亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        西北非耕地日光溫室環(huán)境溫度保障技術(shù)研究現(xiàn)狀*

        2022-02-02 03:26:32駱乾亮程杰宇王平智趙淑梅中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院農(nóng)業(yè)農(nóng)村部設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點實驗室北京100083
        農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 2022年28期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計

        駱乾亮,程杰宇,王平智,趙淑梅(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點實驗室,北京 100083)

        中國人口眾多,可利用的土地資源較少,85% 以上的土地資源為非耕地資源,且主要集中在中國的西北地區(qū)[1]。2022 年中央一號文件指出,應(yīng)加快發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè),在保護生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)上,探索利用可開發(fā)的空閑地、廢棄地發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)[2]。中國西北地區(qū)有著豐富的沙漠、戈壁和荒地等非耕地資源和自然光熱資源,適合設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展[3],因此,開發(fā)利用非耕地資源發(fā)展非耕地溫室,對于保障國家糧食安全、緩解用地矛盾等問題具有重大的戰(zhàn)略意義。

        非耕地日光溫室目前是非耕地高效農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要形式。在中國的西北部地區(qū),晝夜溫差大、冬季夜間氣溫較低,往往會導(dǎo)致室內(nèi)最低氣溫低于作物正常生長發(fā)育所需溫度的現(xiàn)象。而溫度是作物生長發(fā)育不可缺少的重要環(huán)境因子之一,過低的溫度會使作物生理生化反應(yīng)變慢,生長發(fā)育遲緩,當(dāng)溫度低于作物所能承受生長的極限時,甚至?xí)?dǎo)致凍害[4],因此,保障作物正常生長發(fā)育所需的溫度顯得尤為重要。要維持日光溫室的適宜溫度,不是單一的措施就能解決的,需要從溫室設(shè)計、建造、選材、調(diào)控及日常管理等多個方面加以保障。因此,本文將從溫室設(shè)計與建造、保溫增溫措施以及環(huán)境管理等方面總結(jié)近些年來中國非耕地溫室在溫度調(diào)控方面的研究現(xiàn)狀及進展,以期為非耕地溫室合理的設(shè)計和管理提供系統(tǒng)的參考。

        溫室構(gòu)造與材料

        日光溫室的熱環(huán)境主要取決于溫室對太陽輻射的透射、攔截和存儲能力,這與溫室的朝向、透光面的形狀與材料、墻體和后屋面的構(gòu)造及材料、基礎(chǔ)保溫、溫室尺寸以及前屋面的夜間保溫方式與材料等方面的合理設(shè)計相關(guān),同時也涉及到溫室的施工與建造過程能否確保設(shè)計要求的有效實現(xiàn)。

        前屋面透光能力

        溫室內(nèi)的主要能量來源于太陽,增加前屋面的透光能力,有利于溫室獲得更多的熱量,也是確保溫室冬季溫度環(huán)境的重要基礎(chǔ)。目前增加溫室前屋面透光能力和接受光照時間的方法主要有以下3 種。

        設(shè)計合理的溫室朝向及方位角

        溫室朝向影響溫室的采光性能,對溫室的蓄熱能力影響很大,因此為了使溫室獲得更多的蓄熱量,中國西北地區(qū)的非耕地溫室的朝向都采用坐北朝南。對于溫室的具體方位角,當(dāng)選擇南偏東時,利于“搶陽”,室內(nèi)上午升溫快;當(dāng)選擇南偏西時,則有利于溫室利用下午的光照。正南方向為上述兩種情況的折中[5]。根據(jù)地球物理學(xué)的知識,地球在一天內(nèi)自轉(zhuǎn)一周為360°,太陽的方位角則約每4 min 移動1°,因此,溫室的方位角每相差1°,太陽直射出現(xiàn)時間就會相差約4 min,即溫室方位角影響著溫室早晚見光的時間。

        當(dāng)上午和下午的光照時間相等時,偏東或偏西相同角度時,溫室會獲得相同的光照時間。但是,對于北緯37°以北地區(qū),早上的氣溫較低,揭被的時間較晚,而下午傍晚時刻氣溫相對較高,可以適當(dāng)延遲關(guān)閉保溫被的時間,因此這些地區(qū)宜選擇南偏西,充分利用下午的光照。對于北緯30°~35°地區(qū),因為早上光照條件較好,保溫被揭被時間也可以提早,因此這些地區(qū)宜選擇南偏東方向,為溫室爭取更多上午的太陽輻射。而在北緯35°~37°地區(qū),上下午太陽輻射差別不大,則宜選擇正南方向。不管是南偏東還是南偏西,偏的角度一般為5°~8°,最大不得超過10°。中國西北地區(qū)處于北緯37°~50°范圍,所以溫室方位角一般采用南偏西[5-10]。鑒于此,張京社等[11]在太原地區(qū)設(shè)計的日光溫室,選擇了南偏西5°的方位,常梅梅等[12]在河西走廊戈壁地區(qū)建造的“口”字形磚墻體日光溫室,采用了南偏西5°~10°的方位,馬志貴等[8]在新疆北疆地區(qū)建造的戈壁灘日光溫室采用了南偏西8°的方位。

