数字驱动温室设计与作物生产助推设施农业高质量发展

设施农业是事关粮食安全和主要农产品供给的“国之大者”。习近平总书记在2022年“两会”期间提出,要树立大食物观,“要向森林要食物,向江河湖海要食物,向设施农业要食物”;党的“二十大”报告明确要求“树立大食物观,发展设施农业”;2023年中央一号文件又指出,要发展现代设施农业,实施设施农业现代化提升行动;可见,国家连续多年把设施农业发展放在重要位置,而在国家农业化强国战略的背景下,加之信息化、科技化、数字化技术的发展,以数据驱动设施农业发展是其走向现代化的必由之路。鉴于此,本期业界观察将就“数字驱动温室设计与作物生产,助推设施农业高质量发展”主题展开探讨,主要内容包括我国数字化设施农业发展概况、数字化在设施农业中的应用、数据驱动设施农业发展中面临的挑战及展望等,以期给业界仁人提供参考。

地中热交换系统对园艺设施夏季降温效果探究

地中热交换系统很早就在园艺设施的蓄热保温方面有较多应用.本文针对地中热交换系统对园艺设施的夏季降温效果开展试验研究,在杨凌、张家港、宿迁3地不同类型园艺设施上开展应用试验,分析不同风机流量、不同管径、不同埋深对地中热交换系统的降温效果的影响.初步试验结果表明:管道埋深越大、风机流量越大、管道直径越大,降温效果越好.本研究可为下一步开展多系统的综合降温模式提供研究基础.

设施番茄外观形态及物质累积分配模型构建与验证

为构建适用于日光温室与塑料大棚的设施番茄生长模型,该研究利用保温塑料大棚春茬试验数据,建立以辐热积为尺度的番茄外观形态及物质累积分配模型,并利用保温塑料大棚秋茬和日光温室越冬茬的试验数据验证模型的准确性。结果表明:1)番茄株高模拟值的决定系数R2和均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)分别为0.9074和13.66 cm;2)番茄整株及各器官的干物质质量模拟值的决定系数R2范围为0.8541~0.9751,RMSE为2.87~6.98 g/株;3)番茄整株、地上部以及果实鲜质量累积的模拟值的决定系数R2范围为0.8872~0.9050,RMSE为109.83~171.16 g/株。综上可知,该研究建立的模型可较准确地预测番茄株高与干鲜质量物质累积值,模型的实用性较强,可为设施番茄生产提供理论依据和决策支持。

装配式日光温室柔性复合墙体性能测试与分析

为解决装配式日光温室柔性墙体蓄热能力不足的问题,该研究通过在墙体内侧附加蓄热层的方式,设计了一种集蓄热、保温和防水多功能于一体的装配式柔性复合墙体。首先,通过对多种材料进行综合性能评估,筛选出优质的表层材料和保温材料,将其复合制成柔性保温墙体;其次,将水、沙子、相变水凝胶(phase change hydrogel,PCH)作为蓄热层固定在柔性保温墙体内侧,从而形成柔性复合墙体;最后,在4个模型温室中分别对墙体进行性能测试,以未附加蓄热层的柔性保温墙体为对照(CK),分析试验墙体的蓄热和保温性能。单一墙体材料的性能测试结果表明,表层材料中镀铝编织布、黑色淋膜毡抗拉性能好且不透水,断裂强力分别为1.06、0.56 kN,断裂伸长率分别为30.99%、65.91%;保温材料中再生棉、太空棉和空气柱保温效果较好且使用成本低,热阻值分别为0.30、0.50、0.76(m^(2)·℃)/W。柔性复合墙体的性能测试结果表明,所有处理中5 kg/m^(2) PCH柔性复合墙体的蓄热和保温性能最佳,热阻值为2.50(m^(2)·℃)/W,单位面积累计吸热量与放热量分别为1.48、1.13 MJ/m^(2);在典型晴天和阴天条件下,该处理的夜间室内平均温度分别比CK提高了3.08、1.87℃。上述分析结果表明,通过在柔性保温墙体内侧附加相变蓄热层的方式,能够增强墙体的蓄热和保温性能。研究结果可为今后装配式日光温室柔性复合墙体设计及材料选择提供理论依据。

