Venlo型玻璃温室夏季遮阳降温效果

袁培　刘子扬　党奥飞　常宏旭

摘要：针对夏季气候条件下的Venlo型玻璃温室在河南省郑州地区进行试验研究，通过3次降温试验的温度测量和采集计算降温速率和温度分布的离散程度，对比分析温室在单独开启内、外遮阳系统或内外遮阳系统同时开启的情况下室内温度变化和分布情况。结果表明，内外遮阳装置同时开启后室内降温效果较为明显，内遮阳装置单独开启时室内温度分布较为均匀，指出了3种遮阳方式的优劣点所在，总结出遮阳网开启方式与温室内降温效果的内在联系和量化结果。研究结果可为河南地区夏季设施栽培提供理论依据。

关键词：遮阳方式;玻璃温室;降温效果;室内温度分布

中图分类号：S625.5 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2019）08-0225-05

在现代化农业快速发展的今天，日光温室由于其能为作物提供适宜稳定的生长环境而且可以大幅提升作物的产量与品质，已经成为设施农业的主要类型。改革开放以来，社会对农业产品的质量要求越来越高，温室内环境的调控尤为重要，温室内的温度、湿度、光照度等因素都能对植物的生长发育产生较大影响[1]。而时至酷夏，河南省、安徽省等华中大部分地区气候异常炎热，温室内平均温度常常能够达到45 ℃以上，这在很大程度上限制了植物的正常生长[2]。因此，日光温室的降温问题备受人们关注。

传统的Venlo型温室大部分都配备有基础的开窗机构和遮阳系统，这些设施在一定程度上缓解了夏季温室内持续高温的问题[3]。遮阳网具有良好的遮光、降温、保湿等功能，而且操作简便，价格低廉，通常安装在温室的内部和外部[4]。近年来，相关学者基于不同方面作出了研究。宋兵伟等以新疆地区连栋温室为对象，对5种不同组合的覆盖材料进行了采暖热负荷对比试验，结果表明采用南立面覆盖材料选用双层中空4 mm浮法玻璃，其他部位覆盖材料均选用10 mm阳光板具有较好的节能保温性[5];张伟建等为研究遮阳网对屋顶全开型温室夏季降温的影响，建立屋顶全开型温室的计算流体动力学（CFD）模型，分析了增加外遮阳网后的温室内温度场[6];张日新等对侧遮阳系统在现代化温室中的应用进行了研究[7]。目前，大部分研究都是基于内遮或外遮单因素考虑，而遮阳网的内外单独开启或组合开启对温室内降温效果的影响还未有全面的研究。

本研究以河南省郑州地区郑州轻工业学院内1栋Venlo型玻璃温室为试验对象，测量温室在遮阳网不同开启方式下的温度变化和分布，分析遮阳网在不同开启方式下温室的降温规律，进一步寻求遮阳网开启方式与温室内降温效果的内在联系和量化结果，以期为河南地区夏季设施栽培提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验对象

降温试验在郑州轻工业学院内1栋Venlo型玻璃温室内进行（图1），温室长16 m、宽7.2 m、高2.6 m，温室的脊向为南北走向，共两跨，脊肩高2.6 m，脊高3.3 m。温室主体结构采用结构钢，温室四周围护玻璃为双层中空浮法玻璃，屋顶覆盖材料为8 mm阳光聚碳酸酯（PC）板，配备湿帘-风机降温系统以及内外遮阳机构。

内遮阳系统由控制箱、三相减速电机、自驱动联轴器、传动机构以及内用遮阴幕线、幕布组成，安装在温室内部距屋脊0.5 m处;外遮阳系统由控制箱、三相减速电机、拉幕齿轮齿条、齿条推拉杆、支撑吊轮以及外用遮阴幕线、幕布等组成，安装在温室外部距屋脊0.5 m处。

1.2试验方法

为完整地测量和记录温室1 d内的温度变化情况，在距地面0.5、1.0、1.5 m 3个不同高度（高度1、高度2、高度3）的平面内，每个平面布置9个测量点，在距温室西墙1.0 m、距地面1.2 m处布置室外温度测量点，各测量点布置情况见图2、图3。

本试验采用T型热电偶（图4）进行温度采集，采用NI仪器（图5）采集测量信号，数据采集储存间隔时间设置为 0.5 h，测量时间为09：00—17：00。

在测量开遮阳网后的室内温度变化时先将温室开窗通风至室内外温度相对平稳状态下，再展开内或外遮阳系统进行测量。为保证变量的唯一性，在进行试验前关闭温室内的湿帘-风机降温系统，同时紧闭门窗，只通过遮阳机构的运行实现内部降温。温室遮阳系统开启实物见图6、图7。

