北方园艺２０１０（１６）：７１～７４ ・设施园艺・ 日光温室保温节能技术应用与研究进展 吴正景，张菊平，王少先 （河南科技大学林学院园艺系，河南洛阳４７１００３） 摘 要：从目光温室的位置、类型、方位、前屋面、后屋面、墙体、温室内多层覆盖、防寒沟、廉价 能源、节能设备的利用及栽培、操作管理方面分别介绍了我国目光温室保温节能技术的应用与研 究进展。 关键词：日光温室；保温；节能 中图分类号：Ｓ ６２５文献标识码：Ａ文章编号：１００１－－０００９（２０１０）１６一Ｏ０７１－－０４ 设施园艺是一种高投入、高耗能、高效益的三高产 业。如加温温室每生产１Ｏ ｋｇ黄瓜需消耗５ Ｌ石油，能 源消耗占温室作物生产总费用的１５ ～４０ ｌ１］。目前， 由于全世界范围的能源危机的影响，各国均把节能技术 放在首位ｌ２］。我国发展的三面围墙并注重外覆盖保温 的日光温室，是一种高效节能园艺设施的典型代表。早 在２０世纪３０年代，辽宁南部和北京地区开始在冬季利 用不进行人工加温的１３光温室生产耐寒蔬菜。８０年代 中期始，在原有基础上又全面改进，尤其是各项节能保 温技术、材料的应用，使得在我国北纬３２。～４１。，乃至４３。 的寒冷地区，在完全不加热或有及少量加热的温室内， 生口 先后对温室热环境研究分析，提出了优化结构的各 项参数指标。综合考虑光温指标，节能型日光温室高跨 比以０．５～０．６较合适、方位角采取由南偏西７。－８ ０ 【Ｊ， 高寒地区有的达１Ｏｏ［”］。 ２ 日光温室结构材料的保温节能 ２．１前屋面与保温节能 通过前屋面的贯流放热量占夜间总损失热量的 ７０ 左右口 ，故前屋面保温性能好坏是日光温室保温节 能的关键所在。近年的相关研究也多集中于此Ｌ２ ＿ｌ ６ｌ。 ２．１．１前屋面的形状沙继波等人研究表明，前屋面采 用圆弧形，从屋背至前沿连线的水平夹角为３３。；从上至 实现了严冬季节生产喜温果菜的突破，推出了“高效节 能型日光温室［ 。现从温室位置、类型、方位、结构、材 下的水平夹角以５。～７Ｏ。变化，有利于温室夜问保温，适 于新疆乌鲁木齐地区采用［１ 。较好的等光屋面形状有 圆弧形、圆弧一抛物线组合形和摆线形等［９。 。通过计 算机程序，设计前屋面数学模型＿】 ，在墙体、高度、跨度 等其它条件一致的情况下，求得的最佳前屋面比常规的 经验设计每米长度温室增加通光量１００￣５００ ｋＪ。 料、管理、作物等多方面，综合各地日光温室保温节能技 术研究及应用情况，介绍如下。 １ 日光温室的位置、类型、方位的保温节能 为了进一步适应保温节能需要，在普通日光温室的 基础上，发展出了许多新形式，如半地下式［５ ］、地坑 ２．１．２前屋面的骨架材料竹木、混凝土等较粗大的建 式 、联体式、山麓式 ］、斜地式［６］、连栋式等，均比普通 型日光温室有较好的保温节能性能。另外适当降低普 通日光温室的高度和延长后屋面长度，也有明显的保温 材，便宜易得，但遮荫度大，减少光透量，降低了温室的 光热利用率。钢材、强化纤维合成材料体积小，强度大， 可建造无支柱温室，大有取代传统材料的趋势。 ２．１．３前屋面的透光材料 现代日光温室多采用各种 塑料薄膜作透光材料，少量有玻璃、双层充气膜、ＰＶＣ板 等。后一类的透光面的保温性能明显提高，但透光能力 效果，但有可能会限制了作物的类型。这些改进，其保 温原理是减小温室地上体积与放热表面积、减少了空气 流动对热量散失的影响，变相加厚了墙体．力Ⅱ大了透光 面的热进入量，增加保温比。经比较可知，鞍山式日光 温室有较好的热能利用率¨９］，聂和民 、亢树华、陈端 下降。