多重保温覆盖连栋温室的设计及性能分析
中国农业大学学报2021，26(2):98-104 h t tp://z g n y d x x b.i j o u r n a l s.c n Journal of China Agricultural U niversity D()1:10. 11841/j. issn. 1007-4333. 2021. 02. 12
多重保温覆盖连栋温室的设计及性能分析
何芬1〃魏晓明K2*蔡峰3干天广3
(1.农业农村部规划设计研究院，北京100125;
2.农业农村部农业设施结构T.程重点实验室，北京100125;
3.北京兴业华农农业设备有限公司，北京101309)
如果那天把该说的话好好说摘要针对连栋温室冬季保温性能差、加温能耗大、建造成本高等突出问题，设计一种配套双层幕布系统和内外双层膜结构的多重保温覆盖连栋温室，在北京冬季最冷时段对温室性能进行实际测试。结果表明：温室内日平均温度、日最低气温平均值为6.1和  1.4 °C；夜间日平均气温、室内外温差的平均值为2. 4和9.0 °C。日最低气温<5 °C 的日数所占比例达到96%，且气温<5 °C日平均时长达到12 h。小拱棚+双层幕布覆盖、塑料拱棚+薄膜和双层幕布覆盖2个对照区的日平均温度、日最低气温的平均值可提高4〜6 °C，夜间日平均气温、室内外温差的平均值可提高5〜6 °C，且日最低气温平均值为5〜12 °C。在无辅助加温情况下，多重保温覆盖连栋温室在北京地区无法进行叶菜生产，当进一步加强保温覆盖设计或增
加临时辅助加温设施可进行叶菜和果菜的生产。
关键词连栋温室；多重保温；多层覆盖；温度环境；温室设计
中图分类号S625. 5 文章编号1007-4333(2021)02-0098-07 文献标志码A
Design and performance analysis of multi-span greenhouse
with multi-layer heat preservation and covering
HE Fen1,2,WEI Xiaoming1,2, ,CAI Feng3.GAN Tianguang3
(1. Academy of Agricultural Planning and Engineering of Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Beijing 100125, China；
2. Key Laboratory of Farm Building in Structure and Construction of Ministry of Agriculture and Rural Affairs. Beijing 100125. China；
3. Beijing Xingye Huanong Agricultural Equipment C o.，L td.，Beijing 101309，China)
Abstract Aim ing at the problem s of poor thermal insulation perform ance, high heating energy cons
umption and high construction co st of m ulti-span greenhouse in w in te r, a novel m ulti-span greenhouse w ith m ulti-layer heat preservation and covering is proposed. It is equipped w ith double screen and double-layer film structure. Experiment is carried out to te st the performance of m ulti-span greenhouse w ith m ulti-layer heat preservation and covering during the w inter of 巳eijing. The results show th a t: The average of daily average tem perature and daily minimum tem perature in greenhouse are 6.1and 1.4°C ；The average of daily average tem perature and tem perature difference betw een inside and outside at night are 2.4and 9.0°C .The daily minimum tem perature <5°C is accounted for 96%of the total number of days, and the average daily duration of tem perature ^5°C lasts up to 12 hours. Taking small arch shed + double-layer screen cover, plastic arch shed + film and double-layer screen cover as tw o control areas, the average of daily average tem perature and daily minimum tem perature can be increased by 4 -  6 °C；The average of daily average tem perature and tem perature difference between inside and outside at night can be increased by 5 -  6 °C, and the average daily minimum temperature is 5 -12 °C .In the case of no auxiliary heating, the m ulti-span greenhouse with m ulti-layer heat preservation and covering is unable to produce leafy vegetables in 巳e ijin g. and the design of thermal insulation cover needs to be further strengthened to improve the indoor tem perature environm ent or add temporary
