三連棟日光溫室的溫度性能分析

郄麗娟，趙付江，韓曉倩，韓建會(huì)*，尹慶珍

（1.河北省農(nóng)林科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，河北省蔬菜工程技術(shù)研究中心，河北　石家莊　050051；2.河北政法職業(yè)學(xué)院，河北石家莊　050061）

三連棟日光溫室的溫度性能分析

郄麗娟1，趙付江1，韓曉倩2，韓建會(huì)1*，尹慶珍1

（1.河北省農(nóng)林科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，河北省蔬菜工程技術(shù)研究中心，河北石家莊050051；2.河北政法職業(yè)學(xué)院，河北石家莊050061）

三連棟日光溫室結(jié)合了日光溫室和連棟溫室的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了日光溫室的連棟化和連棟溫室的節(jié)能化。作者以日光溫室和連棟溫室為對(duì)照，對(duì)三連棟日光溫室不同時(shí)段的溫度性能進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：三連棟日光溫室冬季和早春的溫度介于連棟溫室與日光溫室之間，果菜較連棟溫室冬季延遲采收20～30 d、早春提早定植15～20 d；夏季溫度低于日光溫室和連棟溫室，果菜能夠正常越夏栽培。

三連棟日光溫室；溫度；利用率

日光溫室是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要設(shè)施類型，目前存在土地利用率低、不利于進(jìn)行機(jī)械化作業(yè)、勞動(dòng)生產(chǎn)率低、環(huán)境調(diào)控能力差等問(wèn)題［1～5］。大型連棟溫室雖然土地利用率高，便于機(jī)械化操作和環(huán)境控制等［6～9］，但仍然存在運(yùn)行成本高、產(chǎn)品價(jià)格低、經(jīng)濟(jì)效益低等弊端［10］。沈軍［11］設(shè)計(jì)的非對(duì)稱連跨式節(jié)能溫室，宋明軍等［12］設(shè)計(jì)的雙連棟節(jié)能日光溫室，宋衛(wèi)堂等［13］設(shè)計(jì)的三連棟不對(duì)稱屋面玻璃溫室雖然均提高了土地利用率，適宜機(jī)械化操作，冬季保溫采光性好，但是仍然存在夏季利用率低、運(yùn)行成本高等缺陷［14］。為此，項(xiàng)目組設(shè)計(jì)研發(fā)了“三連棟日光溫室”，該溫室結(jié)合了日光溫室和連棟溫室的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了日光溫室的連棟化和連棟溫室的節(jié)能化，克服了日光溫室土地利用率低、不利于機(jī)械化操作以及連棟溫室運(yùn)行成本高等問(wèn)題。對(duì)三連棟日光溫室冬季、早春和夏季的溫度性能進(jìn)行分析，旨為該溫室的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

試驗(yàn)于2012年11月～2013年8月在河北省農(nóng)林科學(xué)院大河試驗(yàn)園區(qū)進(jìn)行。參試溫室有三連棟日光溫室、連棟溫室和日光溫室3種。其中，三連棟日光溫室（處理Ⅰ）為河北省農(nóng)林科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所設(shè)計(jì)的1種新型溫室，該溫室坐北朝南，長(zhǎng)60 m；總跨度25.5m，由北向南的3棟溫室跨度分別為9.0、8.5和8.0 m；脊高分別為4.7、4.4和4.2 m；種植面呈梯型，下沉深度分別為±0、±0.5和±0.8 m；后墻長(zhǎng)60 m、高3.6 m，東西側(cè)墻長(zhǎng)2.5 m；后屋面寬2.3 m，后屋面角35°；設(shè)內(nèi)置保溫被系統(tǒng)（圖1）。連棟溫室（處理Ⅱ）南北走向，長(zhǎng)40 m，總跨度56 m，每跨長(zhǎng)度8 m，脊高4.7 m，屋頂為圓拱形，塑料薄膜覆蓋。日光溫室（處理Ⅲ）坐北朝南，長(zhǎng)60 m，跨度10 m，脊高3.9 m，后墻高3 m，后屋面角35°，外設(shè)保溫被系統(tǒng)。

