温室开窗角度不断加大，温室通风比不断升高，温度上升缓慢。

图2 晴天温室室内、室外温度变化曲线

图3 晴天温室屋顶通风比变化曲线

至下午13：35，温室通风比达全天最大值70%，下午14：00，屋顶通风窗温室室内达到最高温度33.6 ℃。此时，室外温度为28.52 ℃，屋顶全开启型温室温度29.72 ℃。随着室外温度的降低，两座温室室内温度逐渐下降，至下午16：00，屋顶通风窗温室开窗角度开始减小，通风比逐渐下降。从变化的趋势上看，屋顶全开启型温室天窗通风比变化幅度更大，变化更迅速。 屋顶全开启型温室比屋顶通风窗型温室降温更迅速，室温更低，并更接近室外温度。

2.1.2 阴天自然通风条件下的降温效果

从2014年4月17日阴天测试并建立的温度曲线可以看出(见图4)，室外温度从早上6：00时18.71 ℃上升至13：30最高达22.34 ℃，变幅较小。两座温室室内温度与室外温度的变化趋势基本一致，随着室外温度升高，室内温度也不断升高。上午10：00，两座温室室温超过开窗设定温度，天窗几乎同时开启，随着室外温度的上升，室内温度不断升高，两座温室开窗角度不断加大，温室通风比不断提高，至下午13：30，室温达到最高，随后缓慢降低(见图5)。在测量期间发现，从10：00～16：00，两座温室的通风比变化曲线基本吻合，差异不大，两座温室室温的变化线也基本吻合，始终在设定开窗温度25 ℃附近。两座温室室内最大温差出现在14：00，温差为 1.21 ℃，此时，屋顶通风窗温室室温为27.08 ℃，屋顶全开启温室室温为25.87 ℃，室外温度为22.28 ℃。

图4 阴天温室室内、室外温度变化曲线

图5 阴天温室屋顶通风比变化曲线

2.1.3 自然通风条件下，全开启型Venlo式温室降温效果

2013年10月25日～2014年5月25日为自然通风降温模式运行，开窗温度设置25 ℃，从Priva office记录的两座温室的数据并建立的曲线可以看出(见图6)，屋顶通风窗型温室每天最高温度(峰值)较高，屋顶全开启型温室的每天最高温度(峰值)较低，从整个阶段来看，自然通风降温条件下，屋顶通风窗型温室1 d中的最高温度为22.50～39.75 ℃，屋顶全开启型温室1 d中的最高温度在22.51～34.50 ℃，屋顶全开启型温室1 d中室内最高温度高于室外温度0～2.35 ℃，低于屋顶通风窗型温室1 d中最高温度0～5.25 ℃。从两座温室最高室温差值与室外温度变化趋势来看，室外温度越高，两座温室1 d中的室内最高温差值越大。两者之间的最大差值出现在2014年的5月16日，为5.25 ℃，该天记录室外最高温度为32.15 ℃，屋顶全开启型温室室温的最高温度为34.50 ℃，屋顶通风窗型温室室温的最高温度39.75 ℃。

图6 自然通风条件下，温室室内、室外温度变化曲线

2.2 强制降温开启结合自然通风条件下屋顶全开启型Venlo式温室降温效果

在温室控制系统强制降温开启的情况下，白天25℃开窗，当室外温度高于33 ℃、室内温度高于室外温度3 ℃时，进行湿帘风机强制降温；从2013年7月16日两座温室温度变化的情况来看(见图7)，从早上6：00开始，外界温度为25.20 ℃，两座温室温度稍高于室外温度，随着室外温度不断升高，两座温室虽然开窗角度不断加大，但室温还是迅速上升，至7:57，屋顶通风窗型温室已经达到33.26 ℃，湿帘风机第1次启动，室内温度迅速降低，温室进入风机湿帘启动(关窗)—停止(开窗)间歇运行阶段(见图8)，而屋顶全开启型温室通过不断加大开窗角度，室温上升较慢，至8：43，室内温度为33.63 ℃，湿帘风机启动，随即也进入间歇运行阶段。至下午16：21，屋顶全开启型温室进入湿帘风机间歇启动阶段，至下午18：15，室温32.65 ℃时，湿帘风机完全停止。屋顶通风型温室17：11进入间歇运行阶段， 至19：04，室温32.45 ℃时湿帘风机也完全停止。

