連棟溫室夏季降溫技術(shù)研究

劉 佳，崔 濤，王朝棟，李 旭，馬承偉，張?zhí)熘?/p>

(1.北京中農(nóng)富通園藝有限公司，北京 100083；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) a.工學(xué)院；b.水利與土木工程學(xué)院，北京 100083)

連棟溫室夏季降溫技術(shù)研究

劉 佳1，崔 濤2a，王朝棟1，李 旭1，馬承偉2b，張?zhí)熘?b

(1.北京中農(nóng)富通園藝有限公司，北京 100083；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) a.工學(xué)院；b.水利與土木工程學(xué)院，北京 100083)

按降溫原理不同分類闡述了連棟溫室夏季降溫技術(shù)，包括通風(fēng)降溫、蒸發(fā)降溫、遮陽降溫及新能源空調(diào)系統(tǒng)，特別對荷蘭連棟溫室中應(yīng)用的部分夏季降溫技術(shù)進行了介紹；同時，對各項技術(shù)的主要特點、最新發(fā)展情況及在我國的適用性進行了分析；最后，就降溫技術(shù)針對我國不同氣候區(qū)域和溫室用途的采用提供了建議。

連棟溫室；夏季降溫；通風(fēng)降溫；遮陽降溫；蒸發(fā)降溫；新能源空調(diào)系統(tǒng)

0 引言

以連棟溫室為代表的設(shè)施農(nóng)業(yè)作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要形式之一，是有效提高土地產(chǎn)出率、資源利用率和勞動生產(chǎn)率的重要手段。溫室中栽培的常見蔬菜適宜生長溫度多在30℃以下，白天最高溫度不宜超過35℃。若夏季溫室內(nèi)的溫度接近甚至超過作物生育的高溫界限，將嚴重制約溫室內(nèi)作物的正常生長和發(fā)育。因此，連棟溫室降溫技術(shù)是保證溫室夏季正常運行的重要手段。

我國目前應(yīng)用最多的Venlo型連棟溫室引自荷蘭。荷蘭的溫室產(chǎn)業(yè)居世界領(lǐng)先地位，降溫技術(shù)也是不斷的推陳出新。然而，兩地的氣候條件卻存在一定差異。

荷蘭屬于溫帶海洋性氣候，夏季室外溫度基本保持在30℃以下[1]，歷年平均日照時數(shù)1 484h。我國大部分地區(qū)屬于大陸季風(fēng)性氣候，冬冷夏熱，四季分明，多數(shù)地區(qū)夏季室外氣溫平均在35℃以上[1,3-5],中北部及西部地區(qū)年平均日照時數(shù)在2 200h以上。兩國氣候條件的差異決定了荷蘭連棟溫室的設(shè)計焦點在提高溫室的采光性能，夏季降溫難度較低[2]；而我國連棟溫室的夏季降溫卻面臨高溫和強日照輻射的雙重考驗，不采取任何降溫措施的連棟溫室，夏季室內(nèi)溫度極易達到40℃以上。

由于設(shè)施蔬菜生產(chǎn)夏季的市場競爭優(yōu)勢較弱，如何實現(xiàn)可靠降溫、為作物提供一個良好的生長環(huán)境，同時盡量降低溫室夏季的運行成本，是擺在我國科研工作者和相關(guān)企業(yè)面前的一個嚴峻問題。因此，了解連棟溫室夏季降溫技術(shù)的最新發(fā)展情況，分析各降溫技術(shù)的主要特點及在我國應(yīng)用的適用性，做到因地制宜、合理配置，就顯得尤為重要。

1 通風(fēng)降溫

通風(fēng)降溫是溫室最常用的降溫措施，利用通風(fēng)系統(tǒng)將溫室內(nèi)外的冷熱空氣進行有效置換，可使室內(nèi)溫度與外部溫度接近，達到降溫目的，同時補充CO2[6]。通風(fēng)降溫分為自然通風(fēng)和強制通風(fēng)。

1.1 自然通風(fēng)

自然通風(fēng)是最為經(jīng)濟的通風(fēng)降溫方式，在運行管理中優(yōu)先啟用。它利用溫室內(nèi)外的溫差產(chǎn)生的“熱壓”或外界自然風(fēng)力產(chǎn)生的“風(fēng)壓”促使空氣流動[5-7]。溫室結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性對自然通風(fēng)效果的影響很大。一般開窗面積要求達到溫室面積的15%～30%，頂窗和側(cè)窗組合的開窗方式通風(fēng)效果最佳[6-8]。

