日光溫室光環(huán)境調(diào)控的研究

日光溫室光環(huán)境調(diào)控的研究

0南菜北運(yùn)日益增長(zhǎng)的需求隨著人們生活水平的提高，城市居民對(duì)優(yōu)質(zhì)特色和新鮮蔬菜的需求越來(lái)越大。尤其是在北方地區(qū),由于氣候、交通及各種條件的限制,南菜北運(yùn)已經(jīng)越來(lái)越滿足不了人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的需求。探索建造適合在中國(guó)北緯43o以北的寒冷地區(qū)的節(jié)能型日光溫室,實(shí)現(xiàn)嚴(yán)冬季節(jié)在不用人工加熱或僅少量加熱的情況下生產(chǎn)出喜溫果菜,已成為當(dāng)前北方農(nóng)業(yè)面臨的一個(gè)重要課題。1在寒冷地區(qū)，節(jié)能型日光溫室的主要結(jié)構(gòu)1.1溫室采暖要求自年溫,大面積熱,具有較大面的積極開展及環(huán)境調(diào)控功能一是具有良好的采光屋面,能夠最大限度地透過(guò)自然光;二是具有有利的保溫和蓄熱構(gòu)造,能夠在溫室密閉的條件下,最大限度地減少溫室散熱,同時(shí)應(yīng)具有較大面的積蓄熱體;三是寬、脊高、前后坡屋面坡等規(guī)格尺寸及溫室規(guī)模要適當(dāng);四是溫室的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度應(yīng)能夠抵擋風(fēng)雪載荷,做到既穩(wěn)固耐用又避免骨架材料過(guò)大造成大面積遮光;五是具備通風(fēng)排濕降溫等環(huán)境調(diào)控功能;六是具備有利于作物生長(zhǎng)和便于人工作業(yè)的空間;七是溫室的結(jié)構(gòu)材料、保溫覆蓋及維護(hù)材料應(yīng)立足于因地制宜、就地取材、注重實(shí)效與降低成本的原則。1.2屋頂傾角和弧形近幾年來(lái),人們對(duì)日光溫室的光環(huán)境做了大量具體的研究,并在此基礎(chǔ)上編制了溫室采光輔助設(shè)計(jì)軟件(GRLT),通過(guò)輸入溫室所在地的地理緯度、溫室的建筑方位和需要分析的時(shí)段等數(shù)據(jù),即可得到太陽(yáng)直射光量在地面上、墻內(nèi)側(cè)及后屋面內(nèi)側(cè)的瞬間值和積累值,并選擇最佳的采光屋面傾角和弧形,同時(shí)還可以判斷溫室骨架材料的陰影率和山墻與后墻的陰影等。應(yīng)用這種理論分析方法得到了一些重要數(shù)據(jù):一是不同緯度和不同使用時(shí)段的采光屋面最佳傾角,在北緯40o和45o地區(qū),11月至來(lái)年2月分別為65o和70o,3~4月分別為35o~45o,因此采光屋面靠近低腳處傾角應(yīng)大些,中脊處傾角可小些;二是圓弧形、圓弧一拋物線組合和擺線形曲面優(yōu)于橢圓或一坡一立式屋面;三是室內(nèi)截獲的直射光量在各部位的比例大致是地面占54%,后墻占35%,后屋面傾角的影響率愈來(lái)愈小;四是根據(jù)這一理論進(jìn)行全面優(yōu)化,得出北緯43o以北地區(qū)溫室的基本尺寸為中脊高度2.6~2.8m,跨度6m左右,高跨比約為1:2~1:2.5,后屋面傾角應(yīng)不小于冬至正午時(shí)當(dāng)?shù)氐奶?yáng)高度角,最好比當(dāng)?shù)囟撂?yáng)高度角大7o~8o,后屋面投影1.0~1.5m,采光屋面形狀應(yīng)優(yōu)先選用圓弧形、弧形—拋物線組合形和擺線形。1.3珍珠巖的溫性能研究首先,在溫室墻體保溫性能的設(shè)計(jì)上,提出了墻體結(jié)構(gòu)的模式。