        設(shè)計合理的前屋面形狀和傾角

        前屋面的形狀和傾角決定著太陽光線入射角的大小,入射角越小,透射率越大。孫炬仁[5,13]認為前屋面的形狀主要由主采光面和后坡長短的比例決定,長前坡、短后坡利于前屋面的采光和保溫。陳維鉛等[14]認為在戈壁地區(qū)使用的日光溫室主采光屋面采用半徑為4.5 m 的圓弧,能有效的抵御寒冷。張京社等[11]則認為在高寒和高緯度地區(qū)的溫室前屋面采用半圓拱形更為適宜。對于前屋面的傾角,根據(jù)塑料薄膜透光的特點,當(dāng)入射角為0~40°時,前屋面對太陽光線的反射率較小,超過40°時,反射率顯著增加,因此以40°作為最大入射角來計算前屋面的傾角,這樣即使是在冬至日,也能保證太陽輻射最大限度的進入到溫室內(nèi)[5]。因此,何斌等[15]在設(shè)計適用于內(nèi)蒙古烏海非耕地地區(qū)的日光溫室時,以入射角為40°來計算前屋面的傾角,認為只要大于30°,便可滿足溫室采光和保溫的要求;而張彩虹等[13]認為在新疆非耕地地區(qū)建造溫室時,南疆地區(qū)溫室的前屋面傾角為31°較合適,北疆地區(qū)則為32°~33.5°為宜。

        選用合適的透光覆蓋材料

        除了室外太陽輻射條件的影響,溫室薄膜的材質(zhì)和透光特性,也是影響溫室光熱環(huán)境的重要因素。目前所采用的PE、PVC、EVA 以及PO 等塑料薄膜,因材質(zhì)和薄膜厚度不同,其透光率也不同,總體而言,對于使用1~3 年的薄膜,其透光率總體上可以保證在88% 以上,具體應(yīng)根據(jù)作物對光照和溫度的需求進行選擇[16]。另外,除了溫室的透光量之外,溫室的光照環(huán)境分布性也是人們越來越關(guān)注的因素,因此,近年來散射光增強型的透光覆蓋材料得到了產(chǎn)業(yè)高度認可,特別是在西北強太陽輻射地區(qū),使用散射光增強型薄膜,減少了作物冠層上下的遮陰影響,增加了作物冠層中下部的光量,提升了作物整體的光合特性,表現(xiàn)出了較好的促進增長和增產(chǎn)效果[17-19]。

        合理設(shè)計溫室尺寸

        溫室長度過長或過短都影響室內(nèi)溫度的調(diào)控,當(dāng)溫室的長度過短時,日出和日落前,東西山墻遮蔭的面積較大,不利于溫室的增溫,并且由于容積較小,會影響室內(nèi)土壤和墻體對熱量的吸收和釋放。當(dāng)長度過大時,室內(nèi)溫度調(diào)控比較困難,并且會影響溫室結(jié)構(gòu)的牢固性和保溫被卷放機構(gòu)的配置[14-15]。溫室的高度和跨度則直接影響前屋面的采光性、溫室空間的大小和保溫比。當(dāng)溫室的跨度和長度一定時,增加溫室的高度,從光環(huán)境的角度而言,可以增加前屋面的采光角,利于透光;從熱環(huán)境的角度而言,墻體增高,后墻蓄熱面積增加,利于后墻蓄熱和放熱,且空間大,熱容率也大,溫室的熱環(huán)境穩(wěn)定性更好。當(dāng)然,增加溫室高度,會增加溫室造價,需要綜合考慮。所以在設(shè)計溫室時,要因地制宜地選擇合理的長度、跨度和高度[6,13,20-22]。比如張彩虹等[13]認為在新疆北疆地區(qū),日照時間較長,溫室宜選擇為長度50~80 m,跨度7 m,溫室高度3.9 m,而在南疆地區(qū),溫室尺寸宜選擇為長度50~80 m,跨度8 m,溫室高度3.6~4.0 m;同樣是在新疆,鄒平等[20]在吐魯番沙漠地區(qū)建造的日光溫室時,也認為溫室的跨度不宜小于7 m,且當(dāng)跨度為8 m 時,保溫效果最好。另外,陳維鉛等[14]認為在甘肅酒泉戈壁地區(qū)建造日光溫室時,溫室的長度、跨度和高度宜分別選擇為80 m、8~10 m、3.8~4.2 m。

