呂亞州

北京市日光溫室冬季補溫技術(shù)淺議

呂亞州

（北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院機電工程學(xué)院，北京102208）

日光溫室以太陽能為主要熱源，北京郊區(qū)推廣的日光溫室通過設(shè)計合理的墻體高度、后屋面仰角等參數(shù)，采取相關(guān)的工程技術(shù)措施，實現(xiàn)了日光溫室的蓄熱和保溫性能。但是在寒冷的冬季，仍需要補溫才能保證日光溫室的溫度以促進植物的生長。為了滿足喜溫性茄果類蔬菜的生產(chǎn)和提高日光溫室的室溫，根據(jù)日光溫室的具體情況，推廣應(yīng)用爐火、熱寶、熱風(fēng)爐、電加熱、暖氣等技術(shù)措施，有效解決了室溫低的問題。

北京市；日光溫室；冬季補溫

北京市位于北緯39°56′，東經(jīng)116°20′，地處華北平原北部，地勢西北高東南低，東南部是一片平原，是典型的暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，春秋短，年平均氣溫14.1℃。

北京設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展起步于上世紀80年代初，經(jīng)過20多年的發(fā)展，2016年設(shè)施農(nóng)業(yè)實現(xiàn)收入54.4億元。日光溫室推廣面積逐年增加，到2015年達到23.6×104hm2，收入39.6億元，成為京郊設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要形式，在京郊農(nóng)業(yè)中所占的比例也在逐漸上升，已經(jīng)成為北京發(fā)展都市型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)不可缺少的一種產(chǎn)業(yè)形態(tài)，在建設(shè)都市型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中發(fā)揮重要作用，有效促進了農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力的提高和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整以及農(nóng)民增收，為保障供應(yīng)、穩(wěn)定菜價起到了調(diào)節(jié)作用。

1 日光溫室冬季補溫的必要性

日光溫室以自然界太陽能為主要光、熱源。京郊推廣的日光溫室主要有磚鋼、土鋼或土竹等結(jié)構(gòu)類型。新型的全鋼架日光溫室無立柱支撐，主桁架采用雙弦梁焊接結(jié)構(gòu)，溫室屋面用熱鍍鋅管橫向焊接固定，主桁架間距為0.8～1.2m，墻體采用磚墻或土墻結(jié)構(gòu)，溫室采光效果更好，室內(nèi)溫度提升快[1]。通過設(shè)計合理的前后屋面仰角，南側(cè)前屋面用透光保溫性能好的塑料薄膜覆蓋，提高透光率和保溫性，白天日光熱能通過薄膜傳到溫室內(nèi)，提高溫室溫度。設(shè)計合理的墻體高度、厚度，北側(cè)后屋面為保溫屋面，在墻體內(nèi)填充土壤，增加保溫層，北墻及東、西山墻為保溫蓄能圍護墻體，外護圍墻的封閉達到了溫室內(nèi)蓄熱、防寒、保溫的目的。夜間日光溫室南側(cè)屋面用覆蓋物防寒保溫，有草簾、棉氈保溫被和自防水保溫被等3種，實現(xiàn)日光溫室的蓄熱和保溫功能。草簾容易被雨雪浸濕，導(dǎo)致保溫性能下降，污染薄膜降低采光性能[1]。棉氈保溫被價格高，表面使用防水材料，在縫制針眼兒處會滲水，水侵入氈層后難以排出，造成保溫性能下降（保溫被干的時候保溫性能比草苫好，吸水后不如草苫）。自防水保溫被成本較高、保溫性持久，雨雪天氣不影響卷放。增加門口擋風(fēng)膜、棉門簾，可緩解入口處冷風(fēng)進入溫室內(nèi)的風(fēng)量。上風(fēng)口緩沖膜（也叫上風(fēng)口擋風(fēng)膜），冬可擋風(fēng)，夏可防雨；在溫室前底角用塑料薄膜安裝1m高的裙幕，能防止離塑料薄膜近造成低溫侵害；下雪時蓋防雪膜可提高1～2℃。把溫室塑料薄膜上面的灰塵、污物、積雪及時清除干凈，盡可能增加太陽光的日照，都可提高室溫。在日光溫室外面前屋面底腳處挖深50cm，寬10～30cm的防寒溝，隔絕室內(nèi)土壤向室外凍層傳導(dǎo)散熱，起到保溫作用。在溫室內(nèi)側(cè)挖溝，埋入10cm厚的聚苯泡沫板，可顯著減少溫室內(nèi)外土壤溫度熱傳導(dǎo)、保持地溫。將日光溫室內(nèi)部的地面向下下沉0.5m以上，降到凍土層以下，土壤溫度會更高，也有利于保溫[2]。