一般来说，塑料薄膜中各种ＰＶＣ、ＰＥ、ＥＶＡ膜的 保温性较好 １ 。新型覆盖材料改性聚对苯二甲酸乙二 醇酯（ＰＥＴＰ）薄膜具有更高的保温性能口引。总体而言， 我国保温形棚膜不能满足农艺要求。因为我国目前作 第一作者简介：吴正景（１９７４一），男，河南濮阳人，博士，副教授，研 究方向为设施园艺与园艺植物种质资源。Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｚｊｈａｕｓｔ＠ ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ。 加工保温棚膜的保温剂几乎都是无机型，粉末粒性偏 大，致使直射光透过率降低，影响增温效果，对节能温室 冬春茬果菜生产不利＿１ 。 基金项目：河南科技大学博士科研基金资助项目（０９００１２１６）。 收稿日期：２Ｏ１Ｏ—Ｏ５—２８ ２．１．４ 外覆盖保温材料设施园艺对外保温材料的要 ７１ ・设施园艺・ 求是：高保温、不吸湿、轻量化、结实耐用、价格合理＿＿１ 。 我国日光温室传统的外覆盖保温材料是草苫（１．２～２．Ｏ） ｍＸ（８－－１０）ｍ，厚４～５ ｃｍ），其保温效果为４～６。Ｃ，最大 至１ＯＣ，便宜易得，但易吸湿，重量大，操作不便，易污染 棚膜，不耐久。王安克等人对多种新型保温材与草苫进 行了多年的对比试验ｌ１ ，证明复合纸被、铅箔被、镀铝膜 被、丰收布被、防雨不织布（双层）、岩棉被、石棉被、短棉 绒被等分别比草苫提高气温０．０３～Ｏ．４３。Ｃ，５ ｃｍ地温 Ｏ．１７～Ｏ．５４ Ｃ，棚内夜间低温出现迟、持续时间短。以 ＰＥ闭孔发泡自防水材料为芯、涤纶布为面的保温材料 具有良好的防水性、保温性且强度高，保温性比草苫平 均高Ｉ－－２￣Ｃ ，添加ＰＶＡ长波反射层，也具有一定的保 温效果 Ｉ。薛玉林、陈端生等对保温被及保温措施也进 行了较多研究口。删。新型保温被，除自身保温性能较好 外，还具有质轻、成本低、来源广、易推广、耐久、适于机械 化操作、工厂化生产等特点。新型轻质外保温材料与保 温透明屋面配合使用，或２种、２种以上的外覆盖材料同 时使用，保温效果会更好。如纸被＋草苫、双层冲气 膜＋保温被等可比一层保温材料增温１～３℃ｌ２ 。室内 热环境状态随温室保温能力的改进而得到稳定改善，保 温透光二合一型材料（ＰＨＦ）可以创造更好的室内热环 境＿２ ，如透明蜂窝结构覆盖材料将透光覆盖保温性能兼 具，比普通无外覆盖材料日光温室可增夜温５℃。夜间 放热量减少４Ｏ ，但要保证越冬，还要配合外保温 材料 。 ２．２后屋面与保温节能 日光温室的后屋面一个功用是支撑存放草苫等物， 且适于人员操作。另一作用是可以贮热。夜间放热，后 屋面过短、过长，仰角过小、过大都不利于保温或建道上 不可行。经过全面优化后的后屋面仰角应不小于冬至 正午时当地太阳高度角，且最好比其大７。～８。；后屋面投 影１．Ｏ～１．５ ｍ为宜ｌ２ 』。后屋面建造时，多采用几种材 料（麦秸、稻杆、泥土、油毡等）多层覆盖，一般要＞４０ ｃｍ （兼顾后屋架负荷能力，不能过重），可明显减少通过后 屋面的夜间放热。 ２．３墙体与保温节能 陈端生将测温传感器砌入不同的墙体中，结果发现 ５０ ｃｍ厚的土墙白天夜间均为吸热体 。邹志荣等人 也有相似研究，并把标准墙体由内向外按照温度的变化 划分为蓄热层、隔热层、保温层ｌ＿９ ２７Ｊ＿。由物理热阻原理计 算，传统的单质土墙厚度达到ｉ．Ｏ４～２．１６ ｍ才能收到较 理想的保温效果 ］。这样的墙体不仅占用了大量耕地， 且建造不便，费工费时。近来提出墙体结构模式向具有 一定厚度的异质复合墙体发展。