图7 强制降温条件下，温室室内、室外温度变化曲线

图8 湿帘风机运行状态曲线

从9：46～16：21，两座温室湿帘风机都启动后，两座温室室内温度曲线几乎重合，并与室外温度的变化趋势一致，始终低于室外温度3～4.5 ℃，说明两座温室在强制降温启动时，降温的效果基本一致，无显著差异(见图6)。 从Priva控制系统记录的湿帘风机运行的状态曲线来看，屋顶全开启型温室湿帘—风机启动迟，停止早，风机湿帘运行时间要比屋顶通风窗开窗型温室运行时间少1.5 h(见图8)。

3 结果与讨论

温室生产中，采取不同的开窗方式，对温室内各环境因子调控效果影响较大，特别是对温室通风降温效果的影响尤为显著。试验通过测试屋顶全开启型与屋顶通风窗型两种不同开窗方式的Venlo式温室，在控制系统设置的两种不同降温运行模式下，进行了屋顶全开启型Venlo式温室降温效果的测试。

(1) 强制通风关闭，仅自然通风降温模式。屋顶全开启型温室室内温度下降明显，可以快速除去温室内的高温、高湿空气，达到快速降温的效果，屋顶全开启型温室比屋顶通风窗型温室降温更迅速，室温更低，更接近设定温度；屋顶全开启型温室1 d中室内最高温度高于室外温度0～2.35 ℃，低于屋顶通风窗型温室1 d中最高温度0～5.25 ℃。从差值与室外温度变化趋势来看，室外温度越高，两座温室1 d中的室内最高温差值越大。

(2) 强制降温开启结合自然通风模式。屋顶全开启型温室与屋顶通风窗型温室在风机湿帘启动后，温室的降温效果基本一致，能够使室内温度低于外温度3～4.5℃，但屋顶全开启型温室湿帘-风机启动迟，停止早，风机湿帘运行时间要比屋顶通风窗开窗型温室运行时间少1.5 h，能够在不影响降温效果的情况下减少温室降温能耗。

4 结 语

Venlo式温室降温问题一直是设施农业所面临的难题之一，我国大部分地区夏季高温炎热，普通的屋顶通风窗自然通风条件下，降温效果很难满足植物种植需要，而通过湿帘风机强制降温，虽效果明显，但耗电量大，运行成本较高。屋顶全开启型Venlo式温室是温室开窗机构设计上的一次飞跃，大幅增加了温室的开窗通风比，显著提高了Venlo式温室自然通风的降温效果，并降低了温室强制降温的运行成本。

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Cooling Effect of Open-Roof Venlo Greenhouse

QIZhen-yu1,MAFan1,KONGDe-dong1,HUWei-zhen1,TONGZheng-xian2,SUNXiao-mei3

(1. Agricultural Experiment Station, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China; 2. Department of Water Conservancy，Zhejiang Tongji Vocational College of Science and Technology, Hangzhou 311231, China;3. Department of Organizational Personnel, Shanghai Academy Agricultural Sciences, Shanghai 201106, China)

In order to provide a theoretical basis for optimizing the structure design of the greenhouse and to provide a reference for environmental control, the cooling effect of the open-roof Venlo greenhouse was compared with the roof vent Venlo greenhouse. By testing the open-roof Venlo greenhouse and the roof vent Venlo greenhouse under different conditions of temperature setting, daytime temperature curve of greenhouse indoor and outside were created. And the cooling effects of the two kinds of greenhouses were analyzed according to the change of roof ventilation ratios, and the conditions of under natural ventilation conditions and wet pad-fan running situations by forced cooling. In sunny day and under natural ventilation cooling conditions, the open-roof Venlo greenhouse was more quickly to be cool, and could reach the lower temperature, and be closer to the set temperature than the roof vent Venlo greenhouse; Ihe difference was not significant in cloudy days. The highest day temperature of the open-roof Venlo greenhouse was higher than the outdoor temperature about 0-2.4 ℃, it was less than the highest day temperature of the roof vent Venlo greenhouse which was 0-5.2 ℃. The wet pad-fan of open-roof greenhouse started up later and stoped earlier than the roof vent greenhouse, while wet pad-fan running time of open-roof vent greenhouse was less than the roof vent greenhouse about 1.5 hours. Open-roof vent greenhouse could reduce greenhouse cooling energy consumption without compromising cooling effect situation. Open-roof vent greenhouse sharply increased roof ventilation ratio of greenhouse, significantly improved the Venlo greenhouse natural ventilation cooling effect and reduced the operating costs of greenhouse forced cooling.

greenhouses; natural ventilation; open roof; roof vent

2014-06-30

浙江大学实验研究重点项目(188100-560101/024 )

齐振宇(1976-)，男，浙江杭州人，实验师，研究方向为设施园艺与环境控制。

Tel.: 0571-88981767；E-mail: qizhenyu@zju.edu.cn

S 625.1； S 625+3

A

1006-7167(2015)05-0031-05