        提高墻體蓄熱和保溫能力

        在白天期間,墻體通過吸收照射到墻面的太陽輻射和部分室內(nèi)空氣的熱量而蓄熱升溫,在夜間,當(dāng)室內(nèi)氣溫低于墻體溫度時,墻體就會被動地釋放熱量對溫室加溫。墻體作為溫室的主要蓄熱體,提升其蓄熱能力,可以顯著地改善室內(nèi)的夜間溫度環(huán)境。同時,墻體的保溫作用,是溫室熱環(huán)境穩(wěn)定的基礎(chǔ)。目前提升墻體蓄熱和保溫能力的方法主要有以下幾種。

        設(shè)計合理的墻體構(gòu)造

        墻體的作用主要包括蓄熱和保溫,同時大部分溫室的墻體還兼做支撐屋架的承重構(gòu)件。從獲得良好的熱環(huán)境的角度,合理的墻體構(gòu)造應(yīng)該是內(nèi)側(cè)具有足夠的蓄熱能力,外側(cè)具有足夠的保溫能力,同時減少不必要的冷橋。在墻體蓄熱和保溫的研究方面,鮑恩財?shù)萚23]在內(nèi)蒙古烏海沙漠地區(qū)設(shè)計的固化沙被動蓄熱墻體,外側(cè)采用多孔磚作為保溫層,內(nèi)部用固化沙作為蓄熱層,試驗表明,晴天條件下室內(nèi)氣溫可達13.7℃;馬月虹等[24]在新疆北疆地區(qū)設(shè)計的一種麥殼砂漿砌塊復(fù)合墻體,將生石灰填充在砂漿砌塊內(nèi)作為蓄熱層,用爐渣包作為保溫層堆疊在室外;趙鵬等[25-26]在甘肅戈壁地區(qū)設(shè)計的空心砌塊墻體,外側(cè)采用100 mm 厚的苯板作為保溫層,內(nèi)側(cè)采用砂石和空心砌塊磚作為蓄熱層,試驗表明,冬季夜間平均氣溫為10℃以上,柴再生等[4]也在甘肅戈壁地區(qū)將砂石作為墻體的保溫層和蓄熱層。在減少冷橋方面,閆俊月等[27]設(shè)計了一種輕簡化裝配式后墻,通過在后墻外側(cè)貼聚苯板,不僅提高了墻體的熱阻,還提高了墻體的封閉性;吳樂天等[28]在溫室墻體的基礎(chǔ)上方設(shè)置鋼筋混凝土圈梁,圈梁正上方使用梯形磚跺,用于后屋面的支撐,解決了新疆和田地區(qū)溫室容易出現(xiàn)裂縫和地基下沉,從而影響溫室保溫性的問題。

        選用適宜的蓄熱保溫材料

        墻體的蓄熱和保溫效果如何,首先在于材料的選擇。在西北沙漠、戈壁和砂石地等地區(qū),研究人員根據(jù)現(xiàn)場條件,就地取材,大膽嘗試,設(shè)計了很多不同種類的日光溫室后墻。比如張國森等[29]在甘肅砂石地建造溫室時,采用砂石作為墻體的蓄熱保溫層;趙鵬等[26]針對西北戈壁和荒漠的特點,用砂石和空心砌塊為材料,設(shè)計了一種空心砌塊墻體,試驗表明,室內(nèi)夜間平均氣溫為10℃以上。針對西北戈壁地區(qū)磚和黏土等建筑材料稀缺的問題,周長吉等[30]在新疆克孜勒蘇柯爾克孜州戈壁地區(qū)的日光溫室調(diào)研時,發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)亟ㄔ斓臏厥?,通常利用卵石作為墻體材料;鑒于卵石的熱工性能和力學(xué)強度,利用卵石所建造的溫室,無論是在保溫、蓄熱和承重方面,都具有較好的性能。同樣,張勇等[31]也用卵石作為墻體的主體材料,在陜西等地設(shè)計了一種自主蓄熱卵石后墻,測試顯示蓄熱效果良好。Zhang 等[32]根據(jù)西北戈壁地區(qū)的特點,設(shè)計了一種砂石墻體,該墻體可將室內(nèi)氣溫提升2.5 ℃。另外,馬月虹等[33]在新疆和田地區(qū)對砌塊填充沙土墻體、砌塊墻體和磚墻體的蓄熱能力進行了測試,結(jié)果表明,砌塊填充沙土墻體的蓄熱能力最大。此外,為提升墻體的蓄熱性能,研究人員積極開發(fā)新的蓄熱材料和技術(shù),比如鮑恩財?shù)萚3]提出了一種相變固化劑材料,可用于提升西北非耕地地區(qū)日光溫室后墻的蓄熱能力。作為就地取材的探索,草垛、爐渣、苯板和稻草等也被用于墻體材料[9,11,31,33-40],但這些材料通常只起保溫作用,并無蓄熱能力。總體而言,卵石以及砌塊填充砂石的墻體,蓄熱及保溫能力良好。