為增大開窗面積，國內(nèi)外溫室公司和科研單位都在開窗形式上進行了許多創(chuàng)新。軌道式雙向蝶形開窗系統(tǒng)就是一種開窗面積較大的開窗方式，如圖1所示。荷蘭Prins Group公司在河南焦作建設(shè)的西紅柿高效生產(chǎn)溫室項目中采用了雙向蝶形條形開窗形式，其開窗面積已接近連續(xù)開窗，充足的自然通風(fēng)面積配合高壓霧噴和環(huán)流風(fēng)機，即可將夏季溫室內(nèi)溫度控制在33℃以下，雖然略高于西紅柿生長的適宜溫度，但卻將溫室運行中降溫所需的能耗降到了最低。

屋頂全開系統(tǒng)可實現(xiàn)溫室頂部屋面整體開啟，通風(fēng)換氣比接近100%，能快速除去溫室內(nèi)的高溫高濕空氣，在外界環(huán)境適宜時獲得優(yōu)于普通溫室的降溫效果。同時，這種開窗方式還能滿足花卉生產(chǎn)中對自然光照的特殊需求[8]。但是，由于屋頂全開系統(tǒng)引自荷蘭，因此未考慮外遮陽的安裝，限制了該系統(tǒng)在國內(nèi)的推廣。北京市花木公司位于北京國際鮮花港的研發(fā)中心溫室采用的Semi-Cabrio新型開窗系統(tǒng)為F-clean膜雙層充氣全開屋面，并且克服了傳統(tǒng)屋頂全開系統(tǒng)不兼容外遮陽的弊端，是屋頂全開系統(tǒng)在國內(nèi)應(yīng)用的一項成功案例[9]，如圖2所示。

圖1 雙向蝶形條形開窗Fig.1 Strip butterfly ridge vent

圖2 雙層充氣膜全開屋面Fig.2 Semi-Cabrio roof vent

此外，還有一種安裝在溫室立面的側(cè)旋開窗系統(tǒng)，窗扇可開啟至與墻面垂直，達到通風(fēng)面積的最大化。側(cè)旋開窗系統(tǒng)由減速電機驅(qū)動，可實現(xiàn)手動控制或計算機自動控制。通過在溫室立面合理布置側(cè)窗，可配合屋面頂窗實現(xiàn)更好的通風(fēng)降溫效果[10]。圖3所示為位于河北廊坊的九天休閑谷采用的側(cè)旋開窗系統(tǒng)。大面積的側(cè)面開窗配合屋頂開窗、外遮陽、風(fēng)扇及溫室內(nèi)景觀水系，基本能夠滿足80%的夏季降溫需求。

圖3 立面?zhèn)刃_窗Fig.3 Laterotorsion facade vent

1.2 機械通風(fēng)

自然通風(fēng)對溫室的使用和種植是非常必要的，但其降溫效果受溫室所處地理位置、地勢和室外氣候條件等因素影響較大。太陽輻射較大時，單純利用自然通風(fēng)降溫，遠不能滿足植物生長所需溫度要求[6]。為了改善降溫效果，通常會采取機械通風(fēng)的方式。機械通風(fēng)主要包括負壓排風(fēng)系統(tǒng)和空氣內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)。

1)負壓排風(fēng)系統(tǒng)。負壓排風(fēng)系統(tǒng)主要用于加強溫室內(nèi)空氣與外界的對流，一般采用溫室專用低壓大流量軸流風(fēng)機，通過負壓排風(fēng)的方式來提高溫室內(nèi)外空氣置換效率，提高降溫效果[1-6]。該系統(tǒng)雖然會消耗一定能源，但通風(fēng)效果可靠，且便于按需調(diào)節(jié)和控制。室外溫度不高于30℃、光照強度小于50 000lx的天氣情況下，可使溫室內(nèi)平均氣溫低于室外2～3℃[11]。但是，這種方式在高溫條件下降溫效果也不明顯，因此多與蒸發(fā)降溫方式配合使用，以實現(xiàn)夏季溫室降溫需求。

2)空氣內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)。空氣內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)主要用于改善溫室內(nèi)空氣的流動狀況，包括安裝于作物上方的環(huán)流風(fēng)機和安裝在栽培槽底部的通風(fēng)管道。

