日光温室墙体上强制通风对室内温度和湿度的影响

刘建荣，温祥珍，李亚灵，白佳艺

（山西农业大学园艺学院，山西太谷 030801）

日光温室内缺乏环境调控设备[1]，室内气温经常会出现35～45℃的高温；空气湿度较低，有时甚至低于30%[2]，高温、干燥结合成为温室生产中经常会遇到的问题[3]。因此，需要调控温室环境来适合作物的生长，而经济有效的降温方式主要是通风，即通风控制是控制栽培环境的一个关键性问题[4]。目前，日光温室的春夏季降温措施包括自然通风降温和机械强制通风降温。其中，自然通风降温一般通过温室顶部天窗通风和四周卷膜或开窗通风[5]，但影响其通风率的因素很多，尚不能做到精确控制[6]，所以，在实际使用中自然通风很难达到理想的降温效果。而机械通风具有通风风速的可控性[7]、降温效果明显[8]、可靠性高等优点[9]，且利于自动控制，因而在环境控制要求比较高的温室中通常采用机械强制通风。在众多的温室中大部分的强制通风都采用的是湿帘风机通风降温系统[8]。国内外许多专家主要利用CFD（计算流体力学）对温室内利用湿帘风机系统的气流运动[10]、风速分布情况[11]和温室内温度场进行了数值模拟[12]的初步研究，但是采用湿帘风机降温系统虽然降温效果比较好，但是运行能耗高，而且降温效果受风机和湿帘之间距离的影响，对温室的尺寸也有一定的限制[13]。

春夏季节通过自然通风很难将热量快速散出[14]，多数采用揭除农膜的措施进行降温[15]，进入夏季，日光温室几乎就不生产。夏季是光热资源最为丰富的季节，不生产意味着光热资源的浪费，成为影响产量提升的重要因素[16]。增加环境控制设备、提高环境控制能力[17]，是提高日光温室单产水平、产品质量，提高光能利用率最有效的手段[18]。

本试验在日光温室后墙上安装强制通风设备，测定了不同通风状态下的不同通风效果，以期为日光温室春夏季通风降温研究提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2017年在山西省太谷县（北纬37°35′，东经112°35′）山西农业大学园艺站的日光温室内进行。日光温室坐北朝南，东西方向延伸，整体为红砖钢筋骨架结构。温室东西延长43 m，跨度9.75 m，脊高4.5 m，北墙高3 m，后屋顶投影1.3 m（图1），温度顶部留有0.5 m宽顶通风口，在距地面0.4 m高处留有1.8 m宽底通风口，覆盖PO农膜。

1.2 试验材料

1.2.1 材料 供试品种为无限生长型番茄品种齐达利，购于市场。

1.2.2 仪器与设备 铸铁交流鼓风机（型号为CZR220V，功率为550 W，脚底厚度0.4 cm，整机高度44 cm，风口外径 12.3 cm，转速为 2 800 r/min），温湿度测定仪（型号为HOBORH/Temp/2xExternal H80-007-02）。

1.3 试验方法

番茄幼苗于2017年2月24日定植，行距1.5m，株距0.4 m，栽培密度为3.3株/m2。番茄采用高线落蔓法管理。试验时将日光温室从上至下用农膜隔离成4间，每间长9 m，面积为81 m2。试验设T和CK共2个处理，其中，T处理是在温室北墙外侧1.5 m高处安装2个鼓风机，定时由外向内鼓自然风；CK是自然通风。

试验在春夏季进行，墙体上的鼓风机于10：00—17：00工作，每次鼓风30 min，中间停5 min；在以下4种情况进行试验：A.在温室顶部通风口（利用卷帘机带动把保温被向后墙卷起，使得风口打开约20 cm）打开情况下；B.在温室底部通风口（底部风口在温室前面位置，通过使用手摇式卷帘机将风口打开约110 cm）打开情况下，8：30打开底通风口，18：00关闭风口；C.在温室全封闭（不打开任何通风口）情况下；D.在温室顶部和底部通风口（打开方式同上部顶、底部打开方式）开启情况下。

试验在温室各个小区内前部（南）、中部、后部（北）方向距地面150 cm高处设3个观测点（图1），即前部测点（距温室最南部1.95 m），中部测点（距温室最南部5.85 m），北部测点（距北墙0.1 m左右）。自动记录数据，数据记录频率为每30 min记录一次。

1.4 数据处理

数据采用Excel软件进行处理。

2 结果与分析

2.1 在温室全封闭情况下的鼓风效果

图2，3分别为在全封闭状态下温室内不同部位2日（5月15—16日）内的温、湿度动态变化情况。从图2可以看出，在10：00开始鼓风处理时，处理间的温度一样，鼓风0.5 h后差异逐渐出现；在11：30—14：30的高温期间，鼓风T处理温室前部位置的温度约45℃、中部位置的温度约44℃，对照（CK）处理温室的温度约49℃，鼓风T处理降温幅度 4～5 ℃，全天从 10：00 到 17：00，平均降温4℃；鼓风结束时2个处理温度趋于一致，之后气温开始大幅度下降，气温最低值出现在第2天5：00，约为14～15℃。