收稿日期：2020-06-08
基金项目：农业农村部重点实验室开放课题（201703〉
第一作者：何芬，高级工程师，博士，主要从事设施园艺环境丁.程研究，E-m a il: h efen_2005@163
通讯作者：魏晓明，研究员，主要从事设施园艺工程研究，E-mail: weixiaom ing836@163. com
第2期何芬等：多重保温覆盖连栋温室的设计及性能分析99
auxiliary heating facilities to produce leafy vegetables and f r u i t vegetables.银行降准是什么意思
Keywords multi-span greenhouse；multi-layer heat preservation；multi-layer covering；temperature environment；
greenhouse design
连栋温室自20世纪70年代在我国得到发展，历经自行设计、国外引进、优化提升3个阶段11]，为保 障优质农产品供给、促进农业现代化发展发挥了重要作用;2:。根据农业农村部农业机械化管理司统计，至 2018年我国连栋温室面积已达5.43万hm2:<l。随着 连栋温室的发展，其自身存在问题日益凸显，如设施 结构标准化水平低.技术装备参差不齐，冬季加温能耗高导致产投比倒挂，生产经营者收益受
限.已成为限制连栋温室产业发展的瓶颈[,]。我国由于自然气候差异，温室生产冬季加温所需能耗较欧洲国家高很多u]。在我国北纬35°〜40°，冬季加温能耗约占总成本的30%〜50%[5]，因此连栋温室节能技术和装备研究尤为重要。目前连栋温室多采用改善供暖设施提高能量利用率[67]，改造围护结构[<〜、增设保温设施减少热量损失[1112]，或建立温室能耗模型及相关经济效益预测系统[13]，利用温室智能化控制实现精准供能，这些方式的应用在一定程度降低了连栋温室冬季加温能耗，但从改变温室整体结构方面进行研究的较少。本研究旨在设计一种新型连栋温室结构.通过设置内外双层薄膜和双层保温幕布形成多重保温覆盖系统，以提高冬季室内温度.降低加温能耗；同时通过对该温室在北京冬季最冷时段进行性能测试，分析其室内环境变化规律，以期为该温室的优化设计及应用推广提供实践依据。
1材料与方法
1.1试验温室主要结构
试验温室为多重保温覆盖连栋温室（图1)，温 室东西走向，跨度7 m,3连跨，长度45 m,15个开间；温室肩高4 m，立柱高4. 5 m，脊高6. 3 m。温室 围护结构覆盖材料均采用〇.15 m m厚聚烯烃(polyolefin,P O)膜，所有覆盖薄膜通过铝合金卡簧卡槽或固膜卡固定。温室整体骨架采用镀锌钢管，立柱采用镀锌矩形钢管。温室顶部单层骨架单层膜覆盖，四周均采用内外双层骨架双层膜覆盖，两层
膜之间距离为260 m m。温室顶部上层设置内遮阳系统，材料为铝箔网•遮阳率1〇%，节能率35%；下层设置保温双层幕布，节能率75%。温室四周侧墙配套与顶部规格'致的保温双层幕布。内遮阳和保温双层幕布分别采用不同的卷放系统控制其开合，卷放系统通过减速电机带动驱动轴转动，从而带动托幕线实现内遮阳和保温幕布的开合。
内遮阳纵向系杆$25.4x1.5 I拱杆  1.8x1.5 I
图1多重保温覆盖连栋温室截面图
Fig. 1 Section of m ulti-span greenhouse with m ulti-layer heat preservation and covering
1.2 测试条件
试验于2017-12-27—2018-01-22日在北京市海淀区温泉镇的多重保温覆盖连栋温室内进行。温室 内无任何加温设施，试验期间选种作物为对温度要求较低的叶菜。室内遮阳和保温幕布的闭合均根据环境控制系统基于室内温度变化进行控制。
为对多重覆盖温室的保温性能进行对比测试，将试验温室按跨分为3个测试区，分别为1区、2
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12-27 12-29 01-01 01-03 01-05 01-07 01-09 01-11 01-13 01-15 01-17 01-19 01-21 01-23
U  W  D ale
区、3区，每个测试区面积相同，均为315 m 2。1区 内搭建2个小拱棚，拱棚直接采用双层活动保温幕 布覆盖，2区内搭建塑料拱棚，采用薄膜外加双层活 动保温幕布进行覆盖。
实际测试中，为使作物生产管理（灌溉等）及设 备管理（自然通风、内保温及保温幕布系统）一致，
将 3个测试区设置在同一个温室内。温室内内天因太 阳辐射及通风等多种因素造成空气温度、光照等环 境因子在水平和垂直方向均存在差异性；且3个测
试区位置不一致，外部围护条件不同，直接导致测试 结果也有一定的差异性。
米用H ()B () U X 100-003型号（美国o n s e t 公司 生产，精度±0.2 °C )温湿度记录仪对温室内外温度 和相对湿度进行测量，总共布置8个测点，其中室内 7个，室外1个，均布置在温室长度方向的中间位 置，具体的测点布置如图2所示。为避免太阳辐射 等环境因素影响温湿度传感器测量的准确度.在记 录仪外部罩上表面粘贴铝箔的纸杯。
单M 膜+双层幕布 Single film+d<ml>lp srreen
1，2，•••, and 8 are temperature and humidity measuring points.
