一種日光溫室內(nèi)置保溫裝置的研制與應(yīng)用

閻世江，劉潔，丁京，張京社

|摘要|本文介紹了一種日光溫室內(nèi)置保溫裝置的研制與應(yīng)用，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，保溫能力強(qiáng)，使日光溫室室溫提高3℃以上，適用于中國北方寒冷地區(qū)冬季喜溫蔬菜的生產(chǎn)，可以推廣。

日光溫室作為中國設(shè)施農(nóng)業(yè)的主體，現(xiàn)已成為種植業(yè)中效益較高的產(chǎn)業(yè)[1]。但許多地區(qū)的日光溫室還存在保溫性差、生產(chǎn)效益低下等問題，特別是在高寒地區(qū)，越冬栽培喜溫蔬菜（黃瓜、番茄）還要依靠介質(zhì)（例如煤）加熱的方式來提高溫室內(nèi)的溫度，從而保證正常生產(chǎn)。如何在保證經(jīng)濟(jì)效益、降低生產(chǎn)成本、節(jié)約能源的前提下，對現(xiàn)有的日光溫室進(jìn)行升級改造成為目前設(shè)施蔬菜生產(chǎn)急需解決的問題。目前科研人員在溫室的結(jié)構(gòu)[2-3]、溫室的外層覆蓋物[4]等方面進(jìn)行了大量研究以提高溫室的保溫性。筆者認(rèn)為提高日光溫室溫度，應(yīng)減少散熱損失，可以通過在日光溫室內(nèi)部設(shè)置保溫膜的措施，增加輻射換熱熱阻，降低溫室夜間由于溫差引起的南屋面散熱程度。倪金衛(wèi)[5]等對日光溫室內(nèi)置保溫提效裝置也進(jìn)行了相關(guān)研究，但無法實(shí)現(xiàn)高效率地自動覆膜和收卷，無法保證室內(nèi)生產(chǎn)空間最大化。為此本項(xiàng)目團(tuán)隊經(jīng)過5年不斷改進(jìn)完善，成功研制了具有自動覆膜和收卷功能的日光溫室內(nèi)置保溫提效自動裝置，即在現(xiàn)有的日光溫室（無支柱）基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，再安裝一道塑料薄膜，可以使日光溫室室溫提高3℃以上。

內(nèi)置保溫裝置結(jié)構(gòu)

日光溫室內(nèi)置保溫裝置主要由自動卷放機(jī)構(gòu)和控制單元兩部分構(gòu)成。如圖1所示，自動卷放機(jī)構(gòu)包括電動機(jī)、驅(qū)動軸、軸承、導(dǎo)軌、牽引繩等，控制單元包括控制柜、限位器等。日光溫室內(nèi)置保溫裝置主要技術(shù)參數(shù)見表1。

安裝過程

電機(jī)和驅(qū)動軸沿東西走向安裝于溫室的北墻上，驅(qū)動軸與電機(jī)連接，導(dǎo)軌沿南北走向分別安裝于溫室骨架底端，多個卷放輪組穿裝于驅(qū)動軸上，導(dǎo)向輪設(shè)置于導(dǎo)軌南端，轉(zhuǎn)動輪位于卷放輪和導(dǎo)向輪之間并可以沿導(dǎo)軌轉(zhuǎn)動，吊膜件掛裝在轉(zhuǎn)動輪上用于掛裝薄膜，鋼絲繩連接卷放輪、轉(zhuǎn)動輪及導(dǎo)向輪，并從導(dǎo)向輪折回到卷放輪形成了一個封閉的回路，限位繩連接轉(zhuǎn)動輪。電機(jī)驅(qū)動驅(qū)動軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，卷放輪組在驅(qū)動軸帶動下旋轉(zhuǎn)并牽引鋼絲繩運(yùn)動，限位繩在鋼絲繩的牽引下帶動多個轉(zhuǎn)動輪進(jìn)行“展開”或者“合攏”運(yùn)動。

