保温被外设PE黑膜对日光温室保温性的影响

2017-06-30禹夏青张亚红

江苏农业科学 2017年8期

禹夏青+张亚红

摘要：为减少夜间日光温室前屋面的热量损失，提高雨雪天气温室保温高于对照效果，以日光温室为对象，在2015年冬季采用保温被外覆无接缝PE黑膜的方法测试温室内温度变化，分析对温室保温性能的影响。结果表明，外设PE黑膜对冬季日光温室的增温效果明显，温室气温、0.05 m处地温显著高于对照。其中：晴天与阴天夜间，处理温室最低气温分别较对照提高0.9、0.5 ℃，最低地温提高0.7 ℃；晴天效果优于阴天。雪天夜间最低棚温较对照高 2.2 ℃，最低地温提高1.3 ℃，且雪后1周处理温室降温幅度明显小于对照温室。试验期间处理温室旬平均气温均高于对照温室，节能效果优于对照。

关键词：日光温室；PE膜保温被；保温性

中图分类号：S626.5文献标志码：A文章编号：1002-1302（2017）08-0187-04

日光温室的保温材料由保温围护结构和活动保温材料两部分组成，而夜间通过前屋面外覆盖保温材料的热量散失占温室热损失的70%左右[1-2]，冬季日光温室的保温和加温效果成为制约反季节蔬菜产量和收入的第一因素[3]，提高前屋面保温材料保温性意义重大。银川地区冬季漫长寒冷，昼夜温差大，对温室保温被保温性要求较高。现在大面积使用的针刺毡保温被由于表面有缝合针孔，存在雨雪天气易淋湿、卷放困难、保温性明显降低等问题。开展试验研究保温被外覆无针孔PE膜对温室保温性能的影响，对提高温室使用性能有重要意义。长期以来，保温覆盖材料主要有稻草苫、香蒲毡、纸被、棉被等。其中，稻草、香蒲毡导热系数很小，保温效果好，可使温室夜间热耗量减少60%[4]，草苫的保温能力一般为5～6 ℃[5]，用蒲草加芦苇的草苫保温效果可达7～10 ℃，棉被的保温能力为7～10 ℃[6]，4层旧水泥袋纸或6层牛皮纸复合成的纸被的保温能力为6～7 ℃[7]。但随着日光温室向集约化、规模化发展，上述材料使用后薄厚不均匀，防水性能变差，易霉烂，卷放费工费力，不易保管，使用年限短等问题日益突显，因此逐渐被淘汰。近年来，保温被的研究主要集中在2个方面，一方面研发出保温性好、质地轻、使用寿命长的新型保温材料，主要有复合型保温被[1，8-12]、针刺毡保温被、泡沫保温被[13]等。其基本结构有两大类：镀铝膜+微孔泡沫塑料（如发泡聚乙烯），保温棉毯+防水布，造价低，保温效果好[8]。20世纪末，周长吉等采用单拱棚试验分析了市场上6种保温被的保温性，发现5种的保温性达到或超过单层草帘，并对保温被结构及其保温性的进一步改进和提高提出了措施[14]。另一方面在原有材料基础上进行改进，黄学群等将聚乙烯膜与毛毡或棉毡直接压合制成保温被，测试表明比草苫可提高棚内温度1.3～4.6 ℃[15]。周长吉研究证实，双层塑膜温室较单层塑膜温室的保温能力高40%以上[16]。薛琳等使用棉被加塑料膜保护，在室外-18 ℃最低气温条件下可保持室内最低气温13.5 ℃，基本满足喜温果菜的低限温度[17]。

本试验通过在保温被外覆盖一体无针眼黑色PE薄膜，采用非缝合非胶粘一次成型工艺与棉毡直接压合的方法，研究对温室保温效果的影响，以期为冬季日光温室提高保温性能提供理论参考，对冬季设施环境调控具有重要意义。

1材料与方法

1.1试验概况

试验于2015年1月13日至3月15日在宁夏银川市华西村园富生态区（106.06°E，38.62°N）基地进行。选取地理位置、温室结构、土壤性状一致的2栋温室。温室长70 m，宽 9 m，脊高3.3 m，后坡1.5 m，坐北朝南。温室透明外覆盖材料为厚0.9 mm无滴PVC膜，保温材料为复合保温被，材质由内向外依次为拉力毡+2层针刺毡+拉力毡+防水布。厚度3.80 cm，重量2.45 kg/m2。

1.2试验方法

1.2.1试验设计试验设2个处理，处理温室保温被利用PE黑膜做保温被表层材料，另1栋温室则不作处理为对照。覆盖处理及环境监测仪器布局见图1。

1.2.2观测项目每个处理温室中部安放NIL温室娃娃（环境监测仪器），监测室内空气温度（WT）、5 cm处土壤温度（DT）。空气温度测量高度为1.5 m处，地温用外带热敏电阻温度的探头插入栽培垄地下5 cm处。数据均为15 min自动记录1次，数据采集从2015年1月13日至3月15日。

