雙膜日光溫室春季室內(nèi)環(huán)境試驗(yàn)研究

摘" 要：為更加全面、科學(xué)地掌握雙膜日光溫室在春季室內(nèi)內(nèi)環(huán)境的變化規(guī)律，該文以雙膜日光溫室為研究對象，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測室內(nèi)外環(huán)境，分析雙膜日光溫室在春季條件下典型日的室內(nèi)熱濕環(huán)境時(shí)變規(guī)律和特征。試驗(yàn)結(jié)果表明，春季條件下，晴天當(dāng)日室內(nèi)最大溫升達(dá)到23.91 ℃，陰天當(dāng)日室內(nèi)最大溫升僅為10.51 ℃，多云天當(dāng)日室內(nèi)最大溫升18.97 ℃。晴天、多云天室內(nèi)光照強(qiáng)度與溫度變化趨勢相似，而濕度呈現(xiàn)出與光照強(qiáng)度相反的變化規(guī)律。陰天濕度變化范圍較小，最大濕度為91.41%，最低濕度為76.17%，日平均濕度為87.67%。

關(guān)鍵詞：雙膜日光溫室；春季條件；室內(nèi)熱濕環(huán)境；時(shí)變規(guī)律；特征

中圖分類號：S157" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2096-9902（2024）10-0055-04

Abstract： In order to more comprehensively and scientifically grasp the change rule of indoor environment of double-film solar greenhouse in spring season， this paper takes double-film solar greenhouse as the research object， analyzes the time-varying law and characteristics of indoor heat and humidity environment of double-film solar greenhouse under spring conditions on a typical day by real-time monitoring of indoor and outdoor environments. The results showed that under spring conditions， the maximum indoor temperature rise reached 23.91 ℃ on a sunny day， 10.51 ℃ on a cloudy day， and 18.97 ℃ on a cloudy day. The indoor light intensity and temperature change trends were similar on sunny and cloudy days， while humidity showed an opposite change pattern to light intensity. The range of humidity changes on cloudy days was small， with the maximum humidity of 91.41%， the minimum humidity of 76.17%， and the average daily humidity of 87.67%.

Keywords： double-film solar greenhouse; spring conditions; indoor heat and humidity environment; time-varying pattern; characteristics

隨著全球氣候變化和人口增長，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨著越來越多的挑戰(zhàn)，如極端天氣、水資源短缺、土地退化等[1-3]。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，人們不斷探索和創(chuàng)新農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，其中雙膜日光溫室技術(shù)就是一種重要的創(chuàng)新[4]。雙膜日光溫室是一種新型的溫室結(jié)構(gòu)，其采用了雙層薄膜覆蓋技術(shù)，具有保溫、透光、保濕等優(yōu)點(diǎn)[5-7]。研究表明，與傳統(tǒng)的日光溫室相比，雙膜日光溫室具有更高的透光率和更好的保溫性能，可以有效地提高溫室內(nèi)部的溫度和濕度[8-9]。隨著雙膜日光溫室大棚的推廣，國內(nèi)外許多學(xué)者對雙膜溫室室內(nèi)熱濕環(huán)境開展了大量研究，如溫濕度[10]、光照強(qiáng)度[11-12]、CO2濃度[13]、土壤溫度[5-6，14]等，將這些關(guān)鍵參數(shù)控制在合理范圍內(nèi)，是提高農(nóng)作物產(chǎn)量、減少病害的關(guān)鍵。溫室內(nèi)環(huán)境主要受外界環(huán)境影響，在不同的地區(qū)、不同的季節(jié)條件下，日光溫室內(nèi)環(huán)境參數(shù)都有明顯差異，了解并掌握其變化規(guī)律對反季節(jié)作物增產(chǎn)增收具有重大意義[15-16]。在以往的研究中，大多學(xué)者研究了針對冬季最冷日或不同天氣情況下的雙膜日光溫室內(nèi)環(huán)境變化規(guī)律，而關(guān)于春季條件下溫室內(nèi)溫、濕度的變化情況少有定量化的研究。因此，本文以雙膜單被日光溫室為研究對象，通過數(shù)據(jù)監(jiān)測，分析室內(nèi)熱濕環(huán)境的時(shí)變規(guī)律，其研究結(jié)果可以為雙膜日光溫室內(nèi)環(huán)境調(diào)控提供更加全面、科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)溫室