圖1　三連棟日光溫室圖Fig.1　The map of three-span sunlight greenhouse

2012年 11月1日～12月 10日、2013年2月21日～3月31日、2013年7月21日～8月31日，每天測(cè)定溫室內(nèi)、外的氣溫，其中，室外測(cè)點(diǎn)1個(gè)，室內(nèi)測(cè)點(diǎn)每種溫室均5個(gè)。其中，三連棟日光溫室的室內(nèi)測(cè)點(diǎn)分別是室中央1個(gè)，南北方向距中央6.3m處各1個(gè)，東西方向距中央15 m處各1個(gè)；日光溫室的室內(nèi)測(cè)點(diǎn)分別是室中央1個(gè)，南北方向距中央2.5 m處各1個(gè)，東西方向距中央15 m處各1個(gè)；連棟溫室的室內(nèi)測(cè)點(diǎn)分別是室中央1個(gè)，南北方向距中央10 m處各1個(gè)，東西方向距中央14 m處各1個(gè)。氣溫由ZDR-34型溫濕光三參數(shù)自動(dòng)記錄儀（浙江澤大）測(cè)定，測(cè)定位置均距地面1.5 m，記錄時(shí)間為2次/h。室內(nèi)溫度取5個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均值。

統(tǒng)計(jì)日均氣溫、白晝（8：00～17：00）平均氣溫、夜晚（18：00～7：00）平均氣溫、平均最低氣溫、平均最高氣溫，取值方法為將3個(gè)時(shí)間段測(cè)得的氣溫?cái)?shù)據(jù)以旬為單位取各旬溫度的平均值，其中，平均最低氣溫為時(shí)段內(nèi)每天最低氣溫的平均值，平均最高氣溫為時(shí)段內(nèi)每天最高氣溫的平均值。

2　結(jié)果與分析

2.13種溫室不同時(shí)段氣溫比較

2.1.1三連棟日光溫室與連棟溫室的室內(nèi)氣溫比較

11月上旬～12月上旬、2月下旬～3月下旬，處理Ⅰ較處理Ⅱ日平均氣溫高2.13～5.03℃，其中，白晝平均氣溫增幅為0.35～4.10℃，夜晚平均氣溫增幅為2.89～6.03℃；7月下旬～8月下旬，處理Ⅰ較處理Ⅱ日平均氣溫低0.86～3.99℃，其中，白晝平均氣溫降幅為1.25～6.07℃，夜晚平均氣溫降幅0.57～2.26℃（表1）。表明溫室Ⅰ的保溫與降溫性能明顯優(yōu)于溫室Ⅱ，尤其是白晝?cè)鰷匦?yīng)和夜晚保溫效應(yīng)表現(xiàn)尤為突出，且夜晚氣溫增幅高于白晝，夜晚保溫性能更優(yōu)越。這與溫室Ⅰ覆蓋了內(nèi)置保溫被，且通風(fēng)面積＞溫室Ⅱ有關(guān)。

2.1.2三連棟日光溫室與日光溫室的室內(nèi)氣溫比較

11月上旬～12月上旬，溫室Ⅰ較溫室Ⅲ的日平均氣溫、白晝平均氣溫和夜晚平均氣溫分別降低了4.07～7.56℃、2.52～6.66℃、5.18～8.24℃；7月下旬～8月下旬，溫室Ⅰ較溫室Ⅲ的日平均氣溫、白晝平均氣溫、夜晚平均氣溫分別降低了1.28～7.09℃、1.51～10.43℃、0.29～4.71℃。表明溫室Ⅰ的增溫保溫性能低于溫室Ⅲ、降溫性能明顯優(yōu)于溫室Ⅲ，且白晝降溫性能優(yōu)于夜間，其中8月中旬降溫性能最優(yōu)。這與溫室Ⅰ的蓄熱墻體少于溫室Ⅲ有關(guān)。2月下旬～3月下旬，溫室Ⅰ與溫室Ⅲ的日平均氣溫、白天平均氣溫和夜間平均氣溫差值均呈遞減趨勢(shì)，且白晝平均氣溫差值低于夜晚平均氣溫差值，3月中旬～下旬溫室Ⅰ的白晝平均氣溫高于溫室Ⅲ，表明溫室Ⅰ白晝的采光升溫性能明顯優(yōu)于溫室Ⅲ。

表1　3種溫室不同時(shí)段的氣溫（℃）Table 1 Air temperature comparison of three types of greenhouse in different periods

