全聚苯乙烯泡沫板墙体日光温室的应用效果

周 莹

(1.菏泽学院 资源与环境系，山东 菏泽 274000； 2.山西农业大学 工学院，山西 太谷 030801)

全聚苯乙烯泡沫板墙体日光温室的应用效果

周 莹1,2

(1.菏泽学院 资源与环境系，山东 菏泽 274000； 2.山西农业大学 工学院，山西 太谷 030801)

为了探究聚苯乙烯泡沫板轻质墙体对日光温室保温效果的影响，对栽培种植管理相同的全聚苯乙烯泡沫板墙体(200 mm)日光温室(简称EPS温室)和传统夯土墙墙体日光温室的室内热环境进行了对比研究。结果表明：白天(保温被开启阶段)晴天、阴天情况下，EPS温室室内温度比土墙温室室内温度平均低1.6 ℃和 3.2 ℃，雨天、雪天特殊天气情况下，EPS温室室内温度比土墙温室室内温度平均低0.5 ℃和0.6 ℃，不影响作物正常生长的情况下，可以有效减少高温高湿病虫害的发生；夜间(保温被遮蔽阶段)晴天、阴天情况下，EPS温室比土墙温室的室内温度平均低0.6 ℃和0.4 ℃，在雨天和雪天特殊天气下，EPS温室比土墙温室的室内温度平均低0.1 ℃和高0.2 ℃，其保温效果与土墙温室基本一样。EPS温室在节省土地、大幅度提高土地利用率、建造简便的同时，夜间达到了较好的保温效果，在一些暖冬地区可以进行建造使用，但要注意特殊天气及时采取应对措施。

日光温室； 聚苯乙烯泡沫板； 土墙； 保温效果； 热环境

日光温室是我国特有的、具有自主知识产权的一种农业设施类型，在我国很多地区被广泛应用。由于大多数日光温室不安装辅助加温设备，墙体就成为保证室内气温、满足作物生长需求的核心要素[1]。墙体材料不仅是影响墙体保温蓄热性能的重要因素，也是影响墙体结构安全、建造成本和生态环境的重要因素[2]。整个墙体的隔热保温及蓄热能力的强弱决定着室内作物能否安全越过北方寒冷的冬季[3]。在我国北方地区，土墙日光温室面积在日光温室的总面积中所占比例最大[4]。厚实的墙体隔热性能好，蓄热能力强，在冬季不加热的情况下，土墙温室能基本保证室内作物正常生长[5-7]。很多学者对土墙日光温室的传热及保温特性进行了大量研究[8-10]，取得了较好的效果。但较厚的日光温室土质墙体不仅增加温室建造成本，也造成耕地资源浪费，因此，多地出现了不同保温墙体的日光温室。其中，聚苯乙烯泡沫板(EPS板)具有质轻、自立、耐压、保温等优良性能，在工程中具有广泛的应用[11]。EPS板作为轻质保温材料被逐渐应用于日光温室生产，该材料可放置于墙体中间或贴附在墙体外表面来提高墙体保温性能[12]。EPS板被用于复合墙体中，取得了较好的保温效果[13-15]。EPS板具有导热系数小、耐候性和尺寸稳定性好、成本低廉等优点，鉴于此，依据鲁西南地区冬季日照充足、最底气温不低于-10 ℃左右等环境条件和农民的生产要求设计了一种全EPS墙体的日光温室，并探究全EPS墙体温室的保温效果，将其与传统土墙日光温室的保温性能相比较，为其在一些冬季相对较暖的地区推广提供理论依据，节约土地资源的同时，降低成本投入，为农民的生产实践提供理论指导，防止农民盲目设计与改造温室，影响生产效益。

