日光温室保温技术应用现状

王蕊+杨小龙+马健+须晖+高原+李天来

日光温室内气温的日变化规律与外界基本相同，即白天气温高，夜间气温低。但晴天日光温室内的昼夜温差明显大于外界，这是日光温室内气温最显著的特点之一。通常在早春、晚秋及冬季的日光温室中，晴天最低气温出现在揭开保温被后的30 min左右。此后，气温开始上升，上午每小时平均升温5～6℃；在12：30左右，温度达到最高值；下午气温迅速下降，平均每小时降温4～5℃，覆盖保温被后气温下降缓慢。晴天室内昼夜温差可达20℃。阴天时，室内昼夜温差很小，一般只有3～5℃。日光温室内的气温虽然一年四季均比露地高，但它仍然直接受外界气候条件的影响。通常，日光温室内的冬季低温天数可比露地缩短3～5个月，夏季高温时期可比露地多2～3个月。保温性能好的优型日光温室几乎不存在冬季低温期，可以四季生产蔬菜。

温室内温度管理主要包括保温、增温和降温。在我国北方，保温设计是决定日光温室性能的重要因素之一，也是温室内气温管理的重要调控措施之一。保温主要是防止进入日光温室的热量散失到外部。根据热平衡方程，保温措施应从减少对流换热、换气放热和地中热传导三方面考虑。目前减少对流和换气放热主要通过采用热阻大的材料做覆盖材料、围护材料和结构材料，减小日光温室覆盖材料、围护材料和结构材料的缝隙的方式实现。为了提高日光温室的保温能力，通常采用多层保温覆盖方式，利用隔热性能好的保温覆盖材料来提高设施的气密性。其中多层保温覆盖主要采用室内保温幕、室内小拱棚和室外覆盖等措施。据测定，日光温室内加一层无纺布或聚氯乙烯PVC保温幕时，可分别降低热传导率27%和38%；加一层缀铝膜时，可降低热传导率42%～52%；而外部加一层草苫、苇帘或复合材料保温被时，可降低热传导率63%～67%。

日光温室保温效果的影响因素

影响日光温室温度变化的主要因素包括外界气象环境、日光温室的保温和蓄热性能、日光温室的采光性能及日光温室内加温措施与空气流动情况。日光温室保温与前屋面、后坡、后墙及地面的热学特性有关。日光温室的前屋面主要向外放热而不是向温室内放热，日光温室内的热量主要从前屋面散失。日光温室保温性能受保温比、不同围护材料热阻和温室缝隙大小的影响。

日光温室保温比影响温室内的温度，一般是指温室内土地面积与围护结构面积之比。单位土地面积的覆盖面积越大，散热越多；单位土地面积的覆盖面积越小，散热越少。即温室越低，保温比越大，保温性能越好；温室越高，保温比越小，保温性能越差。因此，从保温角度看，温室不能太高。另外，日光温室的后墙均采用加厚土墙或蓄热材料加保温材料制成，保温和蓄热能力不低于地面。日光温室的后坡均采用保温材料制成，保温能力不低于地面。因此后墙和后坡均可看作与地面具有相同的保温性能，所以如果温室加高后的保温比不变，保温性能就不会改变。如果日光温室后墙和后坡保温能力差，达不到土地保温能力，会导致散热较多，温室内温度会较低。从保温角度看，日光温室保温比和热阻越大、缝隙越小，保温性能就越好。保温比增大，需要加大等同于地面保温性能的围护结构面积，这样就会减少采光面积，影响采光，影响白天温室接收的太阳辐射。这样的话，即使温室保温，也会因白天热量吸收不足而不能保证室内温度；热阻增大，就需要使用热导率低的材料并加厚材料，增加成本；减小温室缝隙，就需要有高质量的材料、标准的构件和施工，这也会增加成本。因此，日光温室要确定合理的保温设计，应考虑3个方面：① 合理的保温比设计；② 不同围护材料合理的热阻设计；③ 最大换气放热界限的设计。

日光温室保温被与内保温技术

日光温室保温被技术

日光温室的传统保温覆盖材料包括草苫、蒲席、纸被和棉被等，其共同缺点是笨重、卷放费时费工。被雨雪浸湿后，重量增大，保温性能下降。而且这些保温覆盖材料对薄膜污染严重，容易降低温室的透光率。保温被是我国当前温室大棚采用最为广泛的保温装备。近几年，各地区陆续开发应用一些日光温室新型保温被，目前使用的保温被主要包括针刺毡保温被、复合型保温被、锦纶棉保温被、棉毡保温被、泡沫保温被等几种。从保温被的内芯材料、性能上可以将其分为：① 原棉保温被：以原棉为内芯原料制作而成的，保温效果很好，可以进行卷放。但是原棉保温被具有吸潮性，容易发生霉变。② 棉毡保温被：是将旧的纺织物进行加工，使其形成絮状、毡状，然后将其作为保温被的内芯。该保温被的保温效果好，可以进行卷放，而且价格低廉。但是棉毡保溫被很容易形成团状，不透光，容易发霉沤烂。③ 涤纶保温被：内芯是由聚乙烯经过发泡处理后形成的涤纶短纤维，质量很轻，而且涤纶保温被半透光、不吸水、不沤烂。④ 稻草保温被（图1）：是将稻草麦秆等扎在一起，使用寿命短，还会对温室大棚上的薄膜造成污染，极易发生沤烂。涤纶保温被的质量很重，在新型保温不断出现的过程中逐渐被淘汰。

