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日光温室浅层土壤水媒蓄放热增温效果

第27卷 第5期 农 业 工 程 学 报 Vol.27 No.5

258 2011年 5月 Transactions of the CSAE May. 2011

日光温室浅层土壤水媒蓄放热增温效果

方 慧1,2,杨其长1,2※,梁 浩3,王 烁1,2

(1. 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所,北京 100081; 2. 农业部农业环境与气候变化重点开放实验室,

北京 100081; 3. 中国农业大学水利与土木工程学院,北京 100083)

摘 要:该文以太阳能为热源,以水为蓄热介质,以温室浅层土壤为蓄热体,白天通过水的循环将热量收集并储存到温室浅层土壤中,夜间通过土壤的自然放热将热量释放到温室中,提高温室夜间温度。结果表明:此蓄热方法增加了温室的蓄热量,在盖上保温被以后,试验温室与对照温室温差开始增加,平均气温差为4.0℃。试验温室土壤深度60 cm以上区域温度一直高于对照温室,0 cm处夜间平均温差为3℃,30 cm处夜间平均温差为3℃,60 cm处夜间平均温差为5℃。因此,此方法既提高了空气温度,也提高了作物根部土壤温度。 关键词:温室,土壤,温室测量,水媒蓄放热 doi:10.3969/j.issn.1002-6819.2011.05.046

中图分类号:S625 文献标志码:A 文章编号:1002-6819(2011)-05-0258-06

方 慧,杨其长,梁 浩,等. 日光温室浅层土壤水媒蓄放热增温效果[J]. 农业工程学报,2010,27(5):258-263. Fang Hui, Yang Qichang, Liang Hao, et al. Experiment of temperature rising effect by heat release and storage with shallow water in solar greenhouse[J]. Transactions of the CSAE, 2011, 27(5): 258-263. (in Chinese with English abstract)

0 引 言

日光温室中的能量主要通过太阳能获得。白天,太阳辐射到温室后温室内温度比较高,在晴天最高温能达到35℃以上,部分以热量的形式存储在后墙、山墙和土壤中;夜晚,当室内气温下降时,墙体和土壤中蓄积的热量又源源不断地向温室供应。由于日光温室的蓄热和保温能力有限,在温室后半夜温度比较低,难以满足作物生长需求[1-6]。

为增加温室夜间温度,王顺生等在后墙内侧安装太阳辐射集热调温装置,在冬季晴天能将集热器中的水温提高并储存在保温水箱中,夜间利用该热水加热地温,能将地温提高3.2~3.8℃[7]。H.ALl-HUSSAINI等在温室内建造了蓄热水池,水池深5~20 cm,水池内表面涂黑,水池中装满一定浓度的盐水,外面覆上透明塑料膜,利用蓄热水池蓄集的热量加热温室,起到较好的加热效果[8]。 Ì. GRMIADELLIS等提出了在温室中用蓄热介质收集太阳能为温室加热,并验证了其可行性[9]。山本雄二郎提出了温室中采用地下热交换的设想,并在1967 年建造了第一个地中热交换温室进行试验,效果良好,初步确定了其可行性[10]。高仓直和山川健一提出了较为完整的地中

热交换温室的数学模型[11]。马承伟等对单栋塑料大棚地中热交换进行了研究,一般白昼系统运行时,室内空气向管道贮热后,气温可降低6~8℃,空气焓值降低13~20 kJ/kg,夜间室内空气通过管道被土壤加温,气温升高达4~5.5℃,空气焓值增加7~10 kJ/kg [12]。张峰等利用卵石作为蓄热体,应用于南疆地区的日光温室中,取得了蓄热增温的效果[13]。

本文以太阳辐射产生的热量为能源,水为蓄热介质,以温室浅层土壤为蓄热体,白天将温室中的热量通过水收集并传递到温室浅层土壤中储存起来,增加温室蓄热量;夜间通过温室浅层土壤热量的传导与释放,增加温室空气温度。

1 材料与方法

1.1 试验温室概况

试验于2010年1月3日至2010年2月7日在北京市大兴区试验基地日光温室内进行。试验温室为东西走向,坐北向南,温室方位角为0°,后墙高2.5 m,脊高3.2 m,跨度8 m,长75 m,后墙为50砖墙,后墙外表面用5 cm厚的珍珠岩做外保温处理。用双层塑料薄膜做两处隔断将温室内部空间平分成25 m长的3个部分,温室进门处用双层塑料膜隔开,并在操作间进门处挂上保温帘。选取东西两段25 m长的日光温室作为试验温室和对照温室。试验期间温室内没有种植作物。在进行试验之前先测定了试验温室与对照温室基础温度,如图1所示。在晴天早上揭开保温被时,试验温室与对照温室温度波动较大,但在夜间试验温室与对照温室温度温差小,本试验是在夜间进行,故对试验影响不大。

收稿日期:2010-05-17 修订日期:2011-01-12 基金项目:国家自然科学基金资助项目(31071833)

作者简介:方 慧(1983-),女,主要从事设施农业环境工程方面的研究。北京 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所,100081。 Email: fh2002124@http://www.wenkuxiazai.com

※通信作者:杨其长(1963-),男,博士,研究员,博士生导师,主要从事设施园艺环境工程研究。北京 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所,100081。Email: yangq@http://www.wenkuxiazai.com

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