一般認為，環(huán)流風(fēng)機的作用只是讓溫室內(nèi)的空氣流動、充分混合，以提高溫室內(nèi)溫度、濕度和CO2濃度的均勻性，但實際上環(huán)流風(fēng)機也可以實現(xiàn)一定的降溫效果。溫室內(nèi)空氣恒定低速流動，可通過降低葉面濕度來提高光合作用效率，有助于提高蒸發(fā)量，降低植物自身的溫度，同時也降低了溫室內(nèi)溫度。

在產(chǎn)品方面，不同廠家不同型號的產(chǎn)品風(fēng)量和射程有一定的差距。其中，國產(chǎn)風(fēng)機有效射程多在15m左右，而進口風(fēng)機可達到45m。數(shù)字風(fēng)扇可通過數(shù)字控制和來自于每臺風(fēng)扇的速度反饋來保證溫室內(nèi)每個角落的風(fēng)扇都保持相同的風(fēng)速，讓空氣均衡流通。

通風(fēng)管道多用于對溫度控制和產(chǎn)量要求較高的高效栽培溫室，一般放置在栽培槽底部(見圖4)，可與環(huán)流風(fēng)機相連，也可作為空調(diào)系統(tǒng)的末端。通過在作物底部創(chuàng)造垂直慢速的氣流環(huán)境，來實現(xiàn)作物根區(qū)的局部降溫。這種方法可以大大降低病毒和霉菌的產(chǎn)生，將作物對降溫的需求最小化，從而節(jié)約能源，還可用作CO2的輸送管道。

圖4 栽培槽底部通風(fēng)管道Fig.4 Air tube under the gutter

2 蒸發(fā)降溫

蒸發(fā)降溫是現(xiàn)代溫室夏季生產(chǎn)環(huán)境調(diào)控中應(yīng)用最為廣泛和有效的降溫技術(shù)之一[10-11]，主要包括濕簾-風(fēng)機降溫系統(tǒng)、高壓噴霧降溫系統(tǒng)和屋頂噴淋降溫系統(tǒng)。

2.1 濕簾-風(fēng)機降溫系統(tǒng)

濕簾-風(fēng)機降溫系統(tǒng)以其經(jīng)濟節(jié)能和環(huán)保性能在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)溫室中大量采用，按其工作方式不同可分為分負壓通風(fēng)降溫與正壓通風(fēng)降溫兩種。

負壓通風(fēng)降溫即將風(fēng)機和濕簾分別安裝在溫室相對的兩面墻上，工作時風(fēng)機將溫室內(nèi)的空氣抽出，形成負壓區(qū)，迫使外部空氣從濕簾面進入，流經(jīng)多孔濕潤的濕簾表面，水分蒸發(fā)吸熱，使進入溫室內(nèi)的空氣溫度降低。這種方式對溫室密封性要求較高，且系統(tǒng)運行時在氣流方向上會形成溫度梯度。濕簾面和風(fēng)機面之間的距離有一定限制。

正壓通風(fēng)降溫的常用設(shè)備為濕簾冷風(fēng)機，一般多用于畜禽舍的降溫。風(fēng)機運行時，冷風(fēng)機腔內(nèi)產(chǎn)生負壓，機外空氣通過機體上3個濕簾面進入腔內(nèi)，經(jīng)降溫后的冷風(fēng)從出風(fēng)口吹出送入室內(nèi)，驅(qū)趕室內(nèi)的熱空氣，使其從門窗等通風(fēng)口排出室外，從而降低室內(nèi)溫度。由于風(fēng)機、濕簾組合在一個機體中，使用安裝比較靈活，用于小區(qū)域或局部區(qū)域的降溫，可獲得良好的降溫效果。

由于是利用蒸發(fā)降溫的原理，因此濕-簾風(fēng)機降溫系統(tǒng)只能將溫室內(nèi)的干球溫度降低至略高于室外濕球溫度1～2℃的水平[7]。然而在實際運行中，受空氣流速、濕簾換熱效率等因素影響，濕簾的蒸發(fā)降溫效率一般在60%～80%[13]。這一特性就決定了該系統(tǒng)在我國北方干燥氣候環(huán)境下降溫效果顯著，而在南方高溫高濕環(huán)境下降溫效果略顯不足[11]。濕簾-風(fēng)機負壓降溫系統(tǒng)在北方地區(qū)的有效降溫距離一般為48m，在南方地區(qū)根據(jù)實際溫濕度情況會有所變化。同濟大學(xué)的趙成[14]在上海地區(qū)的實驗研究表明：室外氣溫每升高1℃，有效降溫區(qū)域長度將減少7.8m；相對濕度每升高1%，溫室有效降溫區(qū)域縮短1m；但是在高溫高濕條件下，至少能提供25m左右的有效降溫區(qū)域。

