温室夏季降温技术的研究进展及展望

温室夏季降温技术的研究进展及展望

工学院徐俊学号：2011307110019

摘要：本文主要分析了通风降温、蒸发降温、防辐射降温、热交换器的国内外研究现状。最后对降温技术提出了建议。关键词：通风降温；蒸发降温；防辐射降温；热交换器

0 引言

目前，全世界温室产业快速发展，温室使用涉及蔬菜、花卉、果实栽培及畜禽养殖等各方面，但温室使用较广泛的是农作物栽培方面。随着温室的使用，温室栽培产生的各种问题引起人们的关注，至今有关温室的研究已有很多。我国对从国外引进的温室[1]和国内温室[2]的现状及性能都有相关研究。然而，在炎热夏季因温室效应产生的温室内温度超出作物生长所需温度这个问题，不仅使温室的利用效率降低，而且降低了产品的产量、品质和经济效益。温室夏季降温技术是实现温室使用效率高和提高作物综合效益的必然趋势。多年来，王瑄、冉春雨、王本根[3~5]等通过对夏季降温技术研究和发展现状，发现温室夏季降温的必要性。同时，印度[6]、德国[7]等研究者对热带、亚热带气候下温室进行具体分析，明确了温室设计和降温措施对夏季温室降温的重要性。在不同的地区，气候条件不同，温室降温措施也各有差异，同时降温的目的是提高作物经济效益，因此采取的降温措施受当地气候条件、作物生长需求、温室设计参数、温室降温方式等多方面的影响。研究一种适合当地气候、成本合理、效率高的降温技术是提高温室利用效率的有效手段。

1我国夏季降温技术研究进展

温室夏季降温主要原理有通风降温，蒸发

降温，防辐射降温三种基本原理。通风降温可分为自然通风和机械通风两种降温方式，蒸发降温有湿帘降温、细雾降温、屋面喷淋降温、超声波雾化降温、集中式雾化降温等方式，防辐射降温有内外遮阴降温、屋顶涂料降温和太阳辐射调节系统降温效果等。每种降温方式都有自己的优点和缺点，在不断的实践和研究中发现单一的降温方式不能满足温室作物生长的要求，且效率低。几种降温方式的组合可以有效弥补各种降温措施的不足，提高降温效率。目前有关蒸发降温方式的研究很多。

1.1通风降温影响因子及措施

自然通风降温受温室内外空气流动速率和天窗、侧窗的位置的影响。在我国一些地区，冬季气候不寒冷，夏季持续时间长，温度高，不利于温室内热空气的逸出，使室内温度过高。自然通风在一定程度上可以降低室内的温度，但由于室内外温度相差不太，简单的自然通风降温不能满足作物的生长。同时机械通风结合室内外喷水、喷雾可有效降低室内温度但增加室内湿度。采取每个系统降温的优点，将自然通风和机械通风及室内喷水喷雾结合起来可以有效降低室内温度并且不增加湿度。华南农业大学闫恩诚对塑料温室通风降温进行试验研究，得出在华南地区自然通风、机械通风结合室内外喷水、喷雾有效降温和除湿。

1.2蒸发降温的降温效果

在1995年我国湿垫风机发展较成熟，应用广泛，应继续完善同时应开展对细雾降温等其它方式的研究[8]。目前我国有关蒸发降温相当多，如湿帘降温、细雾风机降温、喷雾水膜降温、湿垫风机降温、集中雾化降温等等。虽然蒸发降温方式很多，但因各地气候不同，栽培的作物不同，需要研究发现适合当地具体情况的降温方式。

喷雾降温主要是喷洒水雾，降低温度。水雾可分为干雾、湿雾、弥雾、细雾、粗雾[9]。喷雾按喷嘴压强可分为低压、中压和高压三种，但由于喷雾会加大湿度问题，高压喷雾运用最广。喷雾一方面可以减少用水量、降低温度，另一方面会因操作不当加大室内湿度。2000年赵德菱[10]对温室内高压喷雾系统降温效果初步研究，我国在这方面研究少。集中雾化降温系统与在室内直接喷雾降温相比，由于对空气的降温处理完全均一，其降温效率大大提高。同时避免雾滴淋湿室内动植物或地面，对喷雾设备的要求也大为降低[11]。

温室细雾风机系统的主要设计参数有泵的工作压力、喷嘴高度、细雾的雾化程度，这些参数要合理搭配设计，其中的一个因子设置不当都会影响细雾风机的功能。徐刚毅[12]发现提高喷嘴高度有利于雾蒸发率提高。但是在已有的温室设计中，温室的高度是一定的，对于