即内侧由吸热蓄热能 ７２ 北方园艺２０１０（１６）：７１～７４ 力强的材料组成蓄热层，外侧由导热、散热能力极差的 材料组成保温层，中间是轻质、干燥多孔的导热力极差 的隔热层。研究表明，珍珠岩、炉灰渣是以较好的隔热 材料。邹志荣等研究表明１２０ ＩＴＩＩｎ厚的炉渣砖＋６０ Ｉｉｌｒｎ 厚聚苯乙烯泡沫板（外隔热材料）保温蓄热性能明显强 于１ ｍ厚的土墙［２ 。郭慧卿等对２０种不同构造的日光 温室内的温度环境进行了逐时模拟，发现用１２０砖一１２０ 珍珠岩一２４０加气混凝土结构的北墙为最优组合 。 陈瑞生等证明４８０ ｍｍ空心砖夹心墙明显比５００ ｍｉＴｔ厚 土墙蓄热放热性能好口 。雷润田等设计的双空墙日光 温室为１２０砖一７０—１２Ｏ砖一７Ｏ一１２０砖５层结构，中间 ２层７０ ｎ３＿ｒｎ空间两侧各张挂一层地膜，比对照室温增加 ３～５℃¨ ３ 。２００加气混凝土砌块＋１００聚苯板＋２００加 气混凝土砌块３层结构墙体具有较高的经济性 。目 前生产中较普遍应用的异质复合墙体多为空心墙或夹 心墙。双层充气卷帘与单层膜覆盖侧墙，前者减少侧墙 热损失约８５ ＿２ｊ。 ２．４温室内多层覆盖与保温节能 日光温室内地膜、无纺布（浮动覆盖）、小拱棚、中 棚、反光膜、可移动保温幕的使用，均有一定的保温作 用。一般而言，三层覆盖比二层覆盖可增温３℃左右，二 层覆盖比单层覆盖可提高气温２．５￣Ｃ左右。以黄瓜种植 为例，产值分别提高２０ 和ｌｏ 口 。室内每层覆盖可 灵活应用，如地膜＋小拱棚（＋草苫）、地膜＋可移动保 温幕、浮动覆盖＋二层保温幕等。的确良、棉布做为内 保温材料较常用的铝箔具有更好的保温除湿性＿３。］。总 体而言，单用保温幕或浮动覆盖，比单用地膜、小拱棚、 中棚效果好。其原因是前者是整体保温，后者局部保 温。２０ ｇ／ｎ１２的不织布作浮动覆盖，室内气温可增加 ２．７～５．７＇Ｃ Ｅ。 。张挂ｉ ｒｎ高反光幕（后墙前１ ｍ处）可 增室内气温２～５℃，地温１～３。Ｃ ９。 。 ２．５防寒沟、保温板与保温节能 据测定，夜间日光温室通过土壤横向传导散热占总 热量的１２．５ ～１３．２ 口 。在保护地周围挖一条宽 ３０￣４０ ｃｍ、深５０～１００ ｃｍ的沟，内填稻壳、干草等保温 材料或相同前沿下方竖直埋人ｉ ｍ高的吸湿性小、导热 系数小、整体性好的聚苯板等强隔热的保温板，具有较 好的保温隔热性能，均有较好的阻止热横向土层中传导 的作用，而炉渣作用不明显 ３６＿。张瑞福证明，高纬地 区日光温室防寒沟应为Ｉ～１．２ ｍ深、０．５ ｍ宽，内填马 粪、稻壳、珍珠岩等防寒物，冬季可提高温室内前沿部分 土温２￣４￣ＣＥ蚓。 ３廉价能源、节能设备的利用 利用太阳能装置加热水体，使其在温室内或土层中 北方园艺２０１０（１６）：７１～７４ 放热管道内循环，在夜间把贮存的热量缓慢释放出来， 是目前较多人所关注的一项新技术，或把温室内气体通 过管道等在地上地下循环的地中热交换技术，有效地保 ・设施园艺・ Ｅ２］潘强等．华北型连栋塑料问世节能对策与实践［Ｊ］．农业工程学报， １９９９，１５（２）：Ｉ５５—１５９． ［３］张真和．高效节能型日光温室的开发进展及问题讨论［Ｊ］．中国蔬 持了温室内的适温恒定，节能效果明显。张海莲等设计 的地下蓄集太阳能温室内年均温比露地提高１２．２Ｃ，年 约节约煤３０ ｔ＿３ ；李登顺等把向阳面涂黑的圆塑料管固 定于北墙上，向内注冰，白天上午吸热，水温可上升至 ４０℃，下午夜间放热。用这种温水浇地，地温可升高 ５．３’Ｃ ｃ船 ；马承伟等研究表明，连栋温室采用地中热交换 系统，可有效保证夜间室温高于室外１１℃以上＿３ 。 