2.2 高壓噴霧降溫系統(tǒng)

高壓噴霧降溫是另一種常用的蒸發(fā)降溫方式。在設(shè)施園藝技術(shù)較為發(fā)達的日本，其推廣面積約是濕簾風(fēng)機系統(tǒng)的5倍[15]。

高壓噴霧降溫系統(tǒng)中，水經(jīng)過濾系統(tǒng)后進入高壓泵，在高壓(4MPa以上)下通過管路流過孔徑非常小的噴嘴(直徑為15μm)形成直徑為20μm以下的微細霧滴，霧滴彌漫整個溫室與空氣混合，利用水的蒸發(fā)潛熱，大量吸收空氣中的熱量，從而達到降溫目的[15]。

高壓噴霧降溫系統(tǒng)的噴嘴一般均布于溫室上部，能夠形成空間上比較均一的溫、濕度分布[12]。系統(tǒng)理論上最大降溫極限為室內(nèi)濕球溫度[12]，與通風(fēng)系統(tǒng)配合能夠降低室溫3～8℃。

但該系統(tǒng)需要配置高壓霧化噴頭和管網(wǎng)，對水質(zhì)和過濾系統(tǒng)、噴嘴、加壓設(shè)備要求較高。若造成溫室內(nèi)部濕度過高，植物易受病菌感染[15]。

2.3 屋頂噴淋降溫系統(tǒng)

屋頂噴淋一般用于北方灰塵較大及南方潮濕地區(qū)玻璃連棟溫室屋面的清洗，借助該套系統(tǒng)還可以在夏季高溫時期通過屋頂噴水蒸發(fā)實現(xiàn)降溫目的。另外，不同于其他蒸發(fā)降溫系統(tǒng)，屋頂噴淋不會造成溫室內(nèi)部濕度的增加，但只能降低溫室頂部的空氣溫度。有試驗研究表明：采用自然通風(fēng)并結(jié)合外遮陽、室外屋頂噴淋措施可明顯降低室內(nèi)溫度，最大溫差4.4℃，且不會造成溫室內(nèi)濕度顯著增加[16-17]。

2.4 除濕降溫系統(tǒng)

為了提高南方高溫高濕地區(qū)蒸發(fā)降溫的效果，可采取先對空氣進行除濕處理，再進入濕簾-風(fēng)機蒸發(fā)降溫系統(tǒng)的方式來獲得更大的降溫幅度。除濕的方法從原理上分有升溫除濕、通風(fēng)除濕、冷凝除濕、溶液除濕、固體除濕和干式除濕。其中，除濕量較大、適用于降溫除濕的主要有冷凝除濕和溶液除濕。

冷凝除濕的原理主要用于家用和工業(yè)用除濕機，由風(fēng)扇將潮濕空氣抽入機內(nèi)，通過熱交換器，將空氣中的水分冷凝為水珠，干燥的空氣排出機外，如此循環(huán)使室內(nèi)濕度降低。這種方式的設(shè)備初期投入和運行費用較高，難以在大面積溫室生產(chǎn)中推廣。

趙純清等[18]提出了一種加裝在濕簾進風(fēng)前端的除濕降溫系統(tǒng)，利用45%的氯化鈣溶液作為除濕劑，可將空氣相對濕度從80%降低到50%左右，將相對濕簾-風(fēng)機系統(tǒng)降溫幅度提高3℃左右[19]；但除濕劑需要熱源進行再生處理，系統(tǒng)日常運行管理要求較高，目前還未在實際生產(chǎn)中推廣。

3 遮陽降溫

遮陽降溫的主要原理是通過遮陽材料降低進入溫室內(nèi)的太陽輻射強度或者減少溫室的太陽輻射時間[6]。無論是通風(fēng)降溫還是蒸發(fā)降溫，與遮陽降溫系統(tǒng)配合使用都能獲得更好的降溫效果[12]。遮陽降溫的形式包括幕簾系統(tǒng)、覆蓋材料和噴涂降溫涂料等。

3.1 幕簾系統(tǒng)

用于遮陽降溫的幕簾系統(tǒng)主要為外遮陽和內(nèi)遮陽。外遮陽安裝在溫室外部，能從根本上減少進入溫室的太陽輻射熱量和太陽光線，遮陽降溫效果最好。內(nèi)遮陽安裝在溫室內(nèi)部，主要是與外遮陽配合使用防止強光灼傷植物，單獨使用不能起到降溫效果，但夜間可用于保溫。