卷放輪組包括同軸連接的正向卷放輪和反向卷放輪，正向卷放輪在驅(qū)動軸正向旋轉(zhuǎn)時同步轉(zhuǎn)動，反向卷放輪在驅(qū)動軸反向旋轉(zhuǎn)時同步轉(zhuǎn)動。導(dǎo)軌下端設(shè)置有用于容納轉(zhuǎn)動輪的容納腔，導(dǎo)軌上端設(shè)置有用于穿裝鋼絲繩的通道。鋼絲繩起始端固接于正向卷放輪上，鋼絲繩自由端沿著導(dǎo)軌的方向依次穿過多個轉(zhuǎn)動輪后，再繞過導(dǎo)向輪以相反方向穿過導(dǎo)軌上端的通道后纏繞到反向卷放輪上，鋼絲繩的末端固接于反向卷放輪上。

位于同一條導(dǎo)軌上的多個轉(zhuǎn)動輪組成了轉(zhuǎn)動輪組，轉(zhuǎn)動輪組包括膜展開機(jī)構(gòu)和膜合攏機(jī)構(gòu)，膜展開機(jī)構(gòu)包括靠近北側(cè)的多個轉(zhuǎn)動輪，膜合攏機(jī)構(gòu)包括靠近南側(cè)的多個轉(zhuǎn)動輪。位于膜展開機(jī)構(gòu)南北兩端最外側(cè)的兩個轉(zhuǎn)動輪分別與導(dǎo)軌和鋼絲繩固定連接，位于膜合攏機(jī)構(gòu)南北兩端最外側(cè)的兩個轉(zhuǎn)動輪分別與鋼絲繩和所述導(dǎo)軌固定連接。

膜展開機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)動輪下部分別掛設(shè)吊膜件，吊膜件下吊有薄膜。轉(zhuǎn)動輪包括輪子和轉(zhuǎn)動支架，輪子通過軸鉸裝在所述轉(zhuǎn)動支架的頂部兩側(cè)，輪子安裝于導(dǎo)軌上并可以沿導(dǎo)軌轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動支架上設(shè)置有用于穿裝所述鋼絲繩的第一限位孔和用于穿裝限位繩的第二限位孔，第二限位孔設(shè)置于第一限位孔的下方。

限位繩包括展開限位繩和合攏限位繩，展開限位繩和合攏限位繩連接，展開限位繩串聯(lián)膜展開機(jī)構(gòu)的所有轉(zhuǎn)動輪，合攏限位繩串聯(lián)膜合攏機(jī)構(gòu)的所有轉(zhuǎn)動輪。電機(jī)帶動驅(qū)動軸進(jìn)行正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，卷放輪組在驅(qū)動軸帶動下旋轉(zhuǎn)并牽引鋼絲繩運(yùn)動，限位繩在鋼絲繩的牽引下帶動多個轉(zhuǎn)動輪往復(fù)運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)日光溫室內(nèi)置保溫提效自動裝置高效地自動覆膜和收卷功能。

操作方法

內(nèi)置膜展開

電機(jī)通過驅(qū)動軸驅(qū)動正向卷放輪正向旋轉(zhuǎn)，鋼絲繩由北向南運(yùn)動，此時鋼絲繩將帶動膜展開機(jī)構(gòu)最南端的轉(zhuǎn)動輪和膜合攏機(jī)構(gòu)最北端的轉(zhuǎn)動輪向?qū)蜉喌姆较蜻\(yùn)動，又由于轉(zhuǎn)動輪由限位繩串聯(lián)，膜合攏機(jī)構(gòu)的其他轉(zhuǎn)動輪在最北端的轉(zhuǎn)動輪的牽引作用下向?qū)蜉喌姆较蚓奂?，相?yīng)地，膜展開機(jī)構(gòu)的其他轉(zhuǎn)動輪在最南端的轉(zhuǎn)動輪的牽引作用下向?qū)蜉喌姆较蛘归_。又由于膜展開機(jī)構(gòu)下方掛設(shè)有薄膜，膜合攏機(jī)構(gòu)下方不掛設(shè)薄膜，隨著膜展開機(jī)構(gòu)的展開和膜合攏機(jī)構(gòu)的聚集，薄膜完成展開過程（掃描二維碼1，觀看內(nèi)置膜展開過程視頻）。