        適當(dāng)增加墻體厚度

        熱阻通常是衡量墻體保溫性能的重要指標(biāo),而影響熱阻的因素,除了材料的導(dǎo)熱性能之外,就是材料層的厚度,因此,在選擇適當(dāng)保溫材料的基礎(chǔ)上,再適當(dāng)增加墻體厚度,可以增大墻體整體的熱阻,減少通過墻體的熱量損失,從而增加墻體及整個溫室的保溫和蓄熱能力[41-42]。比如在甘肅等地區(qū),張掖市沙袋墻的平均厚度為2.6 m,酒泉市漿砌石墻體厚度則達到了3.7 m,墻體越厚,其保溫能力和蓄熱能力通常越大[43]。但是過厚的墻體會增加占地和溫室建造成本,所以從提升保溫能力的角度,也應(yīng)優(yōu)先考慮選擇導(dǎo)熱系數(shù)較小的高保溫材料,比如聚苯、聚氨酯等材料,然后再適當(dāng)增加厚度。

        合理設(shè)計后屋面

        對于后屋面的設(shè)計,主要是考慮不能導(dǎo)致遮陽影響和提升保溫能力。為了減少后屋面遮陽影響,其傾角的設(shè)置依據(jù),主要是在進行作物種植生產(chǎn)時,后屋面在白天期間能接受到太陽光的直射,因此一般選擇后屋面的仰角最好大于當(dāng)?shù)囟撂柛叨冉?°~8°[6,41]。比如張彩虹等[13]認為在新疆戈壁和鹽堿地地區(qū)建造日光溫室時,后屋面的投影長度為1.6 m 較合適,因此南疆地區(qū)后屋面的傾角為40°,北疆地區(qū)為45°為宜;陳維鉛等[14]認為酒泉戈壁地區(qū)的日光溫室,其后屋面宜采用40°的傾角。對于后屋面的保溫,主要應(yīng)在保溫材料的選擇、必要的厚度設(shè)計以及建造時保溫材料的合理搭接等方面確保保溫能力。

        降低土壤熱損失

        在冬季夜間期間,由于室內(nèi)土壤的溫度高于室外土壤,所以室內(nèi)土壤的熱量會以熱傳導(dǎo)的方式傳遞到室外,引起溫室熱量的損失。降低土壤熱損失的方法有以下幾種。

        土壤保溫

        地面適當(dāng)下沉,避開凍土層,利用土壤進行保溫。比如柴再生等[44]在河西走廊地區(qū)研發(fā)的非耕地“1448 三材一體型”日光溫室采用了下挖1 m 的方式進行建造,有效避開了凍土層;王華民等[45]根據(jù)吐魯番地區(qū)凍土的深度為0.8 m,溫室建造時,建議下挖0.8 m,提升溫室的保溫能力;張國森等[46]在建造非耕地雙拱雙膜下挖型日光溫室的后墻時,下挖深度為1 m,試驗表明,與傳統(tǒng)二代日光溫室相比,夜間最低溫度提高2~3℃。

        基礎(chǔ)防寒

        主要做法是沿前屋面基礎(chǔ)部分挖一道防寒溝,內(nèi)填保溫材料,或者沿基礎(chǔ)墻部分在地下連續(xù)埋設(shè)保溫材料,目的都是降低溫室邊界部分通過土壤傳熱導(dǎo)致的熱損失。所采用的保溫材料主要是根據(jù)西北地區(qū)當(dāng)?shù)氐臈l件,可就地取材,比如干草、爐渣、巖棉[16]、聚苯板[25,47],玉米秸稈[48],馬糞、落葉、碎草[6],鋸末,雜草、秸稈[49]等。

        覆蓋地膜

        通過覆蓋地膜,在白天太陽光可透過地膜到達土壤,土壤吸收太陽的熱量而升溫,并且地膜能夠阻礙土壤反射的長波輻射,從而減少土壤的輻射損失,增加土壤的蓄熱量。在夜間,地膜能夠阻礙土壤與室內(nèi)空氣的對流換熱,從而減少土壤的熱損失。同時,地膜還能降低因土壤水分蒸發(fā)所引起的潛熱損失。魏文祥[50]在青海高原地區(qū)的日光溫室內(nèi)覆蓋地膜,試驗表明,可將地溫提升1℃左右。

        加強前屋面保溫性能

        溫室前屋面是主要的散熱面,散失熱量約占溫室總熱損失的75% 以上[51],所以加強溫室前屋面保溫能力,可以有效的降低通過前屋面的損失[29,52],改善溫室的冬季溫度環(huán)境。目前提升前屋面保溫能力的措施主要有以下3 種。