試驗(yàn)溫室位于甘肅省蘭州市榆中縣夏官營鎮(zhèn)，當(dāng)?shù)睾０? 895 m，該地區(qū)氣候?qū)儆诤錃夂騾^(qū)A區(qū)，是典型的溫帶大陸性氣候，其特點(diǎn)是四季分明，水熱同季。2021年該地年平均氣溫偏高，年平均氣溫 7.8 ℃，比歷年同期平均值偏高0.8 ℃。春季平均氣溫9.4 ℃，較歷年平均值偏高0.8 ℃。年降水量294.9 mm，年降水偏少，降水分布不均勻，比歷年同期平均值偏少20%。被試驗(yàn)溫室為雙膜單被結(jié)構(gòu)，溫室坐北朝南，東西長度49.46 m，南北跨度8.55 m，脊高5.45 m，后墻高3.30 m，溫室平面和剖面結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

1.2" 測試方案

1.2.1" 實(shí)驗(yàn)儀器

室外空氣溫濕度、太陽輻射等數(shù)據(jù)均由室外小型氣候監(jiān)測站進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。室內(nèi)空氣溫度、濕度等數(shù)據(jù)由溫濕度記錄儀進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。數(shù)據(jù)保存時(shí)間間隔為20 min。測試儀器、型號參數(shù)及精度見表1。

1.2.2" 測點(diǎn)布置

測試點(diǎn)布置方案根據(jù)雙膜日光溫室的結(jié)構(gòu)和作物生長的需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，室外小型氣候監(jiān)測站布置在溫室正前方，與溫室垂直距離100 m以內(nèi)，周圍環(huán)境較開闊，且無任何遮擋。光照強(qiáng)度傳感器布置在每個(gè)截面中心位置。為了準(zhǔn)確反映溫室室內(nèi)作物冠層溫濕度，在溫室沿長度方向由東向西選取了3個(gè)截面，分別記為截面1、截面2、截面3，其中截面1、3分別距離東西山墻約1 m，截面2位于整個(gè)溫室中間位置，然后在每個(gè)截面距離地面0.5 m高處，由南到北選取3個(gè)測點(diǎn)，分別為a測點(diǎn)、b測點(diǎn)、c測點(diǎn)，每個(gè)截面3個(gè)測點(diǎn)，3個(gè)截面合計(jì)9個(gè)測點(diǎn)，在每個(gè)測點(diǎn)布置一個(gè)溫濕度記錄儀。

1.2.3" 測試時(shí)間

測試試驗(yàn)從2020年冬季12月一直持續(xù)到2021年春季4月，試驗(yàn)儀器均為24小時(shí)全天候不間斷采集模式，為了方便數(shù)據(jù)處理，所有數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集時(shí)間間隔統(tǒng)一設(shè)置為20 min。

1.2.4" 數(shù)據(jù)處理

先通過WPS辦公軟件對大量的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了篩選，篩選出春季條件下典型天氣3天的數(shù)據(jù)后，對溫濕度值及光照強(qiáng)度值進(jìn)行平均值計(jì)算，計(jì)算后的數(shù)據(jù)采用Origin2021軟件作圖進(jìn)行分析。