在寒冷的冬季，如果在晴天多、陰天少、寒流時間短的氣候條件下，采用上述工程技術(shù)措施建造的日光溫室一般不需補溫即可滿足生產(chǎn)需要。在溫室外最低溫度不低于-25℃時，溫室內(nèi)可保持至少5℃以上的溫度，采光保溫性能好的溫室能保持最低溫度在8℃以上，冬季生產(chǎn)的重點是保溫。

但是，一旦遇到低溫霜凍、大霧、陰天、降雪、大風(fēng)冷空氣等低溫寡照極端天氣時，晝夜溫差大，白天的溫度在20℃以上，夜晚溫度會低至個位數(shù)，甚至只有3～4℃，忽冷忽熱，又由于夜間沒有陽光照射，如果不進行補溫，那么溫室內(nèi)的溫度就會下降，低于植物生長所需要的最低溫度要求，影響作物根系所在的土壤溫度；也會低于正常生長所需的溫度，容易發(fā)生低溫冷害和病蟲害，從而影響生長周期，不能正常生長發(fā)育，致使設(shè)施蔬菜產(chǎn)量下降、品質(zhì)降低、成熟期延遲、生產(chǎn)效益顯著降低，所以必須采用有效的補溫技術(shù)措施，保證日光溫室的最低溫室適合作物的生長要求，提高生產(chǎn)能力，充分發(fā)揮設(shè)施效能，獲得較高的效益。改善日光溫室光溫條件，提高溫室內(nèi)氣溫，還利于地溫的提高，促進根系發(fā)生、促進根系對水分和營養(yǎng)元素的吸收、轉(zhuǎn)化及利用，達到促進作物地上部分的生長發(fā)育、提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)的目的；還可以使蔬果等產(chǎn)品提前成熟上市。對于有保溫材料的墻體溫室，嚴冬時輔助補溫，可以生產(chǎn)黃瓜、番茄、辣椒等喜溫性茄果類蔬菜，在白天20～22℃，夜間15～18℃時，喜溫性蔬菜才能正常生長。

2 各種日光溫室補溫技術(shù)簡介

為了滿足喜溫性茄果類蔬菜的生產(chǎn)和提高日光溫室的室溫，京郊地區(qū)日光溫室推廣應(yīng)用了以下的補溫技術(shù)，有效解決室溫低的問題。

2.1 爐火

遇到極冷天氣，在溫室內(nèi)采用火爐，用煤或木炭燃燒直接補溫，還可以補充部分二氧化碳，應(yīng)注意一氧化碳等有毒氣體的危害。在日光溫室建造時，北墻設(shè)計爐灶、爐膛在外，通過瓦管或磚砌煙道將煤燃料的熱量輸入溫室內(nèi)。這種補溫方法結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，但費工費力，適合于一家一戶溫室的短期補溫。

2.2 熱寶

熱寶是一種新型節(jié)能環(huán)保的補溫產(chǎn)品，大小形似蜂窩煤，由木屑和石蠟壓制而成。燃燒時略有蠟燭的味道，正確使用不會漚煙，對人和作物安全。適合沒有電源的地塊使用，使用方便、成本低，用一根火柴即可點燃。在低溫高濕情況較為嚴重的黃瓜和番茄溫室，于22∶00和3∶00應(yīng)用2次；低溫時期，前半夜10∶00和凌晨3∶00使用2次，若溫室白天最高溫度10℃以下，也可于上午再應(yīng)用1次。每畝用10塊，每2塊為1摞，依次擺放在保溫墻旁的過道上，一般60m長的溫室可布3處（每處2塊）或6處（每處1塊）。每棟溫室每天成本18～30元；能增加室內(nèi)溫度2～6℃，補溫效果明顯；還可以增加室內(nèi)二氧化碳濃度，提高光合作用效果；安全、無毒、無副作用，屬于可燃品，不是易燃易爆品。

2.3 熱風(fēng)爐

按所用燃料分為煤熱、燃油與燃氣熱風(fēng)爐等，熱風(fēng)爐的熱風(fēng)直接吹入日光溫室內(nèi)加熱空氣，溫升快速及時。在日間晴天太陽光照強、室內(nèi)外溫差較小時，熱風(fēng)爐可隨時靈活開閉調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度，保證溫室內(nèi)部不會過熱過冷。由于是直接加熱，溫室內(nèi)的溫度分布均勻度低、波動范圍大。熱風(fēng)爐的送風(fēng)溫度為40～120℃，所以要綜合考慮送風(fēng)溫度、送風(fēng)量，還要考慮放置的位置，不能離作物太近。如果送風(fēng)溫度過高，熱射流上升，使溫室下部加熱效果不好；送風(fēng)溫度過低，熱風(fēng)爐出口熱量小，需增加熱風(fēng)爐的送風(fēng)量或增加熱風(fēng)爐的數(shù)量[3]。