经测定，地中铺１层１５ ｃｍ厚的马粪，平均地温可 提高２．ＴＣ；铺混入鸡粪的麦秸，增温２．５℃；铺混入尿素 的麦秸，可增温１．５ Ｃｌ＿４ 。由辽宁省鞍山市园艺设备研 究所研制生产的ＨＯＰＥ＿２０００型高效节能热风炉，比蒸 汽和水暖锅炉节省费用５Ｏ 以上。 另外工厂余热的利用，地下热源的开发，均可降低 人工加热的成本或不进行人工加热。 ４栽培、操作管理与节能 保持前屋面清洁，增加透光率；科学确定保温覆盖 材料揭放时间＿＿４ｌ＿；科学通风换气，减少显热失热。勤中 耕、松表土、降低土壤表面含水量、降低土壤蒸发量、促 进深层土壤吸热增温。变温管理。专棚专用，因作物而 异，选用不同棚型，以免无意义能量消耗。选用、培育耐 低温作物品种，可明显降低能量需求。建造生态温室或 立体栽培，充分利用热能和空间，可明显减少能量消耗。 应用土壤增温剂、Ｃ 气体施肥、节水灌溉、抗寒锻炼等 节能日光温室配套技术，可明显增强作物抗逆性，尤其 对低温的耐性。由此可知，高效节能日光温室的进一步 发展，不仅仅是园艺科学的问题，而且涉及到材料学、建 筑学、数学、力学、化学、物理、生物学、经济学等学科。保 温节能的研究已由经验估计到数学计算、定性分析到定 量研究过渡。 今后，高效节能日光温室保温节能方面要迫切解决 的问题是：（１）我国目前市场上还没有出现满足保温性、 防水性、防风性、抗老化性、机械性和较好经济性的温室 保温覆盖材料。因此新型节能覆盖材料的开发研制，对 我国北方设施园艺的发展具有重要的促进作用［３ ；（２） 日光温室热环境及影响因素的进一步研究及与作物生 长互作作用的研究；（３）加快适于日光温室生长的耐低 温型作物新品种的培育进程及节能栽培模式、管理方法 的研究；（４）简便易行、造价低廉的太阳能、地中热交换 系统的开发推广。 参考文献 ［１］邱建军．温室保温覆盖材料传热系数的测定［Ｄ］．北京．北京农业大 学，１９９５． 菜，１９９２（５）：１－３，１３． ［４］ＣＨＥＮ Ｄｕａｎ ｓｈｅｎｇ．Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｎｅｒｇｙ－ｓｅｗｉｎｇ Ｓｕｎｌｉｇｈｔ Ｇｒｅｅｎ— ｈｏｕｓｅ ｉｎ Ｃｈｉｎａ．Ｔｈｅ Ｐｒｏｃｅｃｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ＩＳＴＧ’９１［Ｃ＿．Ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｈｏｕｓｅ，１９９１： ４１－４９． ［５３魏春云．寒地温室工程（上）口］．农村实用工程技术，１９９７（２）：５． ［６１马志虎，罗秀龙，宋春，等．半地下式日光温室的结构和性能ｒＪ］．长江 蔬菜，１９９９（５）：３３—３５． ［７］于仲吾，徐峰，苇武青．地坑日光温室的保温效应口］．中国农业气象， ２０００，２１（１）：４４—４６． Ｅ８］王海啸，李杰林．黄土高原地区坑式日光温室保温性能试验研究 ［Ｊ］．山西农业大学学报，２００６，６（５）：１１—１３． ［９］亢树华．鞍山日光温室的沿变和改进［Ｊ１．农业工程学报，１９９０，６（２）： １０１—１０２． ［１ｏ］聂如民．日光温室的结构与发展问题探讨［Ｊ］．农业工程学报，１９９０，６ （２）：ｌＯＧｌＯ１． ［１１１方树华，陈端生．日光温室优型结构的研究［Ｊ１．农业工程学报，１９９６， １２（增刊）：３０－３５． ［１２］邹志荣，饶景萍，陈红武编．设施园艺学［Ｍ］．西安：西安地图出版 社，１９９７． ［１３１沙继波，邱红梅．