當(dāng)按下電控柜面板上的“內(nèi)置膜展開”按鈕，面板上“膜展開指示”燈點(diǎn)亮，內(nèi)置保溫膜由北向南逐步展開至溫室前沿到限位處自動停止，內(nèi)置膜展開完畢（圖2）。

內(nèi)置膜合攏

薄膜合攏過程是電機(jī)通過驅(qū)動軸驅(qū)動反向卷放輪反向旋轉(zhuǎn)，鋼絲繩由南向北運(yùn)動，此時鋼絲繩將帶動膜展開機(jī)構(gòu)最南端的轉(zhuǎn)動輪和膜合攏機(jī)構(gòu)最北端的轉(zhuǎn)動輪向卷放輪組的方向運(yùn)動，又由于轉(zhuǎn)動輪由限位繩串聯(lián)，膜合攏機(jī)構(gòu)的其他轉(zhuǎn)動輪在最北端的轉(zhuǎn)動輪的牽引作用下向卷放輪組的方向展開，相應(yīng)地膜展開機(jī)構(gòu)的其他轉(zhuǎn)動輪在最南端的轉(zhuǎn)動輪的牽引作用下向卷放輪組的方向聚集。又由于膜展開機(jī)構(gòu)下方掛設(shè)有薄膜，膜合攏機(jī)構(gòu)下方不掛設(shè)薄膜，隨著膜展開機(jī)構(gòu)的收攏和膜合攏機(jī)構(gòu)的展開，薄膜完成合攏過程（掃描二維碼2，觀看內(nèi)置膜合攏過程視頻）。

當(dāng)按下電控柜面板上的“內(nèi)置膜合攏”按鈕，面板上“膜合攏指示”燈點(diǎn)亮，內(nèi)置保溫膜由南向北慢慢合攏至溫室后墻到限位處自動停止，內(nèi)置膜合攏完畢（圖3）。

內(nèi)置保溫裝置的應(yīng)用

自該內(nèi)置保溫裝置研制成功以來，取得良好的應(yīng)用效果，先后在山西省的太原、朔州、忻州、大同、晉中、晉南等地推廣，下面以在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院東陽基地35號溫室的應(yīng)用為例，說明其保溫效果。

項(xiàng)目組于2017年秋季在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院東陽基地35號溫室安裝上述內(nèi)置保溫裝置，每天隨棉被同時卷起，傍晚同時放下。從2018年11月5日～2019年4月30日，在35號溫室內(nèi)、外以及對照溫室（采用普通單層膜，未安裝內(nèi)置保溫裝置）每小時測定一次大氣溫度，在溫室內(nèi)中部設(shè)立觀測點(diǎn)，取平均值（圖4）。可以發(fā)現(xiàn)無論是否安裝內(nèi)置保溫裝置，溫室內(nèi)的溫度均高于室外的溫度，而安裝保溫裝置的溫室較對照溫室的氣溫升高，其幅度在0.2～4.6℃，尤其在12月25日～2月10日，

這段時間是當(dāng)?shù)孛磕隁鉁刈畹偷臅r段，安裝保溫裝置的溫室較對照溫室的氣溫高2～4.25℃，表明該保溫裝置可以顯著提高溫室溫度，可以實(shí)現(xiàn)在不加溫的情況下生產(chǎn)喜溫蔬菜。

結(jié)論

綜上所述，該裝置簡單可靠，可以在沒有立柱的日光溫室安裝，操作方便，保溫能力強(qiáng)，在冬季使用時節(jié)約燃煤，建議大面積推廣。

參考文獻(xiàn)

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*項(xiàng)目支持：山西省重點(diǎn)研發(fā)計劃項(xiàng)目（201803D221021-5）;山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院育種工程項(xiàng)目（17yzgc100）;山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院山西“農(nóng)谷”研發(fā)專項(xiàng)（YCX201702219）。

作者簡介：閻世江（1975-），山西省太原人，副研究員，主要從事蔬菜遺傳育種研究。

**通信作者：張京社，男，研究員，主要從事蔬菜栽培研究。

[引用信息]閻世江，劉潔，丁京，等.一種日光溫室內(nèi)置保溫裝置的研制與應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2020，40（10）：52-54.