2" 結(jié)果與分析

為了準(zhǔn)確反映雙膜日光溫室在春季條件下的室內(nèi)環(huán)境變化規(guī)律，在春季測試期間，選取了典型晴天（2021年3月11日）、典型陰天（2021年3月17日）和典型多云天（2021年3月21日）3天的數(shù)據(jù)加以分析，根據(jù)室外氣象站的數(shù)據(jù)，室外太陽輻射以及室外溫濕度的日變化規(guī)律如圖2和圖3所示。從圖2可以看出，晴天、陰天和多云天氣的室外太陽輻射差異較大，晴天輻射變化平穩(wěn)，當(dāng)日最高輻射出現(xiàn)在13：20，為731.90 W/m2，日平均輻射為206.58 W/m2，陰天輻射波動(dòng)劇烈，最高輻射出現(xiàn)在14：40，為364.40 W/m2，日平均輻射為69.22 W/m2，多云天輻照變化相對平穩(wěn)，最高輻射出現(xiàn)在13：20，為500.60 W/m2，日平均輻射為139.14 W/m2，日累計(jì)輻射晴天gt;多云天gt;陰天。從圖3可知，晴天室外最高、最低溫度分別為22.464 ℃、0.301 ℃，最大溫差22.163 ℃，日平均氣溫10.155 ℃，日平均濕度46.70%；陰天室外最高、最低溫度分別為11.589 ℃、4.168 ℃，最大溫差7.421 ℃，日平均氣溫7.154℃，日平均濕度44.17%；多云天室外最高、最低溫度分別為11.540 ℃、-3.717 ℃，最大溫差15.257 ℃，日平均氣溫3.314 ℃，日平均濕度33.80%。

2.1" 晴天溫室室內(nèi)環(huán)境日變化規(guī)律

圖4為典型晴天條件下溫室室內(nèi)平均溫度、相對濕度及光照強(qiáng)度隨時(shí)間的日變化情況。從圖4中可以看出當(dāng)日室內(nèi)最高光照強(qiáng)度為56 791 Lx，日平均光照強(qiáng)度為11 883 Lx，室內(nèi)光照強(qiáng)度變化和室外太陽輻射變化規(guī)律一致，室內(nèi)最高溫度為44.35 ℃，最低溫度為18.12 ℃，日平均溫度為26.07 ℃，0：00—8：00時(shí)間段內(nèi)，溫室室內(nèi)溫度下降緩慢，從20.44 ℃下降至當(dāng)日溫室室內(nèi)最低溫度18.12 ℃，溫度平均下降速度為0.29 ℃/h，隨后由于太陽輻射快速上升和保溫被開啟的原因，8：00—14：30時(shí)間段室內(nèi)溫度開始快速上升，溫度平均上升速度為4.04 ℃/h，在14：30左右到達(dá)當(dāng)日峰值44.35℃，當(dāng)日室內(nèi)最大溫升達(dá)到23.91 ℃，而后室內(nèi)溫度隨著太陽輻射的下降開始快速回落，直至19：30保溫被關(guān)閉后，室內(nèi)溫度下降速度逐漸變緩，室內(nèi)溫度總體呈現(xiàn)出夜間緩慢下降，白天先快速上升，而后快速下降的趨勢。室內(nèi)最高濕度為91.30%，最低濕度為19.53%，日平均濕度為67.53%，室內(nèi)濕度總體呈現(xiàn)出夜間緩慢上升，白天先快速下降，后快速上升的趨勢，表現(xiàn)出與室內(nèi)溫度相反的變化規(guī)律。

2.2" 陰天室內(nèi)環(huán)境日變化規(guī)律

圖5為典型陰天條件下溫室室內(nèi)平均溫度、相對濕度及光照強(qiáng)度隨時(shí)間的日變化情況。從圖5中可以看出當(dāng)日室內(nèi)最高光照強(qiáng)度為12 631 Lx，日平均光照強(qiáng)度為1 824 Lx，室內(nèi)光照強(qiáng)度變化和室外太陽輻射變化規(guī)律一致，室內(nèi)最高溫度為28.79 ℃，最低溫度為16.43 ℃，日平均溫度為19.61 ℃，0：00—8：00時(shí)間段內(nèi)，溫度變化曲線十分平緩，溫度從18.25 ℃下降至17.60 ℃，溫度下降速度僅為0.08 ℃/h，隨后隨著保溫被的開啟，溫度先經(jīng)歷了短暫的下降后再上升的變化規(guī)律，打開保溫被后由于受陰天天氣影響和太陽輻射較低的原因以及室內(nèi)外溫差大的原因，溫度出現(xiàn)了短暫下降而后上升的情況，到16：20分溫度才達(dá)到當(dāng)日最高溫度28.76 ℃，最高溫度出現(xiàn)時(shí)刻較晴天條件下有較大的滯后，日最大溫升僅為10.51 ℃，說明溫升受陰天天氣影響較大，而后隨著太陽輻射持續(xù)降低，室內(nèi)溫度也開始快速下降，直至19：00保溫被關(guān)閉后，溫度下降速度變緩，室內(nèi)溫度總體呈現(xiàn)出夜間緩慢變化，白天先升后降的趨勢。當(dāng)日室內(nèi)濕度變化范圍較小，最大濕度為91.41%，最低濕度為76.17%，日平均濕度為87.67%，室內(nèi)濕度總體呈現(xiàn)出夜間緩慢上升，白天先降后升的趨勢，表現(xiàn)出與室內(nèi)溫度相反的變化規(guī)律。