节能日光温室的结构、建造及性能．设施农业相关 技术［Ｍ］．北京：农业科技出版社，１９９９． 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４７１００３） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｈｅａｔ ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ ｓｏｌａｒ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ｗｅｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｉｔ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ’Ｓ ｌｏｃａｔｉｏｎ，ｔｙｐｅ，ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ，ｒｏｏｆ，ｗａｌｌ，ｍｕｌｔｉ—ｌａｙｅｒ ｉｎｎｅｒ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｃｒｅｅｎ，ｃｏｌｄ－ｐｒｏｏｆ ｄｉｔｃｈ，ｃｕｌｔｉｖａ— ｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ＳＯ ＯＩＬ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｏｌａｒ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ；ｈｅａｔ ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ；ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ｉ ｉ ； Ｓ 立夏蔬菜病虫害防治 立夏后蔬菜病虫害多发，要加强预测预报，坚持 番茄晚疫病、叶霉病发生严重，除及时摘除病叶、 倍；蚜虫可选用阿维菌素、吡虫啉、苦参碱等药剂Ｎ－； “以防为主，综合防治”的原则。 治，但瓜类、大豆不提倡使用吡虫啉，以免产生药害；； 黄曲条跳甲、猿叶虫可选用乐斯本、搏乐、除虫净等ｌ 防治。 ；病果外，晚疫病用６４ 杀毒矾可湿粉５００倍液、７２ 农利来可湿粉６００－－－－８００倍液或７２ 克露可湿粉６０ｏ～ 严格按照无公害蔬菜产品农药安全间隔期使用，：２ 应大力推广生物农药和推广生态防治技术，例如采用 ￥８００倍液喷雾；叶霉病用７５％百茵清可湿粉或５０ 多 菌灵可湿粉５００倍液喷雾，如果百茵清、多茵灵效果 高温闷棚防治黄瓜霜霉病。 ｉ不好，可选用加瑞农等新药，具体使用方法要按说明 Ｓ进行。 采用频振式杀虫灯杀灭害虫等。对死秧１／３以 上的棚应进行土壤消毒后换茬，采用土壤净化剂（石Ｓ 灰氮一氰胺化钙）加秸秆或植物秧蔓，进行深翻２５～ ３０ ｍ垄、盖膜、灌水、密闭大棚，高温消毒２０＂－－２５ ｄ，可 番茄脐腐病的防治，番茄果实坐果后３０ ｄ是吸 收钙的关键Ｎ－期，可根据实际情况喷洒１％的过磷酸 钙，或０．５ 氯化钙加５ ｒａｇ／ｋｇ的ＮＡＡ（萘乙酸）或 有效防治土传病虫（根结线虫）害及连作障碍引起的￥ 生理病害。 ２ ０．１ 硝酸钙及爱多收５ ０００倍液，从初花期开始，每 １５ ｄ用１次，连续２次。 § 幕青虫、小菜蛾可用２．５ 菜喜悬浮剂８００￣１００ ７４