寡连栋塑料大棚内保温效果研究.pdf

设施农业2023-0534设施装备工程Agricultural Equipment对照大棚顶部和四周仅 1 层棚膜，内保温大棚顶部增设两层保温被，间距 0.3 m，侧面增设 1 层棚膜和 1 层保温被，均通过电动卷帘机收放。保温被面层为白色牛津布，内芯为太空棉，厚度为 6.5 mm，每平方米质量为 200 g。1.2 观测方法2023 年 1 月 10 日2 月 28 日进行观测。21 个气温测点，其中棚外 1 个，每座大棚 10 个，距地高度分别为 0.2 m 和1.5 m（图 2）。采用 HOBO U23-001 型温度记录仪对棚内外气温进行观测，每 30 min 自动采集 1 次数据。3 个地温记录仪，棚外 1 个，每大棚 1 个，采用 L93-4 温度记录仪（杭州路格科技有限公司），每个记录仪配 4 个传感器，入土深度 20 cm 处，每 30 min 自动采集 1 次数据。寡连栋塑料大棚内保温效果研究*摘要:针对寡连栋塑料大棚低温季节夜间气温较低的问题，该研究通过在棚内顶部和四周同时增设多重保温覆盖方法，比较了内保温大棚的应用效果。结果表明：与未设内保温大棚相比，1 2 月，内保温大棚夜平均气温和夜最低气温晴天分别高 10.6和 11.9，阴天分别高 7.6和 8.6；极端低温天气（最低气温小于-15），内保温大棚夜最低气温和夜平均气温较对照高 12.3和 12.8；20cm 处昼平均地温、夜平均地温晴天分别提高 2.3和 2.9，阴天分别提高 2.0和 2.3。研究结果为寡连栋塑料大棚低温季节夜间保温性能改善提供了参考。关键词:连栋大棚；内保温；气温；地温连栋大棚由于土地利用率高，便于机械化生产得到广泛应用1-3。但是，低温季节棚内气温低，无法保障作物生长，因此，研究大棚保温措施对中国连栋大棚发展具有重要意义4。围护结构传热是设施热损失的主要途径5-6，改善围护结构可以从根本上减小热损失7-11。故本试验通过增设内覆盖，研究了连栋大棚的保温效果，为保温性能改善提供参考。1 材料与方法1.1 试验大棚试验在济南市莱芜区安信农业科技有限公司进行，两大棚均南北走向，三连跨，单跨 10 m，长度 40 m，肩高 3.0 m，脊高 5.4 m。热镀锌钢管构架，覆盖 0.1 mm 厚度 PO 膜。大棚两侧和天沟设置通风口（图 1）。申风光1，王传清1，刘 凯1，段绪胜2，王少杰2，魏 珉1,3*，曹 欣4（1.山东农业大学园艺科学与工程学院,山东 泰安 271018;2.山东农业大学水利土木工程学院,山东 泰安 271018;3.农业农村部黄淮海设施农业工程科学观测实验站,山东 泰安 271018;4.济南莱芜安信农业科技有限公司，山东 莱芜 271100）DOI:10.16815/ki.11-5436/s.2023.15.007图 1 试验大棚截面图图 2 大棚气温测点布置平面图注：。为气温测点设施农业2023-0535农业工程技术（设施农业）1.3 数据统计分析方法室外气象数据来源于中国气象数据网，天气类型划分：晴天为总云量 2 成，阴天为总云量 8 成12。采用 Microsoft Excel 2021 对数据进行处理。气温空间分布采用变异系数（CV）衡量13：CV=（SD/Ti）100%，其中SD 为标准偏差，Ti 为平均值。2 结果与分析2.1 典型晴阴天不同大棚气温比较2.1.1 低温季节气温状况表 1 为典型晴阴天棚内外气温状况。晴天，处理大棚昼平均气温和昼均最高气温较对照分别高 0.9和 1.5，阴天分别高 0.7和 0.9。夜间，处理大棚覆盖内保温被后，夜平均和夜均最低气温明显高于对照大棚，晴天分别高 10.6和11.9，阴天分别高 7.6和 8.6；晴天较棚外分别高 11.4和 14.2，阴天较棚外分别高 8.6和 9.7。表明内保温系统的使用有效削弱了热量在夜间的散失，且晴天保温效果优于阴天。