图2
温湿度测点分布示意图
Fig. 2 Distribution diagram of measuring points
2 结果与分析
2.1 室外环境
试验期间室外温湿度变化见图3。每天14:00 前后达到最高温.随后一直下降，次日6:00前后达
到最低值。相对湿度和温度具有耦合性，其一天的 变化与温度变化相反。试验期间多为晴天，室外平 均气温一2. 3 °C ，最高气温15. 6 °C ，最低气温 一 14. 5 X ：；平均相对湿度41. 5%，最大相对湿度 88. 7%，最小相对湿度15. 0%。
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15
温度 Temperaliuv 相对湿度 Relative humidify
1009080
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二
>I U J J u ..>y
70
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-5i M I H J i h l r H
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图  3
测试期间室外温湿度
Fig. 3 Change curve of outside tem perature and relative
humidity
第2期
何芬等：多重保温覆盖连栋温室的设计及性能分析
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2.2 室内环境
2.2.1
温室整体环境分析
测试期间3个测试区温度变化见图4。3个测 试区的整体变化趋势一致，每天14:00—14:30达 到最高温，6:00—7:00达到最低值。1区和2区
3〇 r
之间的温度差异不明，3区与其他2个区相比，差 异较明显。通过对测试数据进行统计，计算分析 室内、外平均气温、日最低气温、夜间平均气温、夜 间室内外温差等指标，对不同测试区内的整体热 环境进行分析和评价。
------3 区 Area 3
------ 2 区 Area 2
1 区 Area 1
12-27 12-29 01-01 01-03 01-05 01-07 01-09 01-11 01-13 01-15 01-17 01-19 01-21 01-23
口期 Dale
图4卫生间瓷砖选择
测试区温度变化
Fig. 4
T em p era tu re  change of test areas
2.2.2日平均气温和最低气温分析
气温直接影响室内作物的生长，持续的低温有可能日平均气温指〇:〇〇—24:00时间段内空气温度 造成作物冻害。室内外日平均气温和最低气温等统的平均值，是温室热环境的一项基本指标。日最低
计结果见表1。
表丨室内不同测试区及室外日平均气温和日最低气温
T able 1
Daily average tem perature and daily minimum tem perature in different test areas and outside
统计项目 Statistical project
特征Characteristic
测试区T est areas
室外Outside
1区 Area 2区1
Area 23区 Area 3日平均气温/°c
最高Max 12. 312. 98. 2  2.3Daily average tem perature
最低Min 8.89. 1  3. 9-5. 7平均 Average 10. 811.1  6. 1-2. 3日最低气温/°c
最低Min    2. 8  5.2-1.4-14. 5Daily m inim um  tem perature 平均 Average 7.4  6. 9  1. 4—6. 2分段计日最低气温的日数/d <5 °C 3025—Day num ber of each daily    5 〜12 0C 23261—minimum tem perature
>12 °C 000—室内气温<5 °C 日平均时长/h
Average daily duration of tem perature ^5 °C
0.2
12
—
由统计分析数据（表1)可以看出：测试期间为 的日平均气温的平均值维持在6. 0 °C 以上，其中 北京