從幕布的材質(zhì)上分，常見的遮陽幕布主要有黑色針織遮陽幕、鋁箔遮陽幕和黑白雙面遮陽幕。

黑色針織遮陽幕作為外遮陽幕布在我國被普遍采用，具有經(jīng)濟、輕便耐用的特點，但其遮陽率不準確，強太陽輻射下遮陽降溫效果欠佳。

鋁箔反射遮陽幕由編織線將鋁箔條編結(jié)為開孔結(jié)構(gòu)，可反射掉不需要的太陽輻射，明顯降低室內(nèi)溫度。由于鋁箔較好的熱輻射反射特性，該類型的遮陽幕更多地被用于內(nèi)遮陽保溫幕，兼具白天遮陽與夜間保溫的雙重功能。

黑白雙面遮陽幕采用編織線和上表面白色、下表面黑色的聚烯烴薄膜編織而成，用于外遮陽系統(tǒng)，白色上表面反射光照和熱量，可有效降低進入溫室的熱輻射；黑色下表面阻擋多余的光照，同時透過部分有效光。該類型遮陽幕在太陽輻射強的廣西玉林地區(qū)連棟溫室上使用起到了很好的遮陽降溫效果。

從幕布的安裝方式上，除了常見的托/壓幕線系統(tǒng)外，還有僅需要一層幕線的折疊式外遮陽幕，即遮陽幕本身具有折疊性，安裝時利用掛鉤掛在幕線下，如圖5所示。這種安裝方式使幕布具有更好的抗風(fēng)性，且收攏體積小、整齊美觀，適用于我國西北、沿海等易受大風(fēng)影響同時對外遮陽系統(tǒng)需求較大地區(qū)。

圖5 折疊式外遮陽系統(tǒng)Fig.5 Folding sun-shading system

內(nèi)外遮陽幕在為溫室?guī)硪欢ㄕ陉柦禍匦Ч耐瑫r也存在一些問題：首先，每一層幕簾系統(tǒng)都需要一套專門的驅(qū)動和控制系統(tǒng)，外遮陽系統(tǒng)還需要專門的外遮陽骨架，不僅增加了建設(shè)成本和施工復(fù)雜程度，還削弱了溫室的抗風(fēng)性能[20]；其次，為了保證降溫效果，可能導(dǎo)致溫室內(nèi)光照強度已無法滿足作物正常生長需求。

3.2 遮陽涂料

作為幕簾系統(tǒng)的替代方案，在屋面甚至溫室側(cè)墻噴涂遮陽涂料可應(yīng)對夏季高溫季節(jié)的遮陽降溫問題。有試驗證明，涂料覆蓋相比遮陽網(wǎng)覆蓋更有助于改善中午強光時辣椒的光合作用[21]。

噴涂遮陽涂料在荷蘭是夏季普遍采用的一種降溫方式[2]。涂料形態(tài)有液態(tài)和粉劑，部分性能也不盡相同。有的產(chǎn)品可隨時間均勻消退，有的具有一定的抗風(fēng)化性能；有的產(chǎn)品僅起到遮光作用；有的不僅能反射熱輻射、還能提供散射光。

遮陽降溫涂料一般在夏季高溫季節(jié)來臨前噴涂，遮陽率可通過配比不同的施用濃度來靈活調(diào)整，預(yù)期壽命從1～6個月不等。遮光季節(jié)結(jié)束后，再用專門的清洗劑清洗或待其自然消退。荷蘭的連棟溫室由于沒有外遮陽，連片規(guī)模也較大，常用屋面清洗車或無人機進行大面積噴涂，清洗時使用屋面清洗車進行清洗。

我國的連棟溫室普遍配置有外遮陽系統(tǒng)，因此該類遮陽涂料在我國的應(yīng)用目前還多限于日光溫室和單棟拱棚，僅在一些花卉生產(chǎn)連棟溫室有少量應(yīng)用[2]。噴涂方法為手動或自動噴霧機。

3.3 覆蓋材料

連棟溫室的覆蓋材料主要有薄膜、PC板和玻璃，大多都不具備遮陽降溫功能，但是目前市場上也出現(xiàn)了一些新產(chǎn)品。

例如，沙伯基礎(chǔ)創(chuàng)新塑料PC板材系列產(chǎn)品中有一種隔熱板，它在沒有抗UV涂層的一面有特殊的隔熱涂層，可選擇性地阻擋紅外光波長，而對可見光保持較高的透過率。由于太陽輻射的熱量主要集中在紅外線譜帶，因此產(chǎn)生了隔熱效果。

