日光溫室熱濕環(huán)境研究進(jìn)展

范穎超 張杰 胡彭超

摘 要：日光溫室的熱濕環(huán)境主要受溫室外環(huán)境、周期性太陽輻射、土壤性質(zhì)、溫室圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響而呈現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)變化，并且涉及溫室作物復(fù)雜的物理和生理過程。在總結(jié)目前國內(nèi)現(xiàn)有日光溫室熱濕環(huán)境研究的基礎(chǔ)上，分別從四方面探討了日光溫室熱濕環(huán)境的研究內(nèi)容，并指出了我國日光溫室熱濕環(huán)境研究現(xiàn)存的不足和發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：日光溫室；熱濕環(huán)境；研究展望

1序言

日光溫室熱濕環(huán)境是一個復(fù)雜的多元的系統(tǒng)，包括農(nóng)作物蒸騰作用、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的動態(tài)傳熱過程、水分凝結(jié)與蒸發(fā)過程、太陽輻射能的間斷性輸入等物理和生物過程。我國對日光溫室的熱濕環(huán)境研究主要集中在農(nóng)作物、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、土壤及室外環(huán)境等對溫室熱濕環(huán)境的影響，以及溫室熱濕環(huán)境建模。

2 農(nóng)作物對溫室熱濕環(huán)境的影響

溫室為農(nóng)作物的生長提供了適宜的溫度和濕度，但是溫室熱濕環(huán)境由于不同的地理位置、室外環(huán)境參數(shù)的變化以及本身材料的不同產(chǎn)生不同的結(jié)果，從而影響農(nóng)作物的生長。農(nóng)作物的不同生長階段也對溫室的熱濕環(huán)境產(chǎn)生影響，對于大葉子作物生長過程中，隨著葉面指數(shù)的增加使室內(nèi)水分含量提高。植物的蒸騰作用使室內(nèi)的顯熱轉(zhuǎn)化為潛熱，降低了室內(nèi)溫度，增加了空氣的濕度，從而改變了溫室的熱濕環(huán)境，所以農(nóng)作物與溫室之間是相互依賴和影響的關(guān)系。

農(nóng)作物作為溫室的研究對象，必須以農(nóng)作物的生長狀況作為溫室中熱濕環(huán)境的衡量指標(biāo)。農(nóng)作物是溫室生產(chǎn)的中心，水分在作物體內(nèi)的運(yùn)輸過程是水熱運(yùn)移和轉(zhuǎn)化的重要過程，農(nóng)作物的存在與否對溫室內(nèi)的溫濕度有顯著的影響。吳春艷[1]等指出農(nóng)作物通過輻射的吸收和反射、蒸騰耗熱影響溫室內(nèi)熱環(huán)境。王廷夷[2]等指出植被的高度、覆蓋率、覆蓋面積都會對周圍空氣的溫濕度產(chǎn)生不同的影響。

溫室作物除了蒸騰作用外，還有光合作用等過程也影響日光溫室的溫濕度環(huán)境。溫室中農(nóng)作物的葉面積指數(shù)達(dá)到3.5以上時(shí)，約90%太陽輻射量被作物冠層吸收或反射，作物吸收的太陽輻射主要用于光合作用。太陽能也是溫室的主要能量來源，光合作用消耗的太陽能不能用于加熱溫室，從而影響溫室的溫濕度環(huán)境。

3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)對溫室熱濕環(huán)境的影響

一般我國日光溫室結(jié)構(gòu)為三面是墻體，一面是透光面。后墻是日光溫室的主要蓄熱體，對溫室內(nèi)的熱環(huán)境有直接的影響。有研究指出日光溫室較理想的墻體是： 內(nèi)側(cè)由吸熱、蓄熱能力較強(qiáng)材料組成蓄熱層， 外側(cè)由導(dǎo)熱、放熱能力較差材料組成保溫層， 中間有隔熱層。為了得到充分的光照，采光面一般為塑料薄膜， 透光率的大小和變化對溫室內(nèi)的熱環(huán)境影響很大。

溫室內(nèi)80%的熱量是從采光面散失的，鄒志榮[3]以陜北和關(guān)中的研究顯示日光溫室熱量支出主要是貫流放熱，占總失熱量76%以上，其中透明前屋面散熱占總貫流放熱的90%左右。所以采光和保溫是日光溫室的設(shè)計(jì)和建造的兩個關(guān)鍵問題。透光面傾角與形狀不斷變化，目的是最大限度地接受太陽輻射。透光面的保溫一般是覆蓋保溫簾。

