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        設施環(huán)境熱調(diào)控技術(shù)及設施應用1)

        2012-06-02 05:57:00呂桂菊
        中國林副特產(chǎn) 2012年1期

        呂桂菊

        (黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院園藝分院,哈爾濱 150069)

        溫室是作物生長的載體,是提供熱能源的主要供體,直接影響產(chǎn)量及經(jīng)濟效益。太陽輻射是溫室熱能力的的主要來源,當Qin>Qout(收﹥支),室內(nèi)蓄熱升溫;當Qin=Qout,熱量收支平衡恒溫;當Qin<Qout,室內(nèi)失熱降溫。通過增補和消減供給溫室內(nèi)熱量的措施,達到升溫和降溫的目的,最大化滿足作物生長需求。

        1 園藝設施內(nèi)的溫度特點

        透明覆蓋物對太陽的輻射透過率可達80%~90%,地面和作物的長波輻射透過率僅為6%左右,使太陽能轉(zhuǎn)化為熱能,蓄積在溫室內(nèi),使溫度升高,產(chǎn)生溫室效應;氣溫季節(jié)性變化明顯,有四季區(qū)分,保溫性能好的日光溫室?guī)缀醪淮嬖诙?;氣溫日較差大于外界,平均溫度高于外界;氣溫分布嚴重不均,上高下低,中部高四周低,單屋面溫室夜間北高南低;土溫較氣溫穩(wěn)定,中部高于四周,30cm以下土溫變化很小。

        產(chǎn)生原因:太陽光線入射量不均;園藝設施內(nèi)氣流運動的影響;加溫技術(shù)影響溫度分布,面熱源優(yōu)于線熱源和點熱源、單屋面溫室加溫,熱源設在南側(cè)墻,溫度分布均勻;通風技術(shù)影響溫度分布,通風口附近溫度較低,通風時應“先開天后開地”。

        2 園藝設施熱量損失的途徑

        主要途徑貫流放熱、縫隙放熱、地中傳熱。貫流放熱,透過覆蓋材料和結(jié)構(gòu)材料放出的熱量占總散熱量的60%~70%,高時可達90%左右;縫隙放熱,園藝設施內(nèi)外空氣交換而導致的熱量損失是貫流放熱的1/10,包括潛熱(經(jīng)通風換氣排出水汽而散失的水的汽化熱)和顯熱兩部分;地中傳熱熱量在土壤中的垂直傳導和水平傳導。白天日光溫室地面吸收的的太陽輻射超過地面的有效輻射,地面和空氣升溫,熱量以輻射和對流的形式帶到覆蓋物的內(nèi)表面。夜間室內(nèi)地面和圍護結(jié)構(gòu)(后墻和后屋面)進行有效輻射,白天存儲的熱量補充到溫室內(nèi),緩和空氣和地面降溫的速度,由于室內(nèi)外溫差,貫流放熱加大,由于夜間通風口關閉和外覆蓋等防寒物,減少了貫流放熱和縫隙放熱,冬季室內(nèi)氣溫一般一夜只降低5~7℃。改善溫室的維護結(jié)構(gòu)是減少室內(nèi)貫流放熱和縫隙放熱的有效途徑,是減緩室內(nèi)降溫,保持作物正常生長的所需適宜溫度的有力保障。溫室墻體傳導散熱量占總耗熱量的20%~25%,前屋面散熱占總耗熱量的70%~80%。傳統(tǒng)溫室造價成本比例來看,后墻、后屋面造價占總造價的70%~74%,前屋面及外保溫材料之戰(zhàn)總造價的20%~23%,造成保溫效果不好的弊端。

        3 設施熱環(huán)境調(diào)控技術(shù)及設施應用

        熱環(huán)境調(diào)控以其調(diào)控目的不同,分為保溫、增溫、降溫、變溫四種不同的調(diào)控措施。

        3.1 保溫技術(shù)及設施應用

        3.1.1 保溫墻體的合理設計

        溫室墻體兼有隔熱和儲放熱兩個功能,傳導散熱占到總散熱的20% ~25%,改進或創(chuàng)新墻體結(jié)構(gòu),增加蓄熱量或蓄熱面積,減少熱損失,是近幾年溫室保溫研究的重點。目前大多數(shù)菜農(nóng)采用低價的土墻溫室(單一材料),要保證土墻厚度在1~1.5m,才可以達到較好的保溫效果;異質(zhì)多功能復合墻體的應用:①內(nèi)墻采用24cm紅磚,外墻采用24或37cm紅磚墻體或加氣磚、中間填充5~10cm厚聚苯乙烯泡沫板(具體依據(jù)各地區(qū)氣候條件而定)。內(nèi)墻起到白天蓄熱,夜間放熱,中間層熱阻高,時候強總的熱阻提高3.0m2·℃/W以上,保溫隔熱和蓄熱功效提高15%左右。②蜂窩墻體,內(nèi)層砌筑為“跑不變,中間隔一塊縮回2寸”,形成“蜂窩”形狀,保溫墻體結(jié)構(gòu)為磚砌體0.5~0.7cm,外貼10cm苯板,然后抹水泥沙漿2cm。表面積增加30%,蓄熱在不加溫的情況下內(nèi)外溫差達30℃、釋放熱延長2h、能源損耗降低5%、原材料節(jié)省2.5%。③輕材質(zhì)保溫墻體,墻體寬0.5~0.8m,墻體兩側(cè)為鎂剛夾芯保溫板做擋板,內(nèi)襯塑料薄膜,中間填充稻殼或稻草、珍珠巖,內(nèi)外墻體護板粘貼25mm擠塑板相當于870mm磚墻保溫),保溫效果可達到一夜下降2℃(室外-30℃情況下),在長春已進行大規(guī)模冬季不加溫生產(chǎn)。④異質(zhì)復合相變材料(就像利用水和冰相互放熱、吸熱原理)墻體,采用石灰粉10%~30%,水泥30%~55%,珍珠巖2%~5%,水8%~12%及防凍劑組成,制備復合相變材料初凝24h封裝制作砌塊成品。相變墻溫室內(nèi)的溫度波動幅度比普通溫室小3.5℃,白天溫度平均可降低1.7℃,夜間平均提高0.62℃,最大可提高3.3℃。