另外，還可選用具備轉(zhuǎn)向和吹散功能的家用電暖器補溫。但是要注意電暖器和作物之間需保持足夠遠的距離，保證作物的安全。經(jīng)濟條件允許，還可以購買使用暖風(fēng)機，可有效提高溫室內(nèi)溫度2～5℃。

2.4 電加熱

電熱線補溫，在溫室內(nèi)土壤中埋入電熱線提高土溫，使用效果較好，但成本較高。電熱線用合金鋼線制成，直徑0.6mm。自動控制電路選用電子繼電器控溫，輸入所需的溫度值即可。由于電能是二次能源，總體來說，能量利用效率很低，適用于種苗溫室。實踐證明，使用電加熱方式對土壤局部加熱是可行的。由于成本高，不適合在蔬菜或瓜果的溫室中使用。在無光照的日子，可選用碘鎢燈（1kW）照射，既可補溫也可補充光照[4]。

2.5 熱水鍋爐暖氣

借鑒北方冬季室內(nèi)使用暖氣片等加溫設(shè)備，在日光溫室內(nèi)應(yīng)用熱水暖氣補溫技術(shù)。熱水管道可根據(jù)溫室內(nèi)種植作物的情況布置，管道均勻布置越密，溫室的溫度分布越均勻、波動越小。由于水的比熱容大，也使溫室內(nèi)的溫度波動較小。以2t和4t的燃煤熱水鍋爐為主，另外還有燃油燃氣鍋爐。以1棟日光溫室為例，溫度控制在15℃以上，采用燃煤鍋爐取暖，一個冬季至少需耗煤10t左右，加上鍋爐系統(tǒng)折舊和燃煤工人工資，采暖成本達1萬余元。煤的燃燒熱值較低、價格也較低，但是由于北京市限制煤炭使用，小型燃煤鍋爐的使用受到限制。所以，有供暖條件的日光溫室可使用暖氣加溫，溫度穩(wěn)定均勻、持久。溫室內(nèi)散熱器可安裝在日光溫室的北墻和南側(cè)底腳處，或?qū)⑸峁芫鶆蜾佋诘孛?。由于加溫設(shè)備價格較貴，所以在育苗和名貴花卉栽培中溫室使用[5]。

昌平區(qū)馬池口鎮(zhèn)的市農(nóng)作物品種試驗展示基地的溫室，試用太陽能“暖氣”，繼日光溫室后墻水循環(huán)蓄熱系統(tǒng)之后，實現(xiàn)了黃瓜、番茄等作物安全過冬生產(chǎn)，提前上市[6]。與鍋爐燃煤供熱相比，1棟溫室1年可節(jié)約成本8000余元，還可大量減少二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等污染物的排放。

2.6 其他技術(shù)措施

在日常生產(chǎn)中，還可以在溫室內(nèi)套小棚并加蓋草簾等覆蓋物，可提高2～6℃；夜間在溫室四周加圍草苫或玉米秸，可補溫1～2℃；在原來的草苫上面再加一層薄苫，可提高2～3℃；塑料薄膜地面覆地膜覆蓋后，可提高土溫1℃以上；在栽培畦北側(cè)或靠后墻懸掛反光幕，與地面保持75°～85°角，也可提高地溫1～3℃，溫室的氣溫約3℃；在溫室內(nèi)挖寬60cm，深30cm的溝，內(nèi)填秸稈、專用微生物菌劑，秸稈上面覆土，灌水至秸稈能夠澆透，秸稈在微生物作用下逐漸分解釋放熱量與二氧化碳，可提高土壤溫度約2℃；還應(yīng)科學(xué)揭蓋覆蓋物，及時清理積雪及污染物等。

其他補溫措施，如熱泵也可用于日光溫室補溫[7-8]。熱泵是從周圍環(huán)境中吸取熱量，按照逆卡諾循環(huán)工作，工作原理和制冷機相同。熱泵的工作循環(huán)與熱機的工作循環(huán)相反，熱機利用高溫?zé)嵩吹哪芰慨a(chǎn)生機械功，而熱泵是靠消耗機械功將低溫?zé)嵩吹臒崃哭D(zhuǎn)移到高溫物體中去，即把熱量從相對低溫的環(huán)境傳遞到相對高溫的溫室中；地源熱泵是熱泵的一種，是以大地或水為冷熱源，在大地和溫室內(nèi)之間“轉(zhuǎn)移”能量。在冬天，1kW的電力，可將土壤或水源中4～5kW的熱量送入溫室內(nèi)。熱泵在工作時消耗極少的電能，就可以維持溫室內(nèi)所需要的溫度[9-11]；另外，還有空氣源熱泵。熱泵主要在夜間運行，對溫室進行補溫。熱泵用于溫室加熱無污染，推廣應(yīng)用潛力大，但是熱泵設(shè)備一次投入大；沼氣也可以用于日光溫室冬季補溫，但是在冬季沼氣的生產(chǎn)受低溫影響大，沼氣產(chǎn)生困難，制約了其推廣應(yīng)用。