就相对湿度来说，在全封闭状态下，上午太阳出来之后温室前部相对湿度下降明显，中部位置相对较慢；10：00开始鼓风，鼓风处理约0.5 h后，中部位置湿度下降比较明显；在14：30—15：00出现相对湿度最低值，鼓风T处理中部位置约为67%，CK处理约78%，全天从10：00到17：00的处理期间，中部位置相对湿度平均为80%，鼓风T处理平均降湿10%，即为70%左右；温室前部白天高温时段相对湿度平均在30%以下，所以受到鼓风的效果较明显（图 3）。

2.2 在顶部通风情况下的鼓风效果

图4，5分别为在顶部通风状态下连续3日（5月9—11日）内的温湿度动态变化。从图4可以看出，在10：00开始鼓风，约1.5 h后差异逐渐出现；在12：00—15：00的高温期间，鼓风T处理温室前部位置的温度约为37℃、中部位置的温度约为35℃、后部位置的温度约为32℃，与对照（31℃）相比，前部位置、中部位置、后部位置的温度分别提高了6，4，1 ℃。

在顶部通风状态下，上午太阳出来之后温室前部相对湿度下降明显，后部则由于顶部通风口的存在湿度下降也较明显，为26%；10：00开始鼓风处理，1 h后温室中部的相对湿度与对照（CK）温室基本一样，变化不明显，全天从10：00到17：00鼓风处理期间，温室中部相对湿度51%，对照温室湿度为44%（图 5）。

2.3 在底部通风情况下的鼓风效果

图6，7分别为在底通风状态下连续3 d（10月4—6日）内的温湿度动态变化。从图6可以看出，在10：00开始鼓风时，不同处理间的温度变化没有显著的差异，鼓风处理1 h后鼓风T处理后面位置温度明显降低；在12：00—14：00的高温期间，鼓风T处理温室前部位置的温度约24℃、中部位置的温度约25℃、后部位置的温度约23℃，对照（CK）处理温室的温度约26℃，降温幅度为2～3℃；全天从10：00到17：00处理期间平均降温2℃；鼓风结束时2个处理温度一致，之后，2个处理气温开始大幅度下降，气温最低值出现在第2天5：00—6：00，为9～13℃。

对于相对湿度来说，在底通风状态下，上午太阳出来之后温室前部和后部相对湿度下降明显，中部位置相对较慢；在10：00开始鼓风处理时，鼓风T处理中部位置的相对湿度与对照（CK）处理温室没有显著差异，而鼓风T处理前部位置、后部位置的相对湿度较低，保持在25%左右；全天在10：00—17：00鼓风处理期间T处理中部位置湿度与对照（CK）变化趋势一致；鼓风结束后T处理前部和后部位置相对湿度变化趋势一致，均比较低，约50%～60%，鼓风T处理中部位置与对照（CK）相对湿度变化趋势一致，均保持在90%左右（图7）。

2.4 在顶部通风＋底部通风情况下的鼓风效果

图8，9分别为在顶部+底部通风状态下连续3日（4月1—3日）内的温湿度动态变化。由图8可知，从10：00开始鼓风处理时2个处理间有一定的差异；在13：30—14：30的高温期间，鼓风T处理温室前部位置的温度约为37℃、中部位置的温度约为38℃、后部位置的温度约为37℃、对照（CK）处理温室的温度约46℃，降温幅度约7～9℃；全天从10：00到17：00，处理期间平均降温约7～8℃；鼓风结束时2个处理温度一致，之后，2个处理气温开始大幅度下降，气温最低值出现在第2天7：30，为15～18℃。

而对于相对湿度来说，在顶部＋底部通风状态下，上午太阳出来之后温室前部位置由于底部通风口打开相对湿度下降明显，后部位置由于温室顶通风口打开相对湿度也下降得较明显；在10：00开始鼓风处理时温室中部位置的相对湿度与对照（CK）处理温室相比较降低得比较慢；全天从10：00到17：00鼓风处理期间，鼓风T处理温室前部、中部、后部位置相对湿度分别为27%，37%，27%，对照（CK）温室相对湿度为28%，说明顶部+底部的通风状态对温室前部和后部位置的湿度影响不是很明显。鼓风结束之后，鼓风T处理温室前部和后部变化一致，中部位置与对照（CK）处理温室变化一致（图 9）。

3 讨论与结论

强制通风是调控温室内气候的重要手段和方法，许多研究已经证明了这一效果[19]。本试验利用鼓风机在墙体上强制通风研究了在不同通风方式（顶部通风、底部通风、全封闭、顶部通风＋底部通风）下鼓风对温室内温度和湿度的影响结果表明，在温室顶部和底部通风口全部开启情况下，鼓风可以分别使温室内前部和后部位置的温度降低9℃，中部位置降低5℃，使其相对湿度从28%提高到37%；在只有底部通风状态下，鼓风使中部位置温度降低3℃，而中部位置的相对湿度与对照（CK）处理变化趋势一致，保持在90%左右；在全封闭状态下，墙体鼓风使温室前部和中部位置温度降低4～5℃，中部位置相对湿度降低10%并保持在80%左右。这些都表明墙体鼓风效果显著，鼓风加速了室内空气的流动[20]，使得温度降低[21]、相对湿度下降得较快[22]；尽管关于墙体鼓风效果的报道较少，但在实际生产中种植者这方面的应用还比较多，这也证明了强制通风对温室环境的调节作用。本试验测定中，发现在顶部通风的情况下，墙体鼓风不仅不能使温室的温度降低，反而提高，这可能是因为底部通风口未打开，热空气上升后集聚于温室上层，再加上后墙强制通风，加速了热空气在温室中部位置的集聚，使得中部位置的温度较高。

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