此外，美國V-Kool公司推出的V-Kool70無色玻璃貼膜也是應(yīng)用類似的原理。其貼在溫室玻璃上不會影響玻璃的清晰度，在不影響可見光進入溫室的前提下，將太陽能和紫外線輻射阻擋在外，從而起到降溫效果。這種貼膜的使用壽命長達20年。

以上兩種新的覆蓋材料均能在不影響溫室光照強度的情況下降低室內(nèi)溫度，且不需要額外增加任何系統(tǒng)，安裝完成后也不需要再進行任何操作，可以說是連棟溫室夏季降溫的最佳選擇。但是，由于這些新材料生產(chǎn)成本較高，目前還未被市場接受，降溫效果尚未經(jīng)實踐檢驗。同時，其對熱輻射的阻隔性能可能會對溫室冬季生產(chǎn)帶來一些不利影響。

4 新能源空調(diào)系統(tǒng)

為形成規(guī)?；?yīng)，用于作物高效栽培的連棟溫室都要求有一定的體量，以提高灌溉系統(tǒng)利用率和土地利用率,便于機械化操作和自動化管理，從而提高單位面積產(chǎn)量；而我國普遍采用的濕簾-風(fēng)機降溫系統(tǒng)，由于其有效降溫距離的限制，在大型化連棟溫室中不再適用。

目前，荷蘭的連棟溫室大量采用類似于空調(diào)系統(tǒng)的空氣處理單元(ATU)及配套冷源來解決這一問題。空氣處理單元包括制冷模塊、加熱模塊、變頻控制風(fēng)扇、進風(fēng)口、出風(fēng)口和風(fēng)管[24]。為了降低溫室的運行成本，在冷源的選用上引入了地源熱泵技術(shù)、含水層儲能技術(shù)、回灌技術(shù)等新能源技術(shù)。由于我國獨特的氣候條件，溫室運行的能源消耗比歐洲或日本要高出1/2～3/4，因此對新能源技術(shù)的需求更為迫切[22]。地源熱泵技術(shù)、含水層儲能技術(shù)和熱電聯(lián)產(chǎn)等技術(shù)的綜合使用，可大大提高一次能源的利用效率，降低溫室運行成本和溫室氣體排放，改善溫室內(nèi)環(huán)境，提高產(chǎn)品品質(zhì)和產(chǎn)量。

4.1 地源熱泵

地源熱泵技術(shù)是利用淺層土壤(200m以內(nèi))或地下水作為空調(diào)熱源或冷源，通過輸入少量高品位能源(如電能)實現(xiàn)低品位能源向高品位能源的轉(zhuǎn)移。冬季，熱泵將土壤或水源中的熱量送入溫室內(nèi)；夏季，溫室內(nèi)的熱量被熱泵轉(zhuǎn)移到土壤或水中，實現(xiàn)夏季降溫，而地下獲得的能量將在冬季得到利用，如此周而復(fù)始。

地源熱泵技術(shù)能源利用率高，排放低，且具有加溫制冷雙重功能，已被廣泛用于各種建筑物的制冷供暖，在溫室生產(chǎn)中也有了一些探索性的應(yīng)用。例如，馬承偉等使用地源熱泵技術(shù)對日光溫室冬季加溫，試驗數(shù)據(jù)顯示地源熱泵加溫系統(tǒng)COP最低3.36，最高7.52，平均為5.83，棚內(nèi)氣溫和淺層地溫均有明顯提高，可滿足嚴寒冬季蔬菜生產(chǎn)的溫度要求[23]。北京市西三旗生態(tài)溫室餐廳、寬溝溫室餐廳均已采用地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，北京國際鮮花港也采用的是地源熱泵輔助天然氣供暖系統(tǒng)[23-24]。

但總體來看，由于地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)初期設(shè)備投入成本較高，目前應(yīng)用較少。如果能針對溫室特點，優(yōu)化設(shè)計、完善相關(guān)技術(shù)，減少初期投資，在溫室生產(chǎn)中的應(yīng)用前景將更加廣闊[23]。

4.2 含水層儲能

含水層儲能(ATES)是利用地下水在含水層中流速慢和水溫變化小的特點，用管井回灌的方法，將大氣環(huán)境中冬季的“冷”和夏季的“熱”季節(jié)性地儲存在地下含水層中，需要時再抽取使用，實現(xiàn)冬季的供熱和夏季的供冷[23，25]。這項可再生能源新技術(shù)可比常規(guī)地源熱泵節(jié)能20%～30%，具有能效高、環(huán)保性能好及一機多用等特點。