2.23種溫室不同時(shí)段平均最低氣溫、平均最高氣溫比較

11月初～翌年3月末，3種溫室各時(shí)段平均最低氣溫順序?yàn)闇厥尧螅緶厥尧瘢緶厥尧颍ū?）。其中，溫室Ⅰ的平均最低溫度均＞0℃，12月上旬、2月下旬的平均最低溫度分別為1.02℃和1.29℃，而溫室Ⅱ在11月上旬～中旬和3月中旬～下旬的平均最低溫度＞0℃；溫室Ⅰ與溫室Ⅲ的平均最低氣溫最小差值與最大差值分別出現(xiàn)在3月中旬和2月下旬。7月下旬～8月下旬3種溫室各時(shí)段平均最高氣溫順序?yàn)闇厥尧螅緶厥尧颍緶厥尧瘢渲?，溫室Ⅰ的平均最高氣溫均?0℃，8月上旬達(dá)到最大值，較溫室Ⅱ和溫室Ⅲ分別降低了5.98℃和8.65℃。表明溫室Ⅰ（較溫室Ⅱ）冬季蔬菜采收延遲了20～30 d，春季提前定植蔬菜15～20 d，且2月下旬～3月中旬溫室內(nèi)的溫度條件適宜進(jìn)行蔬菜定植；夏季降溫最佳，利于果菜類蔬菜越夏。

表2　3種溫室不同時(shí)段的平均最低平均氣溫和平均最高氣溫 （℃）Table 2　The average lowest and highest air temperature comparison of three types of greenhouse in different periods

2.3不同時(shí)期典型天氣下室內(nèi)外氣溫日變化比較

2.3.1冬季晴天與陰天冬季晴天和陰天情況下，3種溫室室內(nèi)氣溫的日變化趨勢(shì)與室外基本一致，均呈單峰曲線，晝高夜低，其中，日光溫室室內(nèi)溫度最高，三連棟日光溫室次之，連棟溫室最低（圖2）。表明冬季三連棟日光溫室的保溫性能介于日光溫室與連棟溫室之間，且均＞0℃。

2.3.2春季晴天與陰天春季晴天和陰天情況下，3種溫室的室內(nèi)氣溫差別不大，且均明顯高于室外氣溫（圖3）。晴天上午，三連棟日光溫室和日光溫室在10：00時(shí)溫度已上升至29℃以上，而連棟溫室在10：30才達(dá)到29.4℃。因此，春季晴天上午三連棟日光溫室的采光性能優(yōu)于連棟溫室，可以提前充分利用春季上午的太陽(yáng)光來(lái)進(jìn)行蔬菜的光合作用，從而提高產(chǎn)量。

圖2　3種溫室冬季晴天和陰天室內(nèi)外氣溫的變化曲線（2012年12月3日）Fig.2 The change curves of the temperature in and out of three types of greenhouse in the cloudy and sunny days in winter

圖3　3種溫室春季晴天和陰天室內(nèi)外氣溫的變化曲線（2013年3月8日）Fig.3 The change curves of the temperature in and out of three types of greenhouse in the cloudy and sunny days in spring

2.3.3夏季晴天與陰天夏季晴天和陰天情況下，日光溫室的氣溫明顯高于其他溫室，其最高溫度＞50℃；連棟溫室的白天氣溫明顯高于三連棟溫室和室外，夜間差別不大；三連棟溫室氣溫與室外接近（圖4）。因此，夏季日光溫室和連棟溫室溫度高，不適宜蔬菜栽培；而此時(shí)三連棟日光溫室中種植的果菜類蔬菜可以順利越夏。

圖4　3種溫室夏季晴天和陰天室內(nèi)外氣溫的變化曲線（2013年8月15日）Fig.4 The change curves of the temperature in and out of three types of greenhouse in the cloudy and sunny days in summer

3　結(jié)論與討論

三連棟日光溫室因?yàn)樵黾恿藘?nèi)置保溫系統(tǒng)，冬季和早春的室內(nèi)溫度高于塑料連棟溫室，使得秋延后蔬菜栽培延遲采收20～30 d；早春蔬菜定植提早15～20 d，產(chǎn)品提前上市20～30 d；夏季室內(nèi)溫度低于日光溫室和塑料連棟溫室，果菜栽培能夠正常越夏，由于石家莊地區(qū)傳統(tǒng)日光溫室蔬菜生產(chǎn)因高溫不能越夏，此時(shí)蔬菜生產(chǎn)正好填補(bǔ)了蔬菜伏季供應(yīng)的缺口，具有明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。以石家莊地區(qū)黃瓜栽培為例，日光溫室一年一作越冬黃瓜生長(zhǎng)期為220 d，圓拱塑料大棚黃瓜生長(zhǎng)期為170 d，而三連棟日光溫室一年一作越夏黃瓜生長(zhǎng)期為255 d，分別較日光溫室、圓拱塑料大棚利用率提高了15.9%和50%?？梢钥闯觯B棟日光溫室的利用率明顯提高于日光溫室和圓拱塑料大棚。