具有一定厚度的異質(zhì)復(fù)合墻體,其內(nèi)側(cè)由吸熱和蓄熱能力較強(qiáng)的材料組成蓄熱層;外側(cè)由導(dǎo)熱和放熱能力較差的材料組成保溫層;中間是輕質(zhì)、干燥和多孔導(dǎo)熱能力極差的隔熱層(研究不同隔熱材料的保溫性能表明,珍珠巖與爐灰渣是較好的材料,且珍珠巖在隔熱上優(yōu)于爐灰渣)。具體地講,比較理想的墻壁體厚度應(yīng)在60~70cm之間,內(nèi)層為磚,中間填充珍珠巖活爐灰渣夾層,外層為磚或加氣磚。其次,在選擇與確定夜間溫室采光屋面覆蓋材料和覆蓋方法的保溫性研究中,得出如下數(shù)據(jù):草保溫能力一般為5~6℃;蒲席7~10℃C;雙層草為14~15℃;棉被為7~10℃;如在蒲席或草上增加一層由4層牛皮紙復(fù)合成的紙被,保溫能力可提高3~5℃。室內(nèi)加設(shè)保溫幕簾(PE薄膜或無(wú)紡布等),可提高保溫能力1~3℃。此外,在北京農(nóng)機(jī)研究所研制的新型復(fù)合保溫被,選用超強(qiáng)與高保溫材料多層復(fù)合加工而成,具有防水、防老化、隔熱、保溫和反射遠(yuǎn)紅外線等功能。實(shí)踐表明,該保溫被使用壽命長(zhǎng)、保溫效果好、易于收藏和保管,是草的理想代替品。1.4增加土壤溫度通過(guò)對(duì)日光溫室地溫的研究發(fā)現(xiàn),日光溫室的南棚底腳安置隔熱板,可以防止土壤熱量向外散失,從而提高土壤溫度。另外,還發(fā)現(xiàn)土壤的絕熱層。在絕熱層鋪設(shè)馬糞等有機(jī)釀熱物,或在土壤中鋪設(shè)隔熱物都可以提高上層土壤蓄積熱量,從而提高土壤溫度;最后,在土壤表面覆蓋地膜或噴土面覆蓋劑,可以改變土壤的熱通量狀況,提高土壤溫度,尤其是植物根分布層溫度的有效提高對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育有重大意義(土壤噴灑一層增溫劑,地中鋪一層厚15cm的馬糞,平均溫度可以提高2.7℃;鋪混入雞糞的麥秸,平均溫度增溫2.5℃)。2日光溫室的加熱系統(tǒng)2.1回收利用余熱熱風(fēng)加溫系統(tǒng)的核心設(shè)備是熱風(fēng)爐。目前,許多溫室使用的熱風(fēng)爐都不是專門為溫室設(shè)計(jì)的,而且許多熱風(fēng)爐因設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理導(dǎo)致熱效率很低,造成不必要的能源浪費(fèi)。針對(duì)這種情況,黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程研究院農(nóng)牧工程設(shè)計(jì)所在9RFL-5型畜禽育雛用熱風(fēng)爐的基礎(chǔ)上,根據(jù)北方高寒地區(qū)節(jié)能溫室的特殊要求成功研究開發(fā)了9RFL-5A型(適合600m2的溫室)及9RFL-3型(適合300m2的溫室)熱風(fēng)爐。這種熱風(fēng)爐工作時(shí),通過(guò)爐膛內(nèi)的煤燃燒加熱爐體隔板,隔板又將熱量傳給熱風(fēng)道內(nèi)的空氣,在離心風(fēng)機(jī)的作用下,外部空氣不斷被吸入熱風(fēng)道,在熱風(fēng)道內(nèi)流動(dòng)的過(guò)程中空氣被迅速加熱成熱風(fēng),通過(guò)輸送管道均勻地分布到室內(nèi)。由于該熱風(fēng)爐加熱空氣采用多重循環(huán),所以加熱效率可達(dá)75%以上。與一般熱風(fēng)爐不同的是,它具有兩個(gè)上進(jìn)風(fēng)口,一個(gè)在室外,一個(gè)在室內(nèi)。