1 材料和方法

1.1 试验温室

试验地点位于山东省菏泽市定陶县黄店镇(东经115°72′，北纬35°08′)，试验用聚苯乙烯泡沫板温室(以下简称EPS温室)依据日光温室设计原理和当地地理位置条件进行设计建造，基本参数如下：温室跨度7 m，长100 m，脊高3.4 m，后墙高2.7 m，室内下挖500 mm；温室东西山墙、北墙的墙体材料均选用200 mm厚EPS板，EPS板用粘接胶浆粘接外包裹塑料膜；前屋面采用全钢骨架，通过有限元分析设计及考虑经济问题采用粗细圆钢管结合的屋面形式，钢管直径分别为15 mm和10 mm，即节省成本又能保证结构安全；前屋面采光角、后屋面仰角通过计算合理取得，分别为27.5°和38.5°[16]，后屋面水平投影长度为1 m；前屋面选用0.1 mm厚防滴聚氯乙烯膜覆盖，卷帘—保温被机构进行外覆盖保温；后屋面由聚苯板和防水材料组成。试验温室剖面示意图如图1所示。对照温室为原有土墙日光温室，其北墙及东西山墙均为压实土墙，北墙顶部厚1 m，底部厚5 m，东西山墙厚1.5 m，除墙体材料不同外，其他构造均与试验温室一致。

图1 试验温室剖面及测点布置

测试时间为2014年12月—2015年2月，跟踪记录温室冬季生产的整个阶段，测试期间两温室内栽培管理措施一致，保温被的揭盖时间视天气情况而定。

1.2 试验仪器

室外环境监测：PM-11z植物生理生态监测系统中的DWS-11z气象站单元(以色列产)，太阳辐射测量范围：0～1 200 W/m2，温度测量范围：-40～60 ℃，相对湿度测量范围：3%～100%，降雨分辨率：1 mm，风速测量范围：1.3～58 m/s。

温室室内环境监测：多通路温湿度测试仪，分别用于记录2个温室内的温湿度，温度传感器测量范围：-50～150 ℃(测试精度：±0.5 ℃，分辨率：0.1 ℃)，湿度传感器测量范围：0～100%(测量精度：±3%，分辨率：0.1%)，设置时间间隔为10 min。

1.3 试验方法

每个温室室内设置3组共6个测试点，用来采集温室内温湿度。第1组的2个测点分别设置在距温室前端1.5 m、距温室内地面高1 m处，第2组的2个测点分别设置在距温室前端3 m、距温室内地面高1.5 m处，第3组的2个测点分别设置在距温室前端4.5 m、距温室内地面高2 m处，每组测点中的第1个测点距温室东墙35 m，第2个测点距温室东墙70 m，测点布置如图1所示。

2 结果与分析

选取严冬季节(2015年1月20日—1月30日)中晴天、阴天、雨天和雪天4种天气作为典型天气，对典型天气的代表典型日2015年1月20日(阴)、2015年1月22日(晴)、2015年1月24日(雨)和2015年1月28日(雪)所获取的试验数据进行分析。

2.1 阴天温室内的热环境特点

2015年1月20日阴天，8:00揭保温被，17:30盖保温被。室内外温度、太阳辐射如图2所示。

图2 阴天室外太阳辐射及室内外温度

白天，EPS温室和土墙温室内的温度均随室外太阳辐射的变化而发生大幅度改变，特别是EPS温室的室内气温变化尤为突出；在8:00—11:30期间，EPS温室室内温度比土墙温室室内温度平均高0.5 ℃，最高达2.6 ℃；11:30—17:30期间，土墙温室室内温度明显高于EPS温室，尤其是阴天加剧的14:00后，EPS温室的室内温度最高为29.2 ℃，土墙温室的室内最高温度为32.8 ℃。夜间(17:30—次日8:00)，EPS温室的室内温度最低为13.9 ℃，土墙温室的室内最低温度为13.5 ℃，室内最低气温均出现在清晨7:30左右，EPS温室比土墙温室的室内温度平均低0.4 ℃。阴天的白天，在太阳辐射变化较大的环境因素影响下，EPS温室的热稳定性较土墙温室差，EPS温室的升温速度低于土墙温室，EPS温室比土墙温室室内气温平均低3.2 ℃，两温室内的最高气温相差3.6 ℃，最低气温基本一致；夜间2种不同墙体温室内的气温相差不大，说明在阴天太阳辐射较低的情况下，土质墙体温室蓄放热的保温效果与EPS温室基本相同。