3 結(jié)語

補溫技術(shù)多種多樣，各有優(yōu)缺點，效果也不盡相同。不同的加熱設(shè)備對應(yīng)不同的加熱方案，應(yīng)當根據(jù)日光溫室的具體情況和使用要求以及經(jīng)濟條件選用適當?shù)难a溫技術(shù)設(shè)備，并制定科學(xué)可行的補溫方案，盡量提高能源的利用效率，降低溫室的冬季運行成本[12-13]。采用上述補溫技術(shù)措施，只是將溫室內(nèi)的空氣加熱，由于空氣密度低，還存在補溫迅速降溫也快、溫度范圍波動大、空氣環(huán)境溫度對植物根部生長促進作用相對較小，蓄熱能力較差的缺點。

[1]展正朋，張琦琦.日光溫室增降溫技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望[J].安徽農(nóng)學(xué)通報，2016（6）：71-72，75.

[2]周志龍.西北寒冷地區(qū)日光溫室冬季節(jié)能增溫技術(shù)[J].中國蔬菜，2012（23）：47-48.

[3]方慧，楊其長，孫驥.地源熱泵—地板散熱系統(tǒng)在溫室冬季供暖中的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2008，24（12）：145-149.

[4]丁小明，何芬，段靜，等.基于毛細管換熱器的日光溫室低溫供暖系統(tǒng)設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2013，29（19）：178-184.

[5]曹曉波，王雙喜.北方地區(qū)連棟溫室節(jié)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2014（23）：212-213，218.

[6]吳靜怡，金鼎.溫室加熱方案選擇[J].農(nóng)村實用工程技術(shù)，2001（1）：8-9.

[7]韓少平，田斌，王紅麗.北方蔬菜溫室及沼氣加熱系統(tǒng)的設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2006（9）：116-118，111.

[8]陳冰.溫室空氣源熱泵供熱系統(tǒng)研究[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2011.

[9]唐菊紅，郭智勇，劉偉平.冬季設(shè)施果蔬大棚保溫增溫補光技術(shù)[J].西北園藝（蔬菜），2016（6）：9-10.

[10]熊波，宮福生，常曉蓮.北京的設(shè)施農(nóng)業(yè)[J].當代農(nóng)機，2006（5）：46-47.

[11]張勇，高文波，鄒志榮.日光溫室主動蓄熱后墻傳熱CFD模擬及性能試驗[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2015（5）：203-211.

[12]張旦，王姣敏，謝淑琴，等.土壤加溫系統(tǒng)在日光溫室蔬菜育苗中的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備，2014（9）：62-63.

[13]溫祥珍，李亞靈.日光溫室磚混結(jié)構(gòu)墻體內(nèi)冬春季溫度狀況[J].山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2009，29（6）：525－528.◇

DiscussiononWinterWarmingTechnologyofSolarGreenhouseinBeijing

LVYazhou
（SchoolofMechanical&ElectricalEngineering，BeijngVocationalCollegeofAgriculture，Beijing102208，China）

Solargreenhousesolarenergyasthemainheatsource.ThesolargreenhousepromotedbythesuburbsofBeijingwill adopttherelevantengineeringandtechnicalmeasuresthroughthedesignofreasonablewallheightandrearroofelevationangle，soastorealizetheheatstorageandheatpreservationperformanceofsolargreenhouse.Butinthecoldwinter，stillneed tofillthetemperaturetoensurethatthetemperatureofsolargreenhouseforplantgrowth.Inordertomeettheproductionofhi warmeggplantvegetablesandimprovetheroomtemperatureofsolargreenhouse，accordingtothespecificcircumstancesof solargreenhouse，topromotetheuseoffire，hottreasure，hotstove，electricheating，heatingandothertechnicalmeasures toeffectivelysolvetheroomtemperaturelowproblem.

Beijing；solargreenhouse；winterwarming

S626

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.04.040

2017-03-08

北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院2014年院級科研項目“日光溫室地溫補溫系統(tǒng)試驗研究”（XY-YF-14-38）。

呂亞州（1961—），男，本科，副教授，研究方向為農(nóng)業(yè)裝備應(yīng)用技術(shù)。