2结果与分析

本试验进行时间为2018年6月1—10日，共10 d，试验期间无阴雨天气出现。

2.1无遮阳情况下温室内温度变化趋势

在室外晴朗的天气条件下，保持内、外遮陽系统的合拢状态，测量记录温室内温度1 d的变化情况，试验数据见图8～图10。为分析室内温度分布均匀程度，选取植物生长高度面（距地面0.5 m）的各点测量数据作平均值进行离散分析（图11）。

在没有遮阳机构开启的情况下，温室内温度在阳光照射下绝大多数时刻均处于持续上升的趋势。在将温室开窗通风至室内外温度相对平稳状态下进行试验后，09：30时高度1水平面室内外最大温差便已达到4.9 ℃。随着太阳辐射持续增加，在15：00时，室外温度达到1 d内的最高值，为 39.4 ℃， 而测点A4处的室内温度达到了1 d内的最高值，为57.9 ℃，室内外温差为18.5 ℃。除15：00后随室外温度的降低有最高2.7 ℃的降温外，在整个测量过程中室内温度均没有明显的下降情况，直至17：00试验结束，室内各测点温度也均在50 ℃以上。

在无遮阳条件下，各个高度的温度与平均值的最大偏差出现在16：30，相差2.3 ℃，各测录时刻的平均偏差为 1.4 ℃;东西方向各测点温度与平均值的最大偏差出现在 14：30，相差3.1 ℃，各测录时刻的平均偏差为1.9 ℃;南北方向各测点温度与平均值的最大偏差出现在09：30，相差 2.9 ℃，各测录时刻的平均偏差为1.6 ℃。

2.2内遮阳情况下温室内温度变化趋势

在室外晴朗的天气条件下，保持内遮阳系统展开，外遮阳系统合拢的状态，测量记录温室内温度1 d的变化情况，试验数据见图12至图15。

在内遮阳系统单独开启的情况下，由于室外阳光的直射经过外顶棚后受到室内遮阳布的遮蔽，而温室内的内顶棚上方依然接收到大量的热量，室内温度在10：00内遮阳系统展开后只有小幅度的降低， 测点A4处降温幅度最大，该时刻室内温度为42.4 ℃，在内遮阳机构工作0.5 h后降低至 41.2 ℃，降低了1.2 ℃，但仍高于此时刻的室外温度（32.2 ℃），温差为9 ℃。不同高度水平面上的温度差最大值出现在12：00，高度1与高度3相差2.9 ℃。在同一高度水平面上，东西和南北方向各测点温差均不明显，平均温差为 0.5 ℃。在13：30时，随着室外温度达到峰值（38.5 ℃），测点A6处1 d内室内外最大温差为11.8 ℃。之后随着室外温度的降低，室内各测点温度以0.07 ℃/min的平均速率随之降低，直至17：00试验结束时，室内测点最低温度为A8点的38 ℃，与此时刻室外温度（33.5 ℃） 相差4.5 ℃。

在内遮阳条件下，各个高度的温度与平均值的最大偏差出现在12：30，相差1.3 ℃，各测录时刻的平均偏差为 1.2 ℃;东西方向各测点温度与平均值的最大偏差出现在 15：00，相差1.8 ℃，各测录时刻的平均偏差为1.1 ℃;南北方向各测点温度与平均值的最大偏差出现在10：30，相差 1.4 ℃，各测录时刻的平均偏差为0.9 ℃。由于单独开启内遮阳装置时阳光直接通过遮阳布的遮蔽后进入室内，各测点温度对于均值的离散程度与无遮阳情况下的程度相近，植物生长层的温度和光线分布较为均匀。

2.3外遮阳情况下温室内温度变化趋势

在室外晴朗的天气条件下，保持外遮阳装置展开，内遮阳装置合拢的状态，测量记录温室内温度1 d的变化情况，试验数据见图16至图19。

在外遮阳装置单独开启的情况下，阳光带来的热量大部分被外顶棚遮阳布阻挡在温室外，无法全部直接传入室内，因此温室内温度在10：00外遮阳展开后有明显的大幅度降低，10：30至11：00期间高度2和高度3的室内温度都低于同时刻的室外温度。在南北方向上，测点A4的降温幅度最大，从41.9 ℃降低至37.2 ℃，降低了4.7 ℃。试验期间室内最低温度为A6测点10：30时的34.2 ℃，低于此时刻外界温度 2.1 ℃，之后随着太阳辐射的增大室内温度开始升高，在 16：30 时测点A4温度达到峰值（54.3 ℃），与此时刻室外温度（36.8 ℃）相差17.5 ℃。在不同高度水平面上，各测点的温差最大值出现在13：30，高度1和高度3的温差为3.7 ℃。在同一高度平面内，东西方向上各测点温差不大，平均温差为0.6 ℃，南北方向上各测点温差较大，在11：30时测点A4与测点A6温差为7.9 ℃，各测点平均温差为2.3 ℃。至试验结束时室内各测点温度最低值为47.9 ℃，与此时刻室外温度（36.2 ℃）相差11.7 ℃，平均降温速率为0.02 ℃/min。