        采用多層透光覆蓋

        從構(gòu)造上,采用雙層薄膜或者三層薄膜作為溫室的透光面,可以有效提升溫室的保溫性能,比如張國森等[29]在酒泉市戈壁地區(qū)設(shè)計了雙拱雙膜下挖型日光溫室,該溫室的前屋面外側(cè)采用EVA 膜,內(nèi)側(cè)采用PVC 無滴防老化膜,試驗表明,與傳統(tǒng)的二代日光溫室相比,保溫效果突出,夜間最低溫度平均升高2~3℃;同樣張京社等[11]針對高緯度嚴寒地區(qū)的氣候特點,也設(shè)計了一種雙膜覆蓋的日光溫室,顯著的提高了溫室的保溫性,與對照溫室相比,夜間溫度提高了3℃。另外,吳樂天等[28]在新疆和田沙漠地區(qū)設(shè)計的日光溫室,前屋面則嘗試采用三層0.1 mm 厚的EVA 膜。多層薄膜可以有效減少前屋面的熱損失,但是因為單層薄膜的透光率基本在90% 左右,多層薄膜自然會導(dǎo)致透光性能的衰減,因此選用多層透光覆蓋時,還需要適當(dāng)兼顧光照條件和溫室的采光需求,進行綜合考慮。

        強化前屋面夜間保溫

        前屋面采用塑料薄膜增加白天透光率,夜晚就成了溫室整個溫室保溫最薄弱的地方,因此前屋面外表面覆蓋厚型復(fù)合材料保溫被是日光溫室必備的保溫措施。比如在青海高寒地區(qū),劉延杰等[53]使用草簾和牛皮紙作為保溫被進行了試驗,測試結(jié)果顯示溫室夜間室內(nèi)最低氣溫能達到7.7℃以上;進一步,魏文祥[50]認為在該地區(qū)采用雙層草簾或草簾外面加牛皮紙作保溫覆蓋,可使溫室的熱損失減少90%以上。另外,鄒平等[54]在新疆戈壁地區(qū)的日光溫室中采用了再生纖維針刺氈保溫被,常梅梅等[12]在河西走廊戈壁地區(qū)的日光溫室中采用保溫夾芯棉保溫被。目前,日光溫室用保溫被種類繁多,但基本都是采用以針刺氈、噴膠棉、珍珠棉等作為保溫芯材,兩側(cè)加防水或防老化面層的構(gòu)造。根據(jù)保溫被保溫機理,要提高其保溫性能,就應(yīng)該從提高其熱阻、降低其傳熱系數(shù)入手,而主要措施就是降低材料導(dǎo)熱系數(shù)、增加材料層厚度或增加材料層數(shù)等,因此,目前高保溫性能的保溫被,芯材往往采用多層復(fù)合材料構(gòu)成。根據(jù)測試,目前保溫性能較高的保溫被,傳熱系數(shù)可以達到0.5 W/(m2.℃),為寒冷地區(qū)的冬季溫室保溫提供了更好的保障。當(dāng)然,西北地區(qū)風(fēng)沙大、紫外輻射強,保溫被面層應(yīng)具有良好的抗老化性能[55]。

        增設(shè)內(nèi)保溫幕

        日光溫室的前屋面雖然在夜間覆蓋了外保溫被,但是就整個溫室其他構(gòu)造而言,前屋面仍然是整個溫室夜間保溫較為薄弱的地方,因此“西北非耕地溫室結(jié)構(gòu)與建造技術(shù)”項目組設(shè)計了一種簡易內(nèi)保溫鋪卷系統(tǒng)(圖1),其構(gòu)造包括前底腳處固定內(nèi)保溫幕部分和上部空間活動內(nèi)保溫幕組成。上部活動保溫幕白天打開收攏在溫室后墻處,不影響溫室采光;底部固定保溫被則是起到夜間密封作用。該內(nèi)保溫設(shè)計鋪卷整齊、操作方便,在夏季還可起到遮陽降溫的作用[52]。

        圖1 內(nèi)保溫鋪卷系統(tǒng)剖面圖[52]

        主動增溫技術(shù)

        由于西北地區(qū)冬季的氣溫較低,若僅靠溫室的保溫和蓄熱,在一些寒潮天氣,仍無法保證作物越冬生產(chǎn)的要求,因此一些主動增溫措施也被關(guān)注。

        太陽能蓄放熱系統(tǒng)