含水層儲能技術(shù)可廣泛應(yīng)用于工藝冷卻、辦公樓及大型建筑、熱電廠等能源需求量較大的領(lǐng)域，以降低生產(chǎn)成本和維護費用。荷蘭已有2 000個多地下含水層儲能系統(tǒng)在運行，第一個項目至今已有20年歷史。我國在20世紀60年代曾大規(guī)模的應(yīng)用含水層儲能技術(shù)來解決上海地區(qū)紡織廠的供冷問題，后來推廣到全國10多個城市，但由于國家水資源政策的調(diào)整和技術(shù)本身的局限性，從20世紀90年代開始，這項技術(shù)的應(yīng)用又逐漸萎縮。

2014年1月正式運營的國家設(shè)施農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心崇明農(nóng)業(yè)示范基地的空調(diào)系統(tǒng)，采用原裝進口的荷蘭含水層儲能系統(tǒng)和水蓄冷技術(shù)，將這一技術(shù)成功的應(yīng)用到了溫室生產(chǎn)當中，實現(xiàn)了地下水100%對井回灌，ATES系統(tǒng)節(jié)能率80%。這一案例無疑為該技術(shù)在我國溫室行業(yè)的應(yīng)用推廣打開了一扇大門。

5 結(jié)論與建議

不同的降溫技術(shù)受其降溫原理限制，均有一定的局限性，單純地采用某種降溫方式很難達到理想的降溫效果和溫室運行的各方面需求。降溫技術(shù)的采用需要根據(jù)地區(qū)氣候條件、種植作物類型和溫室系統(tǒng)性能等因素綜合考慮選擇。

首先，根據(jù)不同地區(qū)的氣候資源，選擇適用的降溫技術(shù)對于保障溫室生產(chǎn)的正常運行、降低建設(shè)和運行成本有著重要意義。我國西北及東北大部分地區(qū)夏季日平均溫度不高，高溫天氣持續(xù)時間較短，夏季降溫可以自然通風(fēng)為主，輔以高壓噴霧、屋面頂噴淋和環(huán)流風(fēng)機。華北、黃淮、江漢、江淮、江南及華南部分地區(qū)夏季需降溫日數(shù)在80天左右，最高溫度較高，夏季高溫時段降溫需開啟幕簾系統(tǒng)配合濕簾-風(fēng)機降溫系統(tǒng)、空氣內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)等；而華南的廣東和廣西部分地區(qū)及海南地區(qū)日平均溫度高、高溫天氣持續(xù)時間長、空氣濕度大，是降溫難度最大的地區(qū)，夏季降溫采取通風(fēng)、蒸發(fā)、遮陽等手段都難以取得理想的降溫效果，建議配備新能源空調(diào)系統(tǒng)或除濕設(shè)備。

其次，根據(jù)溫室用途和作物的生長特性制定合理的降溫策略也是必要的。育苗溫室、實驗溫室等對溫度調(diào)控的要求較高，因此需配套較完善的降溫系統(tǒng)，以便于靈活組合使用，達到預(yù)期降溫效果。高效栽培溫室由于作物自身的蒸騰降溫，溫室降溫需求相對較小，可根據(jù)當?shù)貧夂驐l件和種植作物對高溫的耐受性選擇部分降溫手段，以盡量降低溫室的建設(shè)和運行成本。由于夏季蔬菜價格偏低，設(shè)施生產(chǎn)沒有市場競爭優(yōu)勢，因此可以考慮在夏季高溫月份安排換茬、休棚和消毒，省去強制降溫的運行成本。花卉生產(chǎn)溫室、展覽溫室對于溫度的可控性要求最高，根據(jù)投入產(chǎn)出比和生產(chǎn)必要性分析，可考慮配備新能源空調(diào)系統(tǒng)。

[1] 黃翔.用于溫室的濕簾風(fēng)機降溫系統(tǒng):中國,201420181 831.9[P].2014-04-15.

[2] 陳晴.遮陽涂料幫你有效避免強光和高溫[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù):溫室園藝,2009(6):17.

[3] 鄭麗芳.用于全開型溫室的頂窗裝置:中國,03231370.5[P].2003-05-20.

[4] 楊仁權(quán).屋面可開啟式連棟溫室:中國,02294684.5[P].2002-12-30.