外遮阳条件下，由于外遮阳装置的铝箔黑网装置会直接影响太阳光的照射，进入温室内的光线会呈现不均匀性，各个高度的温度与平均值的最大偏差出现在11：30，相差2.2 ℃，各测录时刻的平均偏差为2.1 ℃;东西方向各测点温度与平均值的最大偏差出现在14：00，相差2.3 ℃，各测录时刻的平均偏差為2.5 ℃;南北方向各测点温度与平均值的最大偏差出现在11：30，室内温度差达到4.8 ℃，各测录时刻的平均偏差为3.1 ℃。由于阳光经过外遮阳装置的遮蔽后没有直接进入室内，太阳辐射带来的热量在房顶玻璃面上重新分布后传入室内，因此植物生长层的温度和光线分布很不均匀。

2.4内外遮阳情况下温室内温度变化趋势

在室外晴朗的天气条件下，保持内、外遮阳装置同时展开，测量记录温室内温度1 d的变化情况，试验数据见图20至图23。

在内外遮阳装置同时开启的情况下，温室内温度在 10：00 内外遮阳装置展开后有大幅度降低，在高度2和高度3水平面上室内温度均低于室外温度，最大差值出现在10：30，高度3室内温度（33.6 ℃）比室外温度低2.2 ℃，而后正午时分随着太阳辐射的增加，由于温室具有严重的密闭性，从侧面透明玻璃以及穿过2层遮阳布进入室内的热量大幅堆积，室内温度呈上升趋势，在16：00时高度1测点的温度达到峰值（51 ℃），与此时刻室内温度（36.5 ℃）相差14.5 ℃。在不同高度水平面上各测点的温差最大值出现在16：00，高度1和高度3温差为2.5 ℃。室内各测点温度最低值为46.2 ℃，与此时刻室外温度（35.7 ℃）相差10.5 ℃，平均降温速率为 0.04 ℃/min。

在内外遮阳条件下，光线不均匀地通过外遮阳布射入温室，在内遮阳面上重新进行分布，因此室内温度均匀性有所改善，各个高度的温度与平均值的最大偏差出现在12：00，为 2.8 ℃，各测录时刻的平均偏差为1.9 ℃;东西方向各测点温度与平均值的最大偏差出现在11：00，为1.2 ℃，各测录时刻的平均偏差为0.9 ℃;南北方向各测点温度与平均值的最大偏差出现在13：30，为0.8 ℃，各测录时刻的平均偏差为 0.6 ℃。由于内外遮阳装置同时开启，阳光在经过外遮阳装置遮蔽在房顶玻璃重新分布后再次被遮蔽，因此离散程度略好于外遮阳装置单独开启的情况。

3结论

与无遮阳装置开启的情况相比，单独开启内、外遮阳装置和内外遮阳装置同时开启后温室内均有明显的降温趋势，由于外遮阳装置与内遮阳装置相比在与屋顶玻璃之间有可以流动的外界空气，能带走一部分热量，因此内外遮阳装置同时开启和外遮阳装置单独开启情况下室内温度降低情况均好于内遮阳装置单独开启，在开启后的1 h范围内，内外遮阳装置同时开启的降温效果最好，达到了2.2 ℃，而且持续时间最长，直至11：30。在遮阳装置开启1 h后，无论室外温度升高或降低，3种遮阳情况下的室内温度均在降低后出现回升趋势。遮阳系统开启直到室内温度再次趋于升高后，室内温度在下午会随着室外温度的降低而降低，在3种遮阳试验室外温度变化趋势相差不大的情况下，内遮阳装置单独开启时降温速率最大，达到0.07 ℃/min。在使用铝箔黑网材料的遮阳装置情况下，外遮阳装置单独开启时室内光线分布和温度的均匀性较差，在进行农业活动时需要根据不同时段采用人工移动或分区温控的方法保证室内作物接受等量的光线和太阳辐射。

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