表 1 低温季节典型晴阴天大棚气温比较/a.气温变化 b.温变速率晴天阴天昼平均气温昼均最高气温夜平均气温夜均最低气温昼平均气温昼均最高气温夜平均气温夜均最低气温对照18.426.3-4.7-9.211.418.41.4-9.6处理19.327.85.92.712.119.39.0-1.0棚外5.912.1-5.5-11.52.88.50.4-10.72.1.2 气温日变化图 3 为连续两天晴天棚内外气温变化。由图 3a 可知，昼间，棚外平均气温为 1.1，处理较对照平均气温高 2.1，较棚外高15.0。夜间，棚外平均气温为-11.5，最低气温为-14.3，处理较对照平均气温和最低气温分别高 12.0和 11.5，较棚外分别高 14.3和 14.4。由图 3b 可知，08:0014:00 为升温阶段，对照、处理大棚温变速率平均值分别为 5.2、3.9 /h。14:00 时后为降温阶段，保温被覆盖前，温变速率平均值分别为 4.7、3.6 /h。覆盖后，温变速率平均值为2.6、1.6/h，最大值分别为8.4、3.7 /h，处理较对照降温速率小 4.7/h。说明晴天夜间覆盖内保温被使降温速率明显减小，进而处理较对照大棚气温高。注：观测日期 2023 年 1 月 10 日2 月 28 日。由图 4a 可知，阴天昼间，棚外平均气温为 9.4，处理较对照平均气温高 2.5，较棚外高 11.3。夜间，棚外平均气温为-0.1，最低气温为-2.7，处理较对照平均气温和最低气温分别高 8.1 和 8.4，较棚外高 9.5 和 10.0。由图 4b 可知，08:00-13:30 为升温阶段，对照、处理大棚的温变速率平均值分别为 4.3、3.2 /h。13:30 时后为降温阶段，保温被覆盖前，温变速率平均值分别为 5.2、4.4 /h。覆盖后，温变速率平均值为 2.0、1.2 /h。最大值分别为5.0、1.9/h，处理较对照降温速率小 3.1/h。2.2 极端低温天气下不同大棚气温比较1 月 24 日至 1 月 25 日昼间（图 5），外界最低气温和平均气温分别为-17.2 和-14.5，对照大棚的最低气温和平均气温分别为-13.3 和-10.9，内保温大棚分别为-1.0、图 3 低温季节典型晴天气温日变化时刻时刻设施农业2023-0536设施装备工程Agricultural Equipment表 2 低温季节典型晴天棚内夜间气温的空间分布表 3 低温季节典型阴天棚内夜间气温的空间分布图 4 低温季节典型阴天气温日变化图 5 极端低温天气棚内外气温变化离地面高度/m对照大棚/处理大棚/东部西部中部南部北部东部西部中部南部北部0.27.77.57.97.37.713.513.313.813.213.61.57.37.27.46.97.213.113.013.412.913.2离地面高度/m对照大棚/处理大棚/东部西部中部南部北部东部西部中部南部北部0.23.83.94.13.73.711.811.812.011.512.01.53.53.43.63.33.411.311.411.511.211.5注：气温为夜间 18:00次日 07:30 观测值的平均值。注：气温为夜间 18:00次日 07:30 观测值的平均值。表现为中部温度高、四周温度低的趋势;垂直方向，温度随高度增加而降低。距地面 1.5 m 处的水平方向上，对照大棚和处理大棚晴天夜间气温变异系数分别为 2.3%、1.3%，阴天分别为 3.9%、1.6%;以距地面 0.2、1.5 m 处的气温进行计算，垂直方向上，对照和处理大棚变异系数晴天夜间分别为2.8%、1.4%，阴天夜间分别为5.5%、1.9%。可知，典型晴阴天，处理水平和垂直气温空间分布更均匀。2.4 典型晴阴天不同大棚地温比较2.4.1 低温季节地温状况表 4 为典型晴阴天棚内外 20cm 处的地温状况。