夏季不同通风方式对文洛型玻璃温室热环境的影响

袁培 党奥飞 刘子扬 付云飞 康浩杰 吕彦力

摘要 通过试验方法对郑州地区文洛型玻璃温室在湿帘-风机机械通风和自然通风两种方式下室内热工参数的变化特性进行了研究。结果表明，在机械通风条件下，温室内沿垂直方向存在明显的温度梯度，水平面上靠近湿帘侧的温度低于靠近风机侧的温度;采用机械通风的方式可将温室内距地面高度1.2 m以下空气温度比室外降低3.5～9.0 ℃，垂直方向温度梯度较大，可考虑加入轴流风机加强温室内空气流动;而采用自然通风时，温室距地面高度1.2 m以下的平均温度比外界气温高3.8 ℃，在外界温度较低时自然通风的降温效果较好，适用于夏季初期。

关键词 文洛型玻璃温室;机械通风;自然通风;温度分布

中图分类号 S26文献标识码 A文章编号 0517-6611（2018）33-0165-05

受外界气候的影响，夏季易导致温室内部环境温度过高，严重影响室内作物的生长，因此需采取有效的降温措施来保障温室内温度的稳定性。通风是影响温室温度的重要因素[1]。目前，温室的通风主要包括2种方式：自然通风和机械通风[2]。自然通风降温效果具有很大的局限性[3]，而机械通风具有通风可控、降温效果明显、可靠性高等优点[4]，但其在运行过程中消耗电能较高。因此，对比研究两种通风方式下温室内温度的分布和变化规律对温室降温具有重要的意义。

目前，湿帘—风机降温系统作为一种经济有效的降温方式在温室中的应用取得了很好的成效。而自然通风作为最经济的一种降温方式，在外界气温不太高时能够有效地降低温室内部的温度[5]。张璐瑶等[6]以陕西地区文洛型玻璃温室为研究对象，通过试验测量的方法分析了湿帘—风机降温系统的降温效果和温室的温度空间分布。试验结果表明，温室内1 m高处平均降温6.7 ℃，最高降温9.2 ℃，当湿帘循环水低于空气湿球温度时，能够提高湿帘的蒸发冷却效率。宿文等[7]采用试验和模拟相结合的方法对济南地区自然通风下的日光温室气温分布进行了研究，结果表明通风16～23 min即可达到作物适宜温度;在不同风向下，温室内南北气温相差3～4 ℃，南侧东西部气温相差1～4 ℃。Flores-velazquez 等[8]分别对机械通风和自然通风下温室内部的温度分布进行了数值模拟研究，结果表明温室的温度梯度和长度之间存在较强的线性相关性，随着温室长度的增加，自然通风比机械通风优势更大。虽然许多专家学者对温室降温措施和通风方式进行了大量的研究，但由于温室具有一定的区域局限性，地区间气候的差异和温室结构类型的多样性，在引进新型现代化农业温室时，需根据引进地区的气候条件调整相应的管理措施。

鉴于此，笔者以郑州地区的一栋文洛型（Venlo）玻璃温室为研究对象，通过试验测量的方法对湿帘-风机机械通风和自然通风2种通风方式的降温性能进行量化比较分析，揭示湿帘-风机机械通风和自然通风对温室热环境的影响规律，为郑州地区Venlo型玻璃温室夏季通风降温的控制管理提供理论依据，为今后郑州地区文洛型玻璃温室夏季温室作物的生产和管理提供借鉴和参考。

1 试验方案

1.1 试验对象

以河南省郑州市郑州轻工业学院文洛型两跨玻璃温室作为研究对象，该玻璃温室地理位置为113°38′E，34°47′N，温室的脊向为南北向，跨度为7.2 m，脊肩高2.6 m，脊高3.3 m，如圖1所示。温室南墙上安装一个直径为1.2 m，中心距地面0.9 m的风机，风机功率为0.75 kW。与风机相对的北墙上安装湿帘，湿帘长4.6 m，高1.2 m，中心距地面0.8 m，湿帘面积5.52 m2，与温室北墙面积21.24 m2之比约为1∶4。温室主体结构采用结构钢，四周围护玻璃为双层中空浮法玻璃，屋顶为8 mm厚阳光PC板，顶部安装网状外遮阳网，室内安装内遮阳网。

1.2 测点布置与测试仪器选择

温室南北长度为16.0 m，东西为7.2 m。在不同高度的3个水平面共设置27个测量点，如图2所示。此外，在温室湿帘中心点位置布置测点S;温室地面布置测点D，测量室内地温变化;室外距西墙1 m，距地面1.5 m高，布置室外测点W，以监测外界气温变化。