1.2.3试验仪器室内环境监测仪器（温室娃娃），由国家农业信息化工程技术研究中心制造。

1.3统计分析

数据采用SPASS17.0数據统计软件和Excel软件分析。

2结果与分析

2.1室外覆盖对日光温室保温性能的影响

2.1.1典型天气温室气温、地温日变化

2.1.1.1雪天温室气温、地温变化2015年1月27日雪天日光温室内气温和地温的日变化，16：40开始下雪，17：00盖被至次日09：55。从图2可以看出，下雪前最低温出现在 10：10，处理温度高于对照0.6 ℃；10：30时揭开保温被后，气温缓慢上升；随着外界光照度的增加，11：30气温快速上升，13：50达到最大值，处理温度为17.7 ℃，对照温度为 16.7 ℃。16：40开始下雪，温室气温下降速度加快，盖被前最低气温处理温室与对照温室分别为8.8、6.1 ℃；17：30盖保温被后，气温开始缓慢升高；20：00至次日凌晨缓慢降低，凌晨处理温室与对照温室的气温分别为9.3、7.1 ℃。

地温从11：00开始缓慢上升，最高地温出现在17：00左右，此时处理温度高于对照1 ℃。之后缓慢下降至次日中午时分；地温变化范围在13.7～20.2 ℃。处理与对照的夜平均地温分别为13.6、12.7 ℃；最低地温出现在22：00，处理与对照温度分别为13.5、12.2 ℃，处理高于对照1.3 ℃。

2.1.1.2下雪前后1周温室内温度变化下雪前后1周温室气温变化见图3。下雪前后的26—28日温室气温快速下降。其中，下雪前的26—27日，处理的日平均气温从11.7 ℃下降至10.0 ℃，对照的日平均气温从11.2 ℃下降至9.2 ℃，分别下降了1.7、2.0 ℃。下雪后的27—28日，处理的日平均气温从10.0 ℃下降至8.6 ℃，对照的日平均气温从9.2 ℃下降至7.2 ℃，分别下降了1.4、2.0℃。雪停后的29日温室气温快速回升，29-30日为阴天，温室平均气温持平。31日晴天，处理温室与对照温室日平均气温分别缓和升至10.5 ℃和10.2 ℃。

2.1.1.3晴天温室气温、地温变化2015年1月21日为晴天，日光温室内气温、地温的日变化见图4。白天揭被前最低温出现在08：00，处理温度高于对照0.7 ℃。09：30揭开保温被后，气温迅速上升，12：00时达到最大值，处理与对照温度分别为28.6、27.7 ℃。12：00—14：00温室进行短暂的换气通风，气温快速下降；14：00闭风口，气温快速上升；17：00盖保温被后，温度逐渐降低，至次日揭保温被前降到最低点。处理与对照平均气温分别为15.80、13.81 ℃。最低气温出现在次日凌晨，分别是12.4、11.5 ℃。

地温在揭被前09：00达到最低，处理与对照温度分别为12.8、11.5 ℃。揭被后，温室地温开始缓慢上升，最高地温出现在16：00，此时处理温室与对照温室地温分别为20.0、18.3 ℃，处理较对照地温高1.7 ℃。之后缓慢下降，至次日凌晨出现最低地温，处理温室与对照温室地温分别15.3、146 ℃。全天地温变化范围处理温室在13.1～20℃之间，对照温室在11.5～18.3℃之间。处理温室与对照温室盖被后的夜平均地温分别为16.9、16.1 ℃。

2.1.1.4阴天温室气温、地温日变化2015年2月20日为阴天，日光温室内气温和地温日变化见图5。当天外界气温为-6.5～11.2 ℃。阴天气温变化整体趋势与晴天相似，处理与对照温室的日平均温度为20.3、18.6 ℃。夜间处理与对照的平均空气温度分别为15.1、13.8 ℃。夜间最低气温出现在揭被前08：30，处理与对照温度分别为15.2、12.7 ℃。10：00 揭开保温被，气温开始缓慢上升，至13：00温室气温达到通风前最高；13：00-14：00温室通风，气温快速下降；14：00-16：00，温室温度快速上升，至16：00达到全天最高气温，此时处理温室气温高于对照温室气温1.6 ℃。16：00盖保温被后，温室气温先快速下降后再缓慢下降，至次日凌晨温室出现最低气温，此时处理温室与对照温室气温分别为171、16.6 ℃。

地温变化与晴天地温变化基本一致，处理与对照日平均地温分别为18.9、18.3 ℃。揭被前09：00地温最低，此时处理与对照地温分别为15.3、16.0 ℃。揭被后地温逐渐上升，至15：00达最大值，此时处理温度高于对照1 ℃。