綜上所述，提出了三連棟日光溫室適宜的栽培模式：一年一作越夏栽培和一年兩作春提前至越夏—秋延后栽培，理論與實(shí)際生產(chǎn)情況一致。三連棟日光溫室的應(yīng)用避開(kāi)了陰雪霧霾天氣頻繁的冬季，充分利用了春夏秋季的光照資源，體現(xiàn)了其獨(dú)特的優(yōu)越性，尤其適合冀中南地區(qū)應(yīng)用。

［1］劉志杰，鄭文剛，胡清華，史彥軍，滕弘飛.中國(guó)日光溫室結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］.中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2007，23（2）：449-453.

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［4］周長(zhǎng)吉，馮廣和.引進(jìn)溫室?guī)Ыo中國(guó)設(shè)施園藝現(xiàn)代化的思考［J］.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，31（1）：23-25.

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［7］余紀(jì)柱，金海軍.塑料三連棟溫室的溫、濕度變化規(guī)律初探及相應(yīng)調(diào)控措施［J］.上海農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2002，18（4）：63-69.

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［9］周長(zhǎng)吉，馮廣和.引進(jìn)溫室?guī)Ыo中國(guó)設(shè)施園藝現(xiàn)代化的思考［J］.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，31（1）：23-25.

［10］李勝利.巨型塑料大棚結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及主要環(huán)境因子特征研究［D］.鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.

［11］沈軍.非對(duì)稱連跨式節(jié)能溫室溫光性能的研究［D］.太谷：山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，2003.

［12］宋明軍，郭曉東.雙連棟節(jié)能日光溫室的設(shè)計(jì)建造及其溫光性能觀測(cè)［J］.河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，（9）：79-82，84.

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［14］李振海，郭慧卿，張振武，崔引安，吳德讓.日光溫室?guī)缀螀?shù)與室內(nèi)溫度環(huán)境的關(guān)系［J］.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1995，26（1）：58-63.

Analysis of Temperature Performance of Three-span Sunlight Greenhouse

QIE Li-juan1，ZHAO Fu-jiang1，HAN Xiao-qian2，HAN Jian-hui1*，YIN Qing-zhen1
（1.Institute of Cash Crops，Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Hebei Provincial Engineering Research Center for Vegetables，Shijiazhuang 050051，China；2.Hebei Professional College of Political Science and Law，Shijiazhuang 050061，China）

Three-span sunlight greenhouse combined with the structure characteristics of sunlight greenhouse and multi-span greenhouse，realized multi span of sunlight greenhouse and energy-saving of multispan greenhouse.In this trial，temperature performance of three-span sunlight greenhouse was analyzed. The results showed that temperature of three-span sunlight greenhouse was between that of sunlight greenhouse and that of multi-span greenhouse in winter and early spring，vegetabales in the three-span sunlight greenhouse was producted 15-20 days earlier in early spring and 20-30 days later in winter than these in the multi-span greenhouse，the temperature of three-span sunlight greenhouse in summer was lower than that of sunlight greenhouse and that of multi-span greenhouse，fruit vegetables could be produced normally in it in summer.

Three-span sunlight greenhouse；Temperature；Utilizing rate

S625.1

A

1008-1631（2016）03-0027-05

2015-07-03

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2011BAD12B03）；河北省“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（11220702D）；農(nóng)業(yè)部國(guó)家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系石家莊綜合試驗(yàn)站項(xiàng)目（CARS-2S-G-05）

郄麗娟（1982-），女，河北石家莊人，副研究員，碩士，主要從事設(shè)施園藝研究。E-mail：604218514@qq.com。

韓建會(huì)（1954-），男，河北石家莊人，研究員，主要從事設(shè)施園藝的研究工作。Tel：0311-87652093；E-mail：hjh2006@126.com。