        溫室墻體承擔(dān)保溫、蓄熱和承重等功能,是導(dǎo)致日光溫室建造成本偏高、土地利用率很低的一種重要原因,因此日光溫室的輕簡化、裝配化,必然是未來的一個重要發(fā)展方向。這其中,簡化墻體的功能,是將墻體的蓄放熱功能釋放出來,讓后墻只承擔(dān)保溫作用,是輕簡化發(fā)展的一個有效途徑。比如方慧等[56]在甘肅、寧夏和新疆等非耕地地區(qū)推廣使用的主動蓄放熱系統(tǒng)(圖2),其集熱裝置懸掛于北墻,白天期間,通過蓄熱介質(zhì)的循環(huán),將集熱裝置收集的熱量儲存在儲熱體內(nèi),夜晚再通過蓄熱介質(zhì)的循環(huán),將熱量釋放出來進行加溫,實現(xiàn)了熱量在時間和空間上的轉(zhuǎn)移,試驗表明,采用該設(shè)備可將溫室內(nèi)最低氣溫提升3~5℃。王志偉等[57]提出了一種適用于南疆沙漠地區(qū)的日光溫室水幕集熱地暖加溫系統(tǒng),夜間能為溫室增溫2.1℃。

        圖2 日光溫室主動蓄放熱系統(tǒng)集放熱機理示意圖[61]

        另外,鮑恩財?shù)萚58-59]設(shè)計了一種北墻主動蓄熱循環(huán)系統(tǒng),白天期間通過軸流風(fēng)機的循環(huán),使室內(nèi)熱空氣流經(jīng)埋設(shè)在北墻內(nèi)部的傳熱風(fēng)道,傳熱風(fēng)道與墻體內(nèi)部的蓄熱層進行熱交換,顯著的提升了墻體的蓄熱能力。此外,閆彥濤等[60]設(shè)計的太陽能相變蓄熱系統(tǒng),白天期間,通過太陽能集熱板將熱量儲存在相變材料內(nèi),夜間再通過空氣的循環(huán),將熱量散失到室內(nèi)空氣中,可將夜間期間的平均氣溫提高2.0℃。以上太陽能利用技術(shù)及設(shè)備,具有經(jīng)濟、節(jié)能、低碳等特點,經(jīng)過優(yōu)化和完善,在西北太陽能資源豐富的地區(qū),應(yīng)該具有良好的應(yīng)用前景。

        其他輔助加溫技術(shù)

        生物質(zhì)能加溫

        將墊料、稻草、秸稈、牛糞、羊糞和禽類糞等與生物菌混合在一起,埋于溫室內(nèi)的土壤中,通過發(fā)酵過程產(chǎn)生大量的熱量,并且在發(fā)酵過程中生成大量的有益菌株、有機質(zhì)和CO2。有益菌株對多種病菌有抑制和殺滅作用,可以減少溫室病蟲害的發(fā)生;有機質(zhì)能夠成為作物的肥料;生成的CO2能夠增強作物的光合作用[4,42,50,62]。如魏文祥[50]在青海高原地區(qū)的日光溫室內(nèi),將馬糞、牛糞和羊糞等熱性有機肥埋入室內(nèi)土壤內(nèi),有效提升了地溫。周志龍[42]在甘肅沙漠地區(qū)的日光溫室內(nèi),利用秸稈、有機肥料在作物行間進行發(fā)酵,測試表明,可將溫室的溫度提升2~3℃。

        燃煤加溫

        有人工生爐、節(jié)能熱水爐和暖氣等方式。如魏文祥[50]在青海高原地區(qū)調(diào)研后,發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)刂饕捎萌斯ど鸂t的方式進行加溫,這種加溫方式的優(yōu)點是升溫較快,加溫效果明顯。但在燃燒煤的過程中會產(chǎn)生SO2、CO 和H2S 等有害氣體,因此需要做好排放有害氣體的工作。

        電加熱

        用電熱絲在溫室的前屋面進行加熱,或采用電暖風(fēng)機。加溫效果顯著,使用安全,在溫室內(nèi)不會產(chǎn)生污染物,并且加熱設(shè)備易于調(diào)控。陳維鉛等[14]認為在酒泉地區(qū)冬季凍害問題阻礙了當(dāng)?shù)馗瓯谵r(nóng)業(yè)的發(fā)展,可以采用電加熱元件對溫室進行加溫。但由于使用的是高品質(zhì)的電能資源,所以耗能大,成本較高,建議在極端寒潮天氣下,作為應(yīng)急加溫的臨時手段。

        環(huán)境管理措施

        溫室在生產(chǎn)使用過程中,并不是設(shè)備齊全和正常運轉(zhuǎn)就能有效保證其熱環(huán)境滿足設(shè)計需求,實際上,設(shè)備的使用及管理方式,往往對熱環(huán)境的形成和維持起到關(guān)鍵作用,其中最主要的就是保溫被和通風(fēng)口的日常管理。