2.1.2保温被对夜间平均气温、地温的影响试验期间共52 d，温室夜晚平均气温见图6，平均地温见图7。由图6可以看出，处理温室夜晚平均气温小于冬季温室大多数植物生长的临界温度10 ℃的天数比对照温室少3 d；在10～13、>13～15 ℃温度范围内，对照温室天数分别比处理温室多5、3 d；>15～18、>18 ℃的较适宜的夜晚温室气温范围内，处理温室天数均比对照温室多5 d。由图7可以看出，温室地温相对气温变化较平缓。处于11～13℃低地温范围的天数处理温室比对照温室少2 d；地温处于>13～15 ℃的天数，处理温室比对照温室少6 d；>15～18、>18 ℃的地温范围内，处理温室天数分别比对照温室多3、6 d。

2.2保温被节能效果分析

节能效果分析采用文献[18-19]的算法，即双层保温被

由于不同材料组合数目很多，可由其每层单独用作单层保温幕时的热节省率（数据在文献中已推算得出）进行推算。

从图8可以看出，附加保温覆盖1与主覆盖层共同工作时（图8-a）的热节省率为αc1，附加保温覆盖2与主覆盖层共同工作时（图8-b）热节省率为αc2。αc为附加保温覆盖1、2同时使用的节省率；资料[19]中，可以查到主覆盖层以及附加保温覆盖1、附加保温覆盖2分别与主覆盖层共同工作时的热节省率αc1与αc2（表1）。

试验中前屋面主覆盖材料为PVC膜，保温材料为复合型保温被，附加保温材料为PE膜。

2.3日光温室内不同环境因子旬变化

2.3.1日光温室温度旬变化研究冬季气温和地温的旬变化，有助于安排栽培茬次、选择覆盖材料。试验期间，1月下旬出现小雪天气。从表2可以看出，测定期内，外界平均旬气温最低-6.8 ℃时，处理最高气温与最低气温分别为16.0、6.7 ℃，对照为15.6、6.2 ℃，最低气温处理高于对照 0.5 ℃。与对照相比，处理旬平均气温总体提高0.1～0.8 ℃。最低平均气温出现在2015年1月上旬，对照出现了5.4 ℃的低温，比处理低0.4 ℃，在外界气温最低的1月下旬和2月上旬，处理温室平均气温分别提高0.4、0.7 ℃，且1月下旬处理温室最低气温高于对照0.5 ℃。与对照温室相比，处理温室的旬平均气温提高0.1～0.8 ℃。

2.3.2日光温室地温旬变化地温旬变化与气温变化基本相似，但相对比较平缓，温室旬平均地温在14.2～16.1 ℃之间。试验期间处理旬平均地温都高于对照，地温增幅为 0.1～0.5 ℃。2015年1月上旬，外界地温最低达 -11 ℃，此时处理最低地温高于对照地温0.7 ℃。外界旬平均地温、最高地温最低为1月中旬，此时处理最高地温、最低地温分别比对照高0.2、1.5 ℃（表3）。

2.4保温被综合效应分析

分别统计试验期间1月下旬至3月上旬晴天（42 d）、阴天（28 d）夜间试验温室、对照温室温度物理量平均值，利用成对平均数比较[20]，进行t检验，验证其顯著性。查表得阴天t0.05=2.78，晴天t0.05=2.23，若|t|>t0.05，则为显著，反之，不显著。

从表4可以看出，保温被外覆PE膜可以显著提高冬季日光温室空气温度，同时对晴天、雪天地温提高显著，阴天地温提高不显著。

3结论与讨论

本试验贯穿宁夏银川地区整个冬季，试验结果表明，日光温室冬季使用覆PE黑膜保温被，晴天温室夜间最低气温升高0.9 ℃；雪天温室夜间最低气温提高2.2 ℃，减小了雨雪天气下温室温度下降幅度大对棚温的影响；晴天和雪天可有效提高温室夜间5 cm处地温，分别提高0.7、1.3 ℃。温室温度提高的程度虽不是很高，但它对低温期的棚内作物生长来说却可以起到非常关键的临界保护作用。冬季有降水月份的覆PE黑膜保温被保温效果较无降水月份明显；处理温室节能率比对照温室高5%。

处理保温被采用的整体黏合工艺生产的复合保温材料能够很好地克服行缝工艺制成保温被雨水易从针眼处渗入，保温被受湿以后影响保温效果，受湿保温被里的水分难以散失的问题，规避了冬季保温被长期处于潮湿的状态。前人对保温被保温性研究多为其性能的实验室静态测试[21-22]，或是在冬季某一阶段于温室小试验场对其进行实际环境监控分析[23]，本试验时间较长，涵盖整个冬天降温过程，分析了冬季降雪天气下，处理对日光温室保温性能的影响。农用保温材料的性价比影响其推广应用，目前，现代化温室中应用最普及的铝箔最贵，最低价格15元/m2以上，试验所用PE膜成本适中，价格2.3元/m2，试验温室每栋的额外成本1 500元左右，性价比较高，且其生产工艺简单，值得推广。温室种植作物对环境的响应还需进一步深入研究。

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