4 土壤及室外環(huán)境對溫室熱濕環(huán)境的影響

溫室作物生長在土壤上，土壤為其提供水分和養(yǎng)分。土壤通過表面水分的蒸發(fā)降低溫室內(nèi)的溫度，增加溫室內(nèi)的濕度，土壤是溫室內(nèi)的主要濕源。在白天，土壤接受太陽輻射并儲存熱量，夜間土壤是溫室主要的熱源，釋放熱量緩解溫度的急劇下降，從而對溫室內(nèi)熱環(huán)境產(chǎn)生直接的影響。

楊曉光[4]建立一個非穩(wěn)態(tài)的二維地溫模型，分析了日光溫室土壤溫度的分布情況，研究了土壤蓄熱和放熱階段的溫度梯度變化情況。孫治強(qiáng)[12]對河南省鄭州市冬春季節(jié)，日光溫室溫度環(huán)境進(jìn)行研究，在日光溫室土壤溫度環(huán)境邊際效應(yīng)導(dǎo)致了溫度、蒸騰在溫室內(nèi)的差異。由于土壤水分運(yùn)移的溫度效應(yīng)在土壤表層表現(xiàn)得最為明顯，其與室內(nèi)溫濕度的變化有直接關(guān)系。

5 日光溫室熱濕環(huán)境的建模

日光溫室的傳熱、傳濕過程是在太陽輻射、室外溫度等因素的周期作用下的非穩(wěn)態(tài)傳遞過程。若通過實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，不僅耗資費(fèi)力，而且在建造和實(shí)測過程中也難以實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格一致的對比條件。為探求溫室的優(yōu)化設(shè)計(jì)和溫室溫濕度的控制，精確可靠地溫室模型研究是必不可少的。

郭慧卿[5]運(yùn)用非穩(wěn)態(tài)傳熱理論的反應(yīng)系數(shù)法，建立日光溫室的熱、濕平衡數(shù)學(xué)模型，以溫度為評價(jià)指標(biāo)，使溫室的設(shè)計(jì)合理化。孟力力指出作物90%以上為水，故作物各項(xiàng)參數(shù)以水為基準(zhǔn)，建立了日光溫室熱環(huán)境模擬模型。采用IA比較法，通過與北京市某一溫室測試數(shù)據(jù)比較，符合度指標(biāo)在0.66以上。

6 研究展望和結(jié)論

日光溫室主要是嚴(yán)寒季節(jié)進(jìn)行蔬菜生產(chǎn)的，其環(huán)境條件中的溫光水氣對蔬菜的生長發(fā)育有十分重要的作用，尤其是溫度和濕度，對農(nóng)作物的生長和病蟲害有直接的影響。對日光溫室中的熱濕機(jī)理進(jìn)行研究不僅有助于溫室的設(shè)計(jì)和建造，而且對農(nóng)作物的生長環(huán)境有重要的指導(dǎo)意義。雖然目前國內(nèi)對日光溫室做了大量研究，但是仍有許多工作有待完善。

（1）由于地理環(huán)境的差異以及構(gòu)建溫室材料的不同，溫室的熱濕環(huán)境存在較大的差別，缺乏通用的溫室設(shè)計(jì)和建造標(biāo)準(zhǔn)。

（2）采用模型模擬和現(xiàn)場試驗(yàn)是研究溫室內(nèi)熱濕環(huán)境的有效方式。我國研究人員對不同地區(qū)、不同溫室類型的模擬局面，急需建立日光溫室室內(nèi)溫濕度的數(shù)據(jù)庫，為日光溫室室內(nèi)環(huán)境的管理和調(diào)節(jié)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

（3）針對我國日光溫室的建造通常依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，缺乏相應(yīng)的理論支持，往往造成設(shè)計(jì)不合理，溫室保溫效果不好，導(dǎo)致作物生長狀態(tài)和品質(zhì)欠佳。所以構(gòu)架符合我國氣候特色的溫室熱濕理論，模擬溫室內(nèi)溫濕度分布規(guī)律，以滿足農(nóng)作物的最佳生長條件為目標(biāo)，制定相應(yīng)的溫室內(nèi)溫濕度調(diào)節(jié)方法和策略是我國溫室的研究發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)

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[2]王廷夷，鄒聲華，李孔清.植被高度對建筑微環(huán)境影響的數(shù)值模擬[J].制冷與空調(diào)，2010，24（2）：19-24.

[3]鄒志榮，李建明，王乃彪，劉云星，李海崗，李虎林.日光溫室溫度變化與熱量狀態(tài)分析[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，1997，6（1）：58-60.

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