        保溫被的管理

        保溫被是前屋面夜間保溫的關(guān)鍵所在,因此細化其日常管理和維護極為重要,特別是要注意以下問題:①選擇合適的保溫被開啟和關(guān)閉時間。保溫被開啟和關(guān)閉的時間既影響溫室的采光時間,同時也影響溫室內(nèi)的升溫過程,過早或過晚的開啟和關(guān)閉保溫被,都不利于熱量的收集。早上,如果揭被時間過早,由于室外氣溫較低,并且光照較弱,會造成室內(nèi)氣溫下降過大;反之,如果揭被時間過晚,則會使溫室內(nèi)接受光照的時間縮短,室內(nèi)溫升時間推遲。在下午,如果關(guān)閉保溫被的時間過早,會使室內(nèi)接受光照的時間變短,降低了室內(nèi)土壤和墻體等的蓄熱量;反之,如果關(guān)閉保溫被過晚,由于此時室外氣溫較低,并且光照較弱,會加大溫室的散熱。因此,一般來說,早上開啟保溫被時,溫度下降1~2℃后開始回升為宜,而關(guān)閉保溫被后,溫度回升1~2℃后開始下降為宜。②關(guān)閉保溫被時,要注意觀察,保溫被是否將前屋面全部密實覆蓋,若出現(xiàn)縫隙要及時調(diào)整。③在保溫被完全放下后,要檢查下部是否已經(jīng)壓實,以防止夜間被風(fēng)掀起,影響保溫效果。④及時進行保溫被的檢查與維護,特別是當(dāng)保溫被損壞時,要及時修補或更換。⑤及時關(guān)注天氣情況,當(dāng)發(fā)生雨雪天氣時,要及時蓋好保溫被,并及時進行除雪[14,16,63,64]。

        通風(fēng)口的管理

        冬季通風(fēng)的目的,一是調(diào)節(jié)空氣溫度,避免中午前后溫度過高;二是排除室內(nèi)濕氣,降低溫室內(nèi)空氣濕度,控制病蟲害;三是增加室內(nèi)CO2濃度,促進作物生長。但通風(fēng)和保溫是矛盾的,如果通風(fēng)管理不當(dāng),很可能會導(dǎo)致低溫問題,因此,何時開啟通風(fēng)口,開啟多長時間,需要隨時根據(jù)溫室的環(huán)境狀況進行動態(tài)調(diào)整。在西北非耕地地區(qū),溫室通風(fēng)口的管理主要分為人工手動操作和簡單機械輔助通風(fēng)兩種方式,但是通風(fēng)口開啟時刻和通風(fēng)時間,還主要是以人的主觀判斷為主,因此也會出現(xiàn)開啟通風(fēng)口過早或過晚情況。針對以上問題,尹義蕾等[65]設(shè)計了一種屋脊智能通風(fēng)裝置,該裝置可以根據(jù)室內(nèi)環(huán)境的變化,確定通風(fēng)口開啟的時間和通風(fēng)孔開合的尺寸。隨著對環(huán)境變化規(guī)律和作物需求研究的不斷深入,以及環(huán)境感知、信息采集分析、控制等技術(shù)和設(shè)備的不斷普及與進步,日光溫室通風(fēng)管理的自動化應(yīng)該是未來重要的發(fā)展方向。

        其他管理措施

        在各種棚膜使用的過程中,其透光能力會逐漸減弱,其減弱的速度既與其自身的物理性質(zhì)有關(guān),同時也與周圍環(huán)境及使用過程中的管理有關(guān)。在使用過程中,導(dǎo)致透光性能下降的最主要的因素就是薄膜表面的污染,因此,在條件允許的條件下,進行定期清掃和清洗極為重要[4]。此外,還應(yīng)定期檢查溫室的圍護結(jié)構(gòu),當(dāng)墻體和前屋面等出現(xiàn)漏縫時,要及時修補,避免溫室受冷風(fēng)滲透影響[42]。

        存在問題及發(fā)展方向

        研究人員對西北非耕地地區(qū)溫室的保溫蓄熱技術(shù)、管理技術(shù)和增溫方式進行了多年的探索和研究,基本實現(xiàn)了蔬菜的越冬生產(chǎn),使溫室抵御低溫冷害的能力得到了極大的提升,基本實現(xiàn)了蔬菜的越冬生產(chǎn)。為緩解國內(nèi)糧菜爭地的矛盾作出了歷史性的貢獻。但目前在西北地區(qū)溫度保障技術(shù)方面還存在以下的問題。

        溫室類型有待升級

        目前的溫室類型,仍以20 世紀后期和本世紀初期建成的普通類型為主,結(jié)構(gòu)較簡單,設(shè)計不盡合理,維持溫室熱環(huán)境及抵御自然災(zāi)害的能力較差,缺少標(biāo)準化。因此,未來的溫室設(shè)計應(yīng)該充分結(jié)合當(dāng)?shù)氐乩砭暥群蜌夂蛱攸c,對前屋面的形狀與傾角、溫室方位角、后墻高度、溫室下沉深度等進行標(biāo)準化的設(shè)計;同時,盡量做到一個溫室只種植一種作物,這樣便可根據(jù)種植作物對光照和溫度的需求,進行標(biāo)準化溫室配套。