晴天，处理大棚昼平均地温和夜平均地温较对照分别高 2.3和 2.9，较棚外分别高 9.9和 9.2，阴天较对照分别高 2.0和 2.3，较棚外分别高9.2和7.9。晴天最高最低地温较对照分别高2.6和 3.3，较棚外分别高 9.6和 9.3，阴天较对照分别高 2.3和2.9，较棚外分别高9.3和7.7。两试验大棚地温波幅较小，且处理大棚地温在无内保温覆盖的昼间仍高于对照大棚。2.4.2 地温日变化图 6a 为连续晴天时棚内外土壤温度变化。变化趋势较平缓。昼间，11:00 左右地温开始升高，18:00 左右达到最大值，这是因为土壤的比热容较大，加之热量从土壤表层向深层传递需要一定的时间。此时对照和处理大棚地温分别为 11.6和 14.5，后者较前者地温高 2.9，较棚外高 11.0。夜间，棚外平均地温为 3.2，对照、处理大棚平均地温分别为 11.2、14.0，后者较前者平均地温高 2.8，较棚外高 10.8。阴天地温变化趋势与晴天相同（图 6b）。昼间，对照和处理大棚地温最高分别为 7.7和 10.3，后者较前者地温高1.9，内保温大棚的最低温和平均温度较对照分别高 12.3 和 12.8，较棚外高分别为 16.2 和 16.4。可见，外界气温越低，大棚内保温装置的效果越明显。2.3 不同大棚内部气温的空间分布特征由表 2、表 3 可知，水平方向，夜间由于四周热量的散失，a.气温变化 b.温变速率时刻时刻时刻设施农业2023-0537农业工程技术（设施农业）表 4 低温季节典型晴阴天大棚地温比较图 6 低温季节典型晴阴天地温日变化试验晴天/阴天/昼平均地温夜平均地温最高地温最低地温昼平均地温夜平均气温最高地温最低地温对照11.08.913.15.88.37.111.54.3处理13.311.815.79.110.39.413.87.2棚外3.42.66.1-0.21.11.54.5-0.5注：观测日期 2023 年 1 月 10 日-2 月 28 日。2.6，较棚外高 9.4。夜间，棚外平均地温为 0.9，对照、处理大棚平均地温分别为 7.6、10.0，后者较前者平均地温高 2.4，较棚外高 9.1。3 结论本研究对低温季节内保温大棚气温和地温进行监测，并与单层棚膜覆盖的连栋大棚进行比较，结论如下：12 月，内保温覆盖连栋大棚较单层棚膜覆盖连栋大棚晴天夜平均气温和夜均最低气温分别高 10.6和 11.9，阴天分别高 7.6和 8.6；极端低温天气，夜平均气温和夜最低温气温较单层棚膜覆盖大棚分别高 12.3和 12.8，且气温空间分布更均匀，内保温大棚低温季节保温效果显著，但仍需采用辅助加温手段才能满足果菜类蔬菜的生产。12 月，内保温覆盖连栋大棚较单层棚膜覆盖的连栋大棚晴天昼平均地温和夜平均地温分别高 2.3和 2.9，阴天分别高 2.0和 2.3。内保温覆盖大棚低温季节根区温度较高，能为作物生长提供更好的土壤条件。参考文献1 徐航，李雄彦，徐开亮.大型连栋温室的研究现状 J.建筑结构，2021，51(S2):393-398.2 王明媚，张跃峰，李胜男，等.国内大型连栋温室蔬菜工厂化发展现状 J.中国蔬菜，2023，411(5):13-19.3 么秋月.中国大型连栋玻璃温室建造要点与生产管理现状 J.农业工程技术，2017，37(34):10-19.4 陈帆，孙维拓，禹文雅等.外保温连栋温室光热环境及保温性能分析 J.农业工程学报，2023，39(6):194-203.5 赵淑梅，王平智，程杰宇，等.温室常用内保温覆盖材料及保温性能评价 J.农业工程技术，2018，38(31):21-25.6 蔡龙俊，杨琳.连栋温室内保温幕节能效果的研究分析 J.农业工程学报，2002(6):98-102.7 朱隆静，王克磊，陈先知，等.浙南单体塑料大棚内冬季温光性能特征研究 J.农学学报，2020，10(6):81-85.8 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