2.2 晴天温室内的热环境特点

2015年1月22日晴天，8:00揭保温被，17:30盖保温被。室内外温度、太阳辐射如图3所示。

图3 晴天室外太阳辐射及室内外温度

保温被揭开后，由于太阳辐射的作用，温室内温度迅速回升。在8:00—11:00期间，EPS温室回温速度较快，其室内温度比土墙温室室内温度平均高0.3 ℃，最高达2.9 ℃，土质后墙的吸蓄热能力和聚苯板后墙的保温能力凸显；11:00—16:00期间，土墙温室室内温度高于EPS温室，EPS温室的室内温度最高为32.4 ℃，土墙温室的室内最高温度为35.7 ℃；16:00后随着太阳辐射的减少，两温室室内温度明显下降，EPS温室室内温度下降速率高于土墙温室。17:30保温被遮盖后，两温室室内温度下降趋势逐渐趋于平稳；两温室的最低气温均出现在清晨7:30左右，EPS温室的室内温度最低为12.6 ℃，土墙温室的室内最低温度为12.7 ℃。晴天的白天，EPS温室比土墙温室的室内温度平均低1.6 ℃，最大温差为5.0 ℃，土墙温室的升温效果明显；晴天的夜间，EPS温室比土墙温室的室内温度平均低0.6 ℃，EPS温室和土墙温室的保温效果相差不大。

2.3 雨天温室内的热环境特点

2015年1月24日雨天，10:00半揭保温被，15:00盖保温被。室内外温度、太阳辐射如图4所示。

图4 雨天室外太阳辐射及室内外温度

雨天，保温被半揭开后室内温度均有所下降，由于室外太阳辐射较低、保温被的半遮盖，两温室室内温度变化波动较为平稳，室内温度均偏低，最高温度均不到15.0 ℃。白天(10:00—15:00)，EPS温室室内最高温度为12.3 ℃，土墙温室的室内最高温度为12.8 ℃，EPS温室比土墙温室的室内温度平均低0.5 ℃，相差不大；保温被遮蔽后15:00—17:30期间，温室内温度有所回升，土墙温室的室内温度回升速率高于EPS温室；17:30后温室内温度趋于平稳。夜间，EPS温室的室内温度比土墙温室的室内温度平均低0.1 ℃。

2.4 雪天温室内的热环境特点

2015年1月28日小雪，9:00揭保温被，13:30左右下雪半盖保温被，16:00全盖保温被。室内外温度、太阳辐射如图5所示。

早上9:00揭保温被后，随着太阳辐射的加强，两温室室内温度缓步上升，至下雪前，EPS温室的室内温度最高为21.7 ℃，土墙温室的室内最高温度为22.3 ℃，两温室室内温度相差较小，EPS温室比土墙温室的室内温度平均低0.2 ℃；下雪半盖保温被(13:30—16:00)，随着室外温度和太阳辐射的下降，温室内温度逐渐下降；16:00全盖保温被后，温室内气温回升后趋于平稳。白天(9:00—16:00)，EPS温室比土墙温室的室内温度平均低0.6 ℃；夜间(16:00—次日8:00)EPS温室比土墙温室的室内温度平均高0.2 ℃。

图5 雪天室外太阳辐射及室内外温度

3 结论与讨论

通过对2种不同保温墙体日光温室的室内热环境的对比试验研究，可以得出以下结论。

白天(保温被开启阶段)，在4种不同的天气情况下，EPS温室回温速度均较快，但其室内温度低于土墙温室，晴天平均低1.6 ℃，阴天平均低3.2 ℃，雨天平均低0.5 ℃，雪天平均低0.6 ℃。受太阳辐射和室外温度的影响,EPS温室的蓄热保温效果虽较差于土墙温室，但基本与土墙温室一致，特别是在晴天和阴天情况下室内最高温度比土墙温室分别低5.0 ℃和3.6 ℃，可以有效地减少高温高湿病虫害的发生。

夜间(保温被遮蔽阶段)，在4种不同的天气情况下，EPS温室都能保证植物生长所需的最低温度，其保温效果基本与土墙温室基本一致。EPS温室比土墙温室的室内温度，晴天平均低0.6 ℃，阴天平均低0.4 ℃，雨天平均低0.1 ℃，雪天平均高0.2 ℃。在特殊天气、白天太阳辐射较弱的情况下，EPS温室夜间的保温效果稍优于土墙温室。

EPS温室在节省土地、提高土地利用率的情况下，因EPS良好的保温能力，达到了与土质墙体基本一样的、较好的保温效果。

综上，为了提高土地的利用率，同时保证温室越冬生产的顺利进行、提高生产效率，建议在一些暖冬地区可以将厚土墙温室改造成为全EPS板温室，但要考虑恶劣天气的影响，及时采取相应措施。为了更好地指导生产实践，将进一步进行试验研究，对不同时期温室内的热环境进行全面监控，获得更加详实、可靠的试验数据，为农民提供理论指导。

[1] 周长吉.日光温室墙体“变形记”[N].中国花卉报,2013-02-03(04).