栽培作物来说，温室过高不利于温室环境的控制。因此对于温室细雾风机系统的主要设计参数的设计要更详细的分析。

喷雾系统与其它降温系统一起作用，可提高降温效率，但在综合运用时要兼顾相关因素。苗香文[13]对温室喷雾水膜降温系统研究，得出纤维由于其吸水、保水和透气性好且最大蒸发表面积大作水膜材料效果最优。

湿帘风机降温系统不断的完善，除湿是该系统需要迫切解决的，通过通风科降低除去湿气，但湿帘风机还与其受自身因素影响。张树阁[14]对湿帘风机降温系统安装高度对降温效果的影响进行了具体分析，得出湿帘风机降温系统应依作物低高而进行调整。张继元[15]对温室湿垫风机除湿降温系统设计进行了研究得出同样的结论。

1.3防辐射降温应用

防辐射降温运用最多遮阳网降温，因为遮阳网操作方便、成本低、成效快。遮阳网影响因子有温室外的光照强度、温度和湿度。同时覆盖材料对遮阳效果有很大的影响。遮阳网分为内遮阳网和外遮阳网，两者各有优缺点，根据各地气候情况不同而选择最佳的方式。李式军[16]针对中国南方夏季淡季蔬菜栽培，对夏白菜的外遮阳网覆盖栽培进行了技术研究，发现黑网效果比灰网好，为科学研究能够为生产实际提供理论指导。胡燕[17]对华东地区的连栋塑料温室夏季外遮阳网遮阳网降温研究发现温度越高，遮阳网效果越好。内遮阳容易使温室在内遮阳网上部产生高温区，进而影响温室内部总体的温度，通过天窗排风可解决这一问题。余亚军[18]发现上排风+湿垫+内遮阳网可使室内温度降低到作物所需温度。同时，遮阳网和其它降温系统共同使用可更好的利于作物的生长。沈明卫[19]发现连栋温室遮阳网上喷雾系统在天气晴朗、气温高时降温效果显著，多云闷热不明显。总之遮阳网在温室夏季降温中起着重要作用。

除了遮阳网，太阳辐射调节系统是防辐射降温的另一种选择。张继元[20]通过实验得到温室太阳辐射调节系统降温效果温室太阳辐射调节系统适合南方高温高湿的气候条件。太阳辐射能是自然能源，在降温系统中，我们要有效利用太阳能，降低因采用一些降温方式所需的耗能成本。太阳辐射能发展前景广阔，今后应着重这方面的研究，尤其是光照时间长的地区。

2 国外夏季降温技术研究进展

在所阅读的国外有关温室夏季降温技术的文献中，印度对此方面的研究很多，针对当地气候建构数学模型通过实地实验验证进行科学分析，同时对耦合腔流式热交换器系统进行全面分析。以色列、法国、美国、法国、西班牙、日本希腊和德国国家通过对具体作物栽培经济效益分析、脉宽调制控制和数值分析等方法对夏季温室降温系统进行实证研究。

2.1通风降温影响因子及与喷雾降温的组合系统

在温室自然通风中，顶窗和侧窗的位置及多少是影响温室内温度和湿度的重要参数。窗口的开度对温室内温度和湿度均有一定的影响。法国的P.E.Bournet[21]利用数值分析研究了通风系统中通风口的安装并且建立了连栋温室双波段辐射模型的能量变化。发现顶窗的配置和侧窗的位置强烈影响了室内通风和温室小气候参数。

在自然通风中安装低压喷雾系统或高压喷雾系统，都能使有效降低室内温度。但在降低温度的同时，更要使效率更高，成本更低。经研究在自然通风温室内，高压喷雾系统比低压喷雾系统蒸发效率高、降温效率也高[22]。但在不同的地区，自然通风和喷雾系统的组合的效果不同，应根据实地情况采取最优的降温组合方式。

在自然通风温室内安装喷雾系统能有效降低室内温度，同时自然通风降低室内温度。喷雾时降低室内的温度，当喷雾停止时，通过自然通风降低室内的湿度，适当的喷雾时间和喷雾停止时间可使室内温度和湿度更好的满足作物的生长。日本研究者针对自然通风温室下喷雾环境的动态模拟得出最佳的间歇时间，提供了夏季炎热条件下间歇喷雾的动态数学模型，为相关研究提供参考。

机械通风中风机的安装是降温的主要影响因素，安装过高不能有效降低作物的温度，过低其风力会影响作物的生长。机械通风在运行过程中消耗能量，如果与喷雾系统相结合，可节省能源。在组合系统中，喷雾管口的高度是又一个影响因素。根据以色列学者对机械通风和喷雾结合的温室降温方法进行了研究，得出在机械通风和高压喷雾系统相互作用下下，温室内气候条件分布均匀，室内温度和相对速度满足作物生长需要。

2.2 蒸发降温的降温效果

国外研究蒸发降温主要针对喷雾降温系统、湿垫风机系统和温室外遮阳水膜等方式。同时在连栋温室内安