冬至前后室外最冷时段，室外的日平均气温的 2区的日平均温度高于1区0. 3 °C ，差异不大；1区 平均值为一2.3 °C ，最低值为一5.7 °C 。3个测试区
和2区的日平均温度均高于3区4〜5 °C ，差异明聊天记录删除了还能回来吗
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一i s  I  I  I  睡 睡 I  I  T  I  I  I  I  I  I
12-27 12-29 01-01 01-03 01-05 01-07 01-09 01-11 01-13 01-15 01-17 01-19 01-21 01-23
口期 Dale
图5
测试期间室外、室内顶部、内遮阳下的温度变化
Fig. 5
T em p era tu re  change of outside, inside top and under the solar shading screen
显。3个区的日平均最低温度除3区低于5 °C 外， 其他2个区在8 °C 以上。从日最低气温看，3个区 日最低气温的最低值差异较大，3区仅有一 1.4 °C ; 2区最高，达到5.2 °C 。分段计日最低气温的日数. 在测试的26 d 时间内，3区最低气温<5 °C 有25 d , 室内气温<5 °C 日平均时长达到12 h ;2区日最低 气温均在5〜12 °C ，且没有<5 °C 的时段；1区日最 低气温<5 °C 仅3 d ，其余时段均在5〜12 °C ，室内 气温<5 °C 日平均时长仅为0.2 h 。由以上数据可 知，]区和2区的温度环境和保温效果明显优于
3区。1区和2区在无加温条件下可满足叶菜生长 需求，3区可通过增加临时辅助加温设施满足叶菜 的生产；3个区均无法满足喜温果菜（番茄、黄瓜等） 的温度环境需求。
2. 2. 3 夜间曰平均气温和室内外温差分析
试验温室无任何辅助加温设备.主要靠白天太阳 辐射A 然升温，夜间靠内外双层膜、双层幕布等多重 覆盖保温。因此夜间温度状况能较好反映温室的保 温性能。夜间温度的计算时段为20:00—次日8:00, 具体夜间日平均气温等统计数据见表2。
表2
室内不同测试区夜间温度性能
T able 2
Night tem perature performance of different test areas
统计项目 Statistical project
测试区T est areas
特征Characteristic
1区 Area ]
2区 A rea \3区 八 rea 3室外
()ulside
夜间日平均气温最高Max 10. 99. 3  5. 3-9. 4Daily average 最低Min    6. 5  6. 70. 49. 5tem perature at night 平均 Average 8. 48. 3  2. 6-1.5夜间室内外温差
最高Max 21. 020. 013. 7一T em pera ture  difference at night 最低Min    4. 4  5. 7  1. 7—between inside and outside
平均 Average
15.0
14. 7
9. 0
—由表2看出，3个区的夜间日平均气温的平均 值最低的是3区，仅2.6 t ；,l 区和2区均在8 °C 以 上，且比3区高5 °C 以上。从夜间室内外温差统计 数据看，1区和2区的夜间室内外温差的平均值在 14 °C 以上•比3区高5〜6 °C 。由此可知，1区和 2区的保温性能M 好，3区的保温性能最差。
2.3多层覆盖对温度环境的影响
微博加粉试验温室顶部采用铝箔网材质的内遮阳，测试及 统计室外、室内顶部（测点1)、内遮阳下（测点2)3个 区域的温度，分析内遮阳对温度环境的影响。由图5 可见.通过顶部薄膜镫盖、设置内遮阳，室内顶部和内 遮阳下温度较室外高。室内顶部平均温度为0.4 °C .
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25宰内顶部 TIiMop of inside greenhouse
内遮阳下 Under 丨h f* inner solar-shading srret 宰夕卜Outside
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