[2] 佟国红,Christopher D M.墙体材料对日光温室温度环境影响的CFD 模拟[J].农业工程学报,2009,25(3): 153-157.

[3] 马承伟,苗香雯.农业生物环境工程[M].北京:中国农业出版社,2005.

[4] 佟国红,白义奎,赵荣飞,等.日光温室复合墙与土墙热性能对比分析[J].沈阳农业大学学报,2011,42(6):718-722.

[5] 李海涛,王明喜,林利龙,等.高寒丘陵地区机建厚墙体日光温室保温性能研究[J].农业工程技术(温室园艺),2007(11):13-14.

[6] 刘思莹,戴希楠,黄龙,等.北京地区常用类型日光温室的冬季气温特性分析[J].中国蔬菜,2011(Z1):20-25.

[7] 赵洪波.砖混结构复合墙体温室与单质实心土墙温室性能比较[J].现代农村科技,2012(1):72.

[8] 杨建军.西北地区日光温室土质墙体厚度优化及其保温性研究[D].杨凌:西北农林科技大学,2009.

[9] 黄雪,王秀峰,魏珉,等.下挖式日光温室土墙温度和热流的变化规律[J].应用生态学报,2013,24(6):1669-1676.

[10] 彭东玲,杨其长,魏灵玲,等.日光温室土质墙体内热流测试与分析[J].中国农业气象,2014,35(2):168-173.

[11] 安鹏,邢义川,张爱军.基于部分保温法的渠道保温板厚度计算与数值模拟[J].农业工程学报,2013,29(17):54-62.

[12] 李明,魏晓明,齐飞,等.日光温室墙体研究进展[J].新疆农业科学,2014,51(6):1162-1170,1176.

[13] 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.

[14] 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].农业工程学报,2003,19(3):190-194.

[15] 李小芳,陈青云.墙体材料及其组合对日光温室墙体保温性能的影响[J].中国生态农业学报,2006,14(4):185-189.

[16] 周莹.菏泽市佃户屯日光温室的改良设计[J].现代农村科技,2014(14):68-70.

The Application Effect of Polystyrene Foam Board Wall in Solar Greenhouse

ZHOU Ying1,2

In order to explore the influence of polystyrene foam board on the insulation effect of solar greenhouse,a comparative experiment of thermal environment in the greenhouse of two different types of wall(200 mm polystyrene foam board and soil) was carried out in this paper.The results showed that,in sunny and cloudy days of daytime(insulation pads opened),the indoor temperatures of polystyrene foam board greenhouse(EPS) were lower than soil wall greenhouse by 1.6 ℃ and 3.2 ℃ on average; in rainy and snowy days,the indoor temperatures of EPS were lower than soil wall greenhouse by 0.5 ℃ and 0.6 ℃ on average,which did not affect the normal growth of crops,and could effectively reduce the occurrence of pests and diseases under high temperature and high humidity.In sunny and cloudy days of nighttime(insulation pads closed),the indoor temperatures of EPS were lower than soil wall greenhouse by 0.6 ℃ and 0.4 ℃ on average;in rainy and snowy days,the indoor temperature of EPS was lower than soil wall greenhouse by 0.1 ℃ and highter than soil wall greenhouse by 0.2 ℃ on average,so the insulation effect of EPS was the same as soil wall greenhouse.The EPS greenhouse is simple to build,saves the land and improves the utilization ratio of land,and could reach a well insulation effect at night,so it is suitable to be built in some warm winter areas,but the special weather should be paid attention to in a timely manner.

solar greenhouse; polystyrene foam board; soil wall; insulation effect; thermal environment

2016-07-20

国家自然科学基金项目(30771241)；山西省科技攻关项目(20130311010-4)；菏泽学院基金项目(XY14KJ09)

周 莹(1984-)，女，山东济宁人，在读博士研究生，研究方向：设施农业工程与技术。 E-mail：zhouying.yy@163.com

S625

A

1004-3268(2017)03-0152-04

(1.Resources and Environment Department,Heze University,Heze 274000,China; 2.Engineering College,Shanxi Agricultural University,Taigu 030801,China)