目前，日光温室生产中使用较多的自走式卷帘机有两种，分别是以山东为代表的电机、减速机分体式卷帘机和以上海申江牌减速机为代表的电机、减速机一体式卷帘机（图2）。与顶卷式卷帘机相比，自走式卷帘机的优点是：① 适用范围广，适合跨度10 m以内、长度100 m以内的所有日光温室；② 不受温室采光角度影响，正反转收卷自如；③ 安装简单，大大降低卷帘机及外保温材料安装的劳动强度；④ 操作安全，可停放在任何位置；⑤ 性能稳定，草帘或保温被等材料不偏移。缺点是：① 一次性投资大于顶卷式卷帘机；② 卷帘机下面的帘子需要手动卷放；③ 使用过程中会对温室骨架产生一定的压力，所以不适合竹木结构温室；④ 对外保温材料具有一定的拉扯力。虽然自走式卷帘机的一次性投入要大于顶卷式卷帘机，但因其安装方便，使用安全等特点，自走式卷帘机在设施农业效益不断提升的形势下已逐步被接受。

日光温室可开闭式内保温系统设计

作为一种便于安装，易于操作的保温节能装置，日光温室的内保温幕在温室生产中受到了广泛的关注[1]。针对日光温室特有的曲面结构和长季节生产植物茎秆悬吊在骨架上等问题，本课题组提出了在大跨度日光温室内设计可开闭式内保温系统，为优化日光温室保温设计，提高夜间保温能力提供了一种方便可行的方法[2-3]（图3、图4）。日光温室内保温系统的具体安装方法如下：

系统骨架的固定

设置门字形骨架支柱，通过焊接钢筋拉向前底角，水平方向的横梁钢管有数条钢丝斜拉，间距40～50 cm，立柱在垂直方向不会因植株吊重而发生倾斜。托幕线与吊蔓线采用直径3 mm的镀塑钢丝，托幕线上部固定在后坡中间的骨架上，在前水平钢管上绕一周向下拉至前底角焊好的钢筋上，两头用卡头固定，再用紧线器适度拉紧。托幕线及吊蔓线的密度与外骨架对应，每间两空设1根，高度要高出前水平骨架10～20 cm，以适应吊蔓后钢丝形变下坠。吊幕线前部绕钢管下拉至前底角固定，后部固定在后墙钢筋上，最后用紧线器拉紧。

保温幕的安装

选用无纺布（40 g/cm2）作保温幕，除保温外还具有吸湿作用，可以调节夜间室温。安装前先将驱动轴接好置于托幕线与外骨架之间的前底角，以备保温幕固定好后安装前驱动轴。安装时从温室的中间，将保温幕在托幕线与外骨架之间向两侧展开，再沿一个边将保温幕顺着托幕线向上拉到后坡，将保温幕用卡簧卡在事先焊好的卡槽内，最好将这个边多折两层，便于卡牢。后坡固定好后将保温幕的前边缘与驱动轴固定，固定时要将保温幕向下扯平，且前底角与钢管固定后距地面的高度要保持一定。

系统密封处理

系统密闭性不良是导致内保温效果差的主要原因，因此系統密封处理非常重要。前底角内侧加一层1 m高的透明塑料膜以阻止前底角缝隙放热，上边用卡头水平固定在托幕线上，下边埋入土中。

传动系统

传动系统主要由传动轴和减速电机组成。传动轴由4分管（内径为12.7 mm）组装而成，将保温幕用卡箍卡在4分管上，由温室西侧的电机带动4分管转动，卷起内保温幕实现幕的开闭。电机具有正反转开关，自锁功能。在设计上托幕线的角度应增大。因为坡度增大后，幕布会因重力原因而更加平整，上卷时更为紧实，避免了由于幕布松弛造成弯曲所带来不良影响。幕布缝合线最好是南北走向，在幕的东西两边做加厚处理，以防止幕布破裂。另外，为提高前底角的保温性能，可将前底裙可做成双层膜，或采取提高底裙的高度，增大重合面积。

结束语

随着我国社会对节能型农业发展需求的不断增强，日光温室的能耗问题受到越来越多的关注，尤其是高纬度地区日光温室保温与节能效果对冬季设施生产的实际意义。提高日光温室的保温性能是温室有效的节能措施之一。在实际操作中，不同材料的保温装备和不同方法的保温技术不断的被开发出来，但是最终实际生产中的保温效果仍然是日光温室工程界所关注的问题。

参考文献

[1] 张义，马承伟，柴立龙，等.几种温室内保温幕保温效果的测试

研究[c].2008中国设施园艺工程学术年会论文集， 30-35.

[2] 高原，须晖，马健.日光温室可开闭式内保温系统设计[J].新农

业，2009（5）：60-61.

[3] 高原，须晖，马健，李天来，等.日光温室内保温承力桁架设计[J].

农业工程技术，2007（4）：13-15.

项目支持：“十二五”辽宁省重大项目（2014215011）；现代农业产业技术体系建设专项资金项目（CARS-25-C-01）。

作者简介：王蕊（1980-），女，辽宁沈阳人，讲师，博士，主要从事日光温室环境调控及模拟方面的研究。辽宁省农业科学院蔬菜研究所，沈阳 110866）