2.3" 多云天室內(nèi)環(huán)境日變化規(guī)律

圖6為典型多云天條件下溫室室內(nèi)平均溫度、相對濕度及光照強(qiáng)度隨時(shí)間的日變化情況。從圖6中可以看出當(dāng)日室內(nèi)最高光照強(qiáng)度為39 444 Lx，日平均光照強(qiáng)度為9 286 Lx，室內(nèi)光照強(qiáng)度變化和室外太陽輻射變化規(guī)律一致，室內(nèi)最高溫度為35.39 ℃，最低溫度為14.00 ℃，日平均溫度為21.26 ℃，0：00—8：00時(shí)間段內(nèi)，溫度從15.82 ℃緩慢下降至14.00 ℃，溫度下降速度為0.24 ℃/h，從8：00—9：00溫度開始緩慢上升至15 ℃，該階段溫升僅1 ℃，主要原因是未打開保溫被，溫升來源于早晨較弱的太陽輻射，從9：00打開保溫被后，溫度開始快速上升，到14：00左右達(dá)到當(dāng)日最高溫度34.79 ℃，該階段溫升速度為3.96 ℃/h，隨后由于太陽輻射的下降溫度隨之快速回落，溫度下降一直持續(xù)到19：30保溫被關(guān)閉，此時(shí)溫度為22.67 ℃，隨后溫度進(jìn)入緩慢下降階段，室內(nèi)溫度總體呈現(xiàn)出夜間緩慢變化，白天先快速上升，而后快速下降的趨勢。當(dāng)日室內(nèi)濕度變化范圍較小，最大濕度為91.41%，最低濕度為32.17%，日平均濕度為76.17%，室內(nèi)濕度總體呈現(xiàn)出夜間緩慢上升，白天先降后升的趨勢，表現(xiàn)出與室內(nèi)溫度相反的變化規(guī)律。

3" 討論與結(jié)論

溫度、濕度、光照等是溫室內(nèi)部環(huán)境因子的重要組成部分，三者相互影響，相互作用，共同營造了溫室內(nèi)部環(huán)境。雙膜日光溫室是一種新型的溫室結(jié)構(gòu)，它采用了雙層薄膜覆蓋技術(shù)，具有保溫、透光、保濕等優(yōu)點(diǎn)。

本文通過對西北寒冷地區(qū)雙膜單被日光溫室在春季條件下，選取春季典型天氣（晴天、陰天、多云天），對室外輻射、室外溫濕度、室內(nèi)溫度、室內(nèi)濕度及室內(nèi)關(guān)照強(qiáng)度等數(shù)據(jù)的時(shí)變規(guī)律進(jìn)行了分析，得出如下結(jié)論，春季條件下，晴天當(dāng)日室內(nèi)最大溫升達(dá)到26.23 ℃，陰天當(dāng)日室內(nèi)最大溫升僅為12.36 ℃，多云天當(dāng)日室內(nèi)最大溫升21.39 ℃。

晴天、多云天室內(nèi)光照強(qiáng)度與溫度變化趨勢相似，在溫度快速上升階段，溫度隨著光照強(qiáng)度增大而升高，而濕度呈現(xiàn)出與光照強(qiáng)度相反的變化規(guī)律。

陰天濕度變化范圍較小，最大濕度為91.41%，最低濕度為76.17%，日平均濕度為87.67%，總體濕度過高，不利于作物的生長和發(fā)育。

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