        溫室規(guī)模相對較小

        溫室規(guī)模過小會影響溫室熱環(huán)境的穩(wěn)定性,也會影響機械化發(fā)展。隨著人工勞動力成本的逐漸提高,機械化發(fā)展是未來的重要方向。因此今后應(yīng)該立足當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展水平,兼顧機械化發(fā)展的需求,合理設(shè)計溫室內(nèi)部空間和布局,加快研發(fā)適用于當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)裝備,提升溫室生產(chǎn)的機械化率。同時,根據(jù)作物及栽培模式的需求,對相關(guān)設(shè)備進行標(biāo)準配套,推進通風(fēng)、降濕、保溫、加溫等設(shè)備的一體化研發(fā)、創(chuàng)新和推廣。

        砂石和空心砌塊等墻體的厚度仍然較厚

        墻體過厚,雖然保溫效果較好,但是會降低土壤的利用率,增加成本和建設(shè)的難度。因此,未來發(fā)展,一方面可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件,科學(xué)優(yōu)化墻體厚度;另一方面,應(yīng)推進后墻輕簡化發(fā)展,讓溫室后墻只保留保溫的功能,用太陽能集熱器等設(shè)備替代墻體的蓄放熱作用。太陽能集熱器具有集熱效率高、集熱能力強,節(jié)能、低碳等特點,且大部分可以實現(xiàn)主動調(diào)控,能夠根據(jù)溫室夜間環(huán)境需求進行針對性放熱加溫,熱能利用效率更高。

        專用型保溫被有待于研發(fā)

        前屋面是溫室散熱的主體,保溫被的保溫性能直接影響室內(nèi)的熱環(huán)境。目前有些地區(qū)溫室溫度環(huán)境不佳,一部分原因在于保溫被過薄、材料保溫性能不足,同時保溫被還存在防雨滑雪能力較差、表面及芯材容易老化等問題。因此今后應(yīng)該根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c和需求科學(xué)篩選適宜的保溫材料,設(shè)計開發(fā)適合當(dāng)?shù)厥褂猛茝V的專用型保溫被產(chǎn)品。

        猜你喜歡
        設(shè)計
        二十四節(jié)氣在平面廣告設(shè)計中的應(yīng)用
        河北畫報(2020年8期)2020-10-27 02:54:06
        何為設(shè)計的守護之道?
        《豐收的喜悅展示設(shè)計》
        流行色(2020年1期)2020-04-28 11:16:38
        基于PWM的伺服控制系統(tǒng)設(shè)計
        電子制作(2019年19期)2019-11-23 08:41:36
        基于89C52的32只三色LED搖搖棒設(shè)計
        電子制作(2019年15期)2019-08-27 01:11:50
        基于ICL8038的波形發(fā)生器仿真設(shè)計
        電子制作(2019年7期)2019-04-25 13:18:16
        瞞天過海——仿生設(shè)計萌到家
        設(shè)計秀
        海峽姐妹(2017年7期)2017-07-31 19:08:17
        有種設(shè)計叫而專
        Coco薇(2017年5期)2017-06-05 08:53:16
        從平面設(shè)計到“設(shè)計健康”
        商周刊(2017年26期)2017-04-25 08:13:04
        亚洲av色香蕉一区二区蜜桃| 亚洲 自拍 另类小说综合图区| 人妻 日韩精品 中文字幕| 一本一道波多野结衣av中文| 久草久热这里只有精品| 99在线视频这里只有精品伊人| 亚洲欧美中文字幕5发布| 亚洲中文无码永久免| 国产一区二区欧美丝袜| 日韩一级137片内射视频播放| 无码国内精品人妻少妇蜜桃视频 | 国产午夜三级一区二区三| 欧美黑人xxxx性高清版| 男男做h嗯啊高潮涩涩| 久久精品国产亚洲av麻豆长发| 国产精品黄在线观看免费软件| 日本精品免费一区二区三区| 亚洲熟女天堂av一区二区三区| 国产成人亚洲综合| 国产在线无码一区二区三区| 国产精品va在线观看一| 成人一区二区三区国产| 免费网站看av片| 日韩高清亚洲日韩精品一区| 人妻一区二区三区免费看| 久久红精品一区二区三区| 久久亚洲精品无码va白人极品| 女人体免费一区二区| 青青草精品在线免费观看| 欧美嫩交一区二区三区| 久久久久亚洲av无码专区网站| 国产在线h视频| 护士人妻hd中文字幕| 最近2019年好看中文字幕视频| 国产最新在线视频| 美女福利视频网址导航| 亚洲精品一区二区三区麻豆| 欧美丰满大屁股ass| 无码天堂在线视频| 国产熟人精品一区二区| 日韩人妻无码精品-专区|