该试验温室内空气温度测定采用直径为0.2 mm带有冷端补偿的T型热电偶（铜-镍热电偶）;风速测量采用德国德图公司的风速仪，型号为Testo 405V1;采用红外热像仪对温室内温度分布进行拍摄;数据采集仪型号为Keithley 2700。

各测试仪器参数见表1。

1.3 试验方法

温度是影响植物生长的关键性因素，在夏季高温下降温对温室内作物的生长显得尤为重要。为揭示Venlo型玻璃温室在2种通风方式下的降温性能以及温室内部温度的分布和变化规律，设计试验方法如下：

湿帘-风机机械通风试验方法：郑州地区的气温在每年的7—8月达到全年的峰值，因此选择试验时间为7月1—7日，关闭温室门窗，展开内外遮阳网，12：00室内温度达到较高值时，开启温室湿帘-风机降温系统，每5 s采集1组温度数据，直至所有温室内所有测点的温度值趋于稳定。

如图3所示，考虑外界环境对温室降温系统的影响，选取在最不利的外界气温环境（7月2日外界环境温度为37.5 ℃、风速0.71 m/s）条件下对温室湿帘-风机降温系统的降温性能进行研究。分析在中午时刻湿帘-风机降温系统对温室内部环境的降温特性和温室温度分布的影响，并利用红外热像仪对湿帘侧和风机侧的温度分布进行分析。

自然通风试验方法：9：00开始测量，到12：00将Venlo型玻璃温室的通风口（包含西墙窗户、风机通风口、北墙湿帘通风口）全部打开进行自然通风，每20 min采集1组温度值，直至19：00。

对2组试验采集数据的处理，分别选取温室距地面不同高度方向、南北方向和东西方向上的温度变化曲线对温室内部的温度分布和变化进行详细分析。

就降温效果而言，湿帘-风机机械通风产冷量大，降温效果优于自然通风。但湿帘-风机机械通风下的温室垂直方向存在明显的温度梯度，因此在温室实际生产中可考虑加入轴流风机加强温室内空气流动，打破室内空气温度分层从而减小温度梯度。

试验温室在夏季高温下采用湿帘-风机机械通风能保证温室内部低于1.2 m高度的作物安全越夏，若种植作物冠层高度大于1.2 m，可根据种植作物的冠层高度提高湿帘、风机的安装高度，使其处于湿帘-风机通风通道内以保证种植作物的夏季生产，可为温室种植者夏季种植区的布置提供参考。

通过对2种通风方式的分析，并考虑温室实际生产中的经济性，提出适宜郑州地区文洛型玻璃温室使用的夏季通风管理方式：初夏（5、6月份）时时外界气温较低，只采用自然通风即可满足温室降温需求;盛夏（7、8月份）外界气温较高，需采用湿帘-风机机械通风方式降温来保证温室内适宜作物生长的温度。

4 结论

该研究通过对文洛型玻璃温室夏季湿帘-风机机械通风和自然通风2种通风方式下的温室内部垂直方向、水平面南北方向和东西方向的温度变化和分布进行试验研究，得到以下结论：

（1）在夏季外界气温高达37.5 ℃条件下，采用湿帘-风机机械通风可将文洛型玻璃温室内平均空气温度降低8.8 ℃。其中，位于地面高度1.2 m水平面以下通风通道的平均空气温度比外界平均气温降低3.5～9.0 ℃。

（2）温室湿帘-风机降温系统将室内温度降至稳定后，温室内温度分布为：温度从底部到顶部逐渐增加;在水平面上温度分布较均匀，靠近湿帘侧的温度比靠近风机侧的温度低，即从北向南温度逐渐升高，温度差值为2.5 ℃，温度梯度為0.32 ℃/m。温室内部温度由东向西逐渐升高，温度差值为0.8 ℃，温度梯度为0.23 ℃/m。

（3）自然通风方式下，温室距地面1.2 m水平面上的平均空气温度比外界气温高3.8 ℃。而温室采用湿帘-风机机械通风比采用自然通风可将室内平均气温降至更低，降低幅度为7.3～12.8 ℃。

（4）郑州地区文洛型玻璃温室夏季生产的通风管理方式：5、6月份只采用自然通风可满足温室降温需求;7、8月份则需采用湿帘-风机机械通风方式降温来保证温室内适宜作物生长的温度。

由于条件限制，该研究尚未考虑温室通风口位置和外界太阳辐射等因素对通风降温下温室热环境的影响，今后需做进一步讨论和研究。

参考文献

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[8] FLORESVELAZQUEZ J，MONTERO J I， BAEZA E  J，et al.Mechanical and natural ventilation systems in a greenhouse designed using computational fluid dynamics[J].International journal of agricultural & biological engineering，2014，7（1）：1-16.