        3.1.2 保溫覆蓋材料的應用

        主要用于增加透光面夜間的熱阻,傳統(tǒng)的外保溫覆蓋材料有草簾,但層保溫能力5~6℃,雙層14~15℃;草簾上加一層由四層牛皮紙復合的紙被,保溫能力8℃左右;棉被為7~10℃。目前應用主要由微孔泡沫塑料、毛氈、蜂窩塑料及防水材料構(gòu)成,重量僅為傳統(tǒng)草簾的10%~30%,保溫能力14~15℃,便于機械操作。

        多層覆蓋,選用PE或EVA農(nóng)膜,顯著提高保溫性,早春“三棚四膜”比單層棚膜最低溫度提高10~12℃,定植期提前30天,蔬菜上市期提前30~40天,經(jīng)濟效益提高1~1.5倍。

        3.1.3 前沿(或東南西三面)隔熱板的設置(防寒溝)

        主要減少縫隙傳熱,新型日光節(jié)能溫室通常采用5~8cm厚的聚苯板隔熱,埋的深度,根據(jù)當?shù)貎鐾翆?,哈爾濱地區(qū)100cm。

        3.1.4 地中熱交換系統(tǒng)的設置

        冬季因溫度過高而通風降溫,使熱資源浪費,為蓄積白天富裕熱量來補充夜間降溫時室內(nèi)熱量不足,建議采用地中熱交換系統(tǒng),在40~60cm地下鋪設通風管道,與軸流風機相連,白天向土壤中貯熱,出風口溫度降低6.5~7.5℃;夜間釋熱,出風口溫度升高4.5~5.3℃。

        3.1.5 膜下滴灌技術(shù)減少潛熱損失

        土壤蒸發(fā)及作物蒸騰,消耗大量的氣化熱,惡化溫室熱環(huán)境,可提高地溫2~4℃,采用無滴地膜,提高地膜透光率。

        3.2 增溫技術(shù)及設施應用

        3.2.1 空氣加溫

        為輻射采暖,利用電加熱或燃氣加熱輻射的大量紅外線轉(zhuǎn)化為熱能,升溫快,尤其對北緯41°以北地區(qū)普遍采用。對于單屋面溫室,一般在北墻或中間安裝煙道,或熱水供暖系統(tǒng)(熱穩(wěn)定性較高,適應范圍較廣),熱風供暖系統(tǒng)(熱穩(wěn)定性較低,適用于短時間補充熱量);對于現(xiàn)代化連棟溫室則采用加溫集成技術(shù),節(jié)能效果顯著。如雙層充氣膜覆蓋、活動式內(nèi)保溫幕、地中交熱、被山墻蓄熱、雙層充氣卷簾機等技術(shù)的集成。

        3.2.2 土壤加溫

        多采用土壤下埋入電熱線和埋設釀熱物。前者又稱電熱溫床,使電能轉(zhuǎn)化成熱能,實現(xiàn)土壤溫度的自動調(diào)節(jié),保溫效果好,設備簡單,用途廣泛。后者溫室土壤下面埋一層釀熱物,既能提高地溫(10cm深土層溫度提高1.5~2.0℃),又能補充二氧化碳氣體,從而提高作物產(chǎn)量。目前較先進的土壤加溫技術(shù)為地熱膜加溫技術(shù),加溫效果顯著,但成本高。

        3.3 變溫管理技術(shù)及應用

        在設施栽培中,目前主要推廣的是棚室四段變溫管理,主要是通過通風的方式實現(xiàn)。上午高溫管理,10時前一般不放風,10時后,根據(jù)棚室內(nèi)溫度狀況,決定放風量的大小,如果棚室內(nèi)溫度低于28℃,應少放風,達到28℃以上時,開始大放風,并能使午后溫度逐漸降低。日落后根據(jù)天氣狀況和棚室內(nèi)溫度,從5月中旬到6月上旬,日落后放風1~3h,然后關上通風口,就可使前半夜溫度逐漸降低,進入6月中旬后,應晝夜放風,并逐漸加大放風口。如黃瓜變溫管理,比一般溫度管理增產(chǎn)20%,節(jié)省燃料11%~19.5%,,茄子增產(chǎn)10%~15%,節(jié)省燃料10%~15%;番茄增產(chǎn)7%~10%,節(jié)省燃料10%~15%。如表1為主要設施果菜四段變溫管理指標。

        表1 設施果菜四段變溫管理

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