[5] 田秋豐.溫室屋脊頂開窗裝置:中國,201020615983.7[P].2010-11-19.

[6] 張璐瑤. 降溫技術(shù)在農(nóng)業(yè)溫室中的應(yīng)用探討[J].農(nóng)業(yè)研究與應(yīng)用，2013(5): 37-41.

[7] 胡建，李偉清.現(xiàn)代溫室夏季降溫技術(shù)研究[J].農(nóng)機化研究,2007(6):18-21.

[8] 胥芳.降溫技術(shù)在溫室領(lǐng)域的應(yīng)用[J].農(nóng)機化研究,2009,31(10):210-214.

[9] 呂艷. 一種國內(nèi)領(lǐng)先的科研溫室簡介[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)：溫室園藝，2013(1):30-33.

[10] 張日新. 90°開啟的側(cè)旋窗[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù):溫室園藝,2015(9):53.

[11] 尚志杰.重慶市三峽庫區(qū)設(shè)施栽培溫室降溫系統(tǒng)的研究[D].重慶：西南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2005.

[12] 周長吉.溫室工程設(shè)計手冊[K].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2007:221-284.

[13] 周長吉.蜂窩紙濕簾結(jié)構(gòu)的實驗優(yōu)化[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,1988(2):37-48.

[14] 趙成. 高溫高濕環(huán)境下濕簾-風(fēng)機溫室降溫特性及影響因素研究[J].暖通空調(diào),2011,41(1): 108-112.

[15] 趙淑梅.現(xiàn)代溫室濕簾風(fēng)機降溫系統(tǒng)的研究[J].農(nóng)機化研究,2007(9):147-157.

[16] 李永欣.Venlo型溫室外遮陽和屋頂噴淋系統(tǒng)夏季降溫效果[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2002(18): 133-136.

[17] 李永欣.荷蘭Venlo型連棟溫室夏季自然通風(fēng)降溫系統(tǒng)的試驗研究[J]. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2002,7(6):44-48.

[18] 趙純清.除濕降溫系統(tǒng)用于溫室降溫的可行性探索[J].農(nóng)機化研究, 2004(5):77-78.

[19] 陳傳艷,趙純清,張繼元,等.溫室吸濕劑噴淋除濕降溫系統(tǒng)的影響因子分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2012,28(10):202-207.

[20] 周長吉.一種簡易的溫室噴涂遮陽降溫方法[J].溫室園藝,2015(12):53-54.

[21] 任旭琴.涂料和遮陽網(wǎng)覆蓋對大棚環(huán)境和辣椒光合特性的影響[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2012,43(11): 87-91.

[22] 羅迎賓.地源熱泵溫室系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].農(nóng)機化研究,2007(4):59-61.

[23] 王建輝.地源熱泵在育種/育苗溫室中的應(yīng)用實驗研究[J].河北省科學(xué)院學(xué)報,2014,31(3):47-54.

[24] 柴立龍.地源熱泵溫室降溫系統(tǒng)的試驗研究與性能分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2008,24(12):150-154.

[25] 倪龍.含水層儲能的研究歷史及未來[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào),2007,26(1):18-24.

Cooling Technology of Multi-span Greenhouse in Summer

Liu Jia1, Cui Tao2a, Wang Chaodong1, Li Xu1, Ma Chengwei2b, Zhang Tianzhu2b

(1.Beijing Zhongnong Futong Horticulture Co., Ltd, Beijing 100083, China; 2. China Agricultural University a.College of Engineering; b.College of Water Resources & Civil Engineering ,Beijing 100083, China)

Cooling technologies of multi-span greenhouse in summer were expounded according to the working principle of the classification, including ventilation, evaporation, shading and air conditioning system using new energy. Especially, a part of cooling technologies which were widely used in Netherlands were introduced here. The feature, latest development and applicability in China of each cooling technology were analyzed. And then, appropriate technologies were recommended specific to different climate province and the purpose of greenhouse.

multi-span greenhouse; cooling in summer; ventilation cooling; shading; evaporation cooling; air conditioning system

2016-11-28

“十二五”國家科技支撐計劃項目(2013AA102407-6)；國家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目(CARS-25)

劉 佳(1985-),女，重慶人，中級工程師，(E-mail)liujiaftyy@163.com。

張?zhí)熘?1968-)，男，山西忻州人，教授，碩士生導(dǎo)師，(E-mail)zhangtianzhu@263.net。

S625.5+1

A

1003-188X(2018)02-0262-07