當(dāng)室內(nèi)需要補(bǔ)充新鮮空氣時(shí),可關(guān)閉室內(nèi)進(jìn)風(fēng)口,完全由室外吸入新鮮空氣;當(dāng)溫室需要迅速升溫時(shí),可關(guān)閉室外進(jìn)風(fēng)口,打開室內(nèi)進(jìn)風(fēng)口,對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行循環(huán)加熱,不需要很多的燃煤就可以迅速升溫。在炎熱的夏季,當(dāng)溫室的溫度過(guò)高或濕度過(guò)大時(shí),可以打開外進(jìn)風(fēng)口,通過(guò)離心風(fēng)機(jī)使室內(nèi)外空氣進(jìn)行交換,從而達(dá)到降溫與降濕的目的。溫室內(nèi)的熱風(fēng)加溫系統(tǒng)安裝布置十分簡(jiǎn)單,可以根據(jù)具體情況將熱風(fēng)爐安裝在溫室的一端或者中間,由離心風(fēng)機(jī)向外接直徑為50cm的耐熱塑料薄膜散熱筒或鍍鋅鐵皮散熱筒(直徑為40cm),其上每隔一定距離開一個(gè)直徑為30mm的散熱孔,近爐體處孔距大些,遠(yuǎn)爐體處孔距小些。安裝時(shí),將送風(fēng)管道靠南墻布置,一般吊起0.5m高左右,散熱孔對(duì)著溫室北墻。送風(fēng)時(shí),通過(guò)散熱孔將熱風(fēng)均勻地送到室內(nèi)空氣中。此外,還有燃油熱風(fēng)爐和燃?xì)鉄犸L(fēng)爐,這兩種熱風(fēng)爐的優(yōu)點(diǎn)是污染小,升溫速度快,能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制;缺點(diǎn)是燃料很貴,成本高,一般多用于對(duì)環(huán)境要求較高的花卉和特種植物的栽培上。2.2熱水采暖系統(tǒng)熱水加溫系統(tǒng)由熱水鍋爐、供熱管道和散熱設(shè)備3個(gè)基本部分組成。其工作過(guò)程為:用鍋爐將熱水加熱,然后用水泵加壓,熱水通過(guò)供熱管道供給在溫室內(nèi)均勻安裝的與溫室采暖熱負(fù)荷相應(yīng)的散熱器,熱水通過(guò)散熱器來(lái)加熱溫室內(nèi)的空氣,提高溫室溫度;另外,將熱管布置在地下,通過(guò)加熱土壤來(lái)提高地溫和溫室,更加節(jié)約能源。熱水加溫系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠,溫室內(nèi)溫度穩(wěn)定且均勻,系統(tǒng)熱惰性大,當(dāng)加溫系統(tǒng)發(fā)生緊急故障臨時(shí)停止供暖時(shí),2h內(nèi)不會(huì)對(duì)作物造成大的影響;其缺點(diǎn)是系統(tǒng)復(fù)雜,設(shè)備多,造價(jià)高,一次性投資較大。在北方高寒地區(qū)冬季加溫時(shí)間長(zhǎng),采用燃煤熱水鍋爐比較保險(xiǎn),雖然一次性投資比較大,但是可以節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用,長(zhǎng)期計(jì)算還是適用的。3室保溫的必要性目前,我國(guó)設(shè)施栽培雖然有了長(zhǎng)足的進(jìn)步,但設(shè)施水平還很低,抗御自然災(zāi)害的能力較差?，F(xiàn)階段,只有光管裝配式塑料大棚和玻璃溫室有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和工廠化生產(chǎn)的系列產(chǎn)品,但僅占設(shè)施栽培面積的1