基于温室酿热补气的棚体式发酵装置应用研究

[目的]为解决目前我国农业废弃物数量庞大、资源化利用率低,以及冬季寒冷地区设施蔬菜生产温度低、CO_(2)不足等问题,本文设计出一种棚体式生物质发酵装置。[方法]该装置包括发酵棚体(长6 m、宽5 m、脊高2.8 m)、强制换热装置、室内加热管道3部分。以玉米秸秆和羊粪为原料进行分层堆放发酵,探究发酵装置的酿热性能,对设施温室热环境、气体环境和生产的影响,以及经济效益。[结果]该发酵装置内堆体的温度50℃以上共计65 d,产热效率达到74.94%;与对照温室相比,温度高1.04℃以上;堆肥发酵过程中,使用气体过滤装置及CO_(2)回收系统,其全球增温潜势(GWP)指数下降96.98%;与对照温室相比,CO_(2)浓度增加2270.58 mg·m^(-3);加热区番茄的可溶性蛋白和维生素C含量分别比对照区增加24.6%和29.2%,番茄红素含量比对照区增加71.3%。生物发酵装置运行可提高单株产量5.99%。增加收入8712元。[结论]寒冷地区应用棚体式生物质酿热装置可为日光温室提供热量和作物生长所需的CO_(2),而且生产应用价值较高。

不同砧木对西瓜断根嫁接苗生长发育的影响

为了筛选适合西瓜断根嫁接的砧木,以早佳(8424)西瓜为接穗,其自根苗为对照,以杂交南瓜京欣砧2号、瓠瓜亲抗水瓜和野生西瓜勇士为砧木,研究了不同砧木对西瓜断根嫁接苗生长发育和根系形态的影响。结果表明,3种砧木断根西瓜嫁接苗之间砧穗疏导能力均无显著差异,但京欣砧2号砧木断根嫁接成活率最高,为89.9%。与自根苗相比,3种砧木断根嫁接苗均提高了植株的株高、茎粗、根冠比、壮苗指数和叶绿素相对含量,京欣砧2号砧木壮苗指数显著高于亲抗水瓜和勇士砧木,且京欣砧2号砧木断根西瓜嫁接苗具有更好的根系形态和更强的根系活力。综上所述,西瓜断根嫁接采用京欣砧2号作为砧木效果最佳,适宜在生产上推广应用。

基于模糊Borda组合评价法筛选适宜基质袋培的螺丝椒品种

【目的】筛选适合基质袋培的高产优质螺丝椒品种,为陕北地区无土栽培辣椒的发展提供依据。【方法】以20个螺丝椒品种(丝路新星、丝路之星、楼兰之星、特早一尺长、中农青螺王子、陇旋339、博收019、HP29017、HP29037、HP29047、HP29082、西域长龙、久保田螺椒王、金椒6号、金椒8号、金椒9号、金椒12号、博陇(37-94)、茎毛802和沃尔斯天萝)为试材,进行基质袋栽培,测定并比较分析各品种辣椒果实的单果质量、果皮厚度、果实长度、维生素C含量、可溶性蛋白含量、游离氨基酸含量、还原糖含量、可溶性总糖含量、硝态氮含量和产量等10项指标,对各指标的相关性进行Pearson分析。同时,采用主成分分析法、TOPSIS分析法、隶属函数分析法和灰色关联度分析法对各品种螺丝椒的产量和品质指标进行评价,经事前一致性检验(Kendall-W)后,采用模糊Borda评价法进行组合评价,以筛选出适合陕北地区基质袋培的螺丝椒品种。【结果】20个螺丝椒品种的单果质量为25.62~52.83 g,以陇旋339最大;果皮厚度为1.58~2.17 mm,以沃尔斯天萝最厚;果实长度为19.42~30.55 cm,以HP29082最长;维生素C含量为276.37~1058.09 mg/hg,以金椒8号最高;可溶性蛋白含量为0.97~1.61 mg/g,以金椒12号最高;游离氨基酸含量为393.78~969.69μg/g,以沃尔斯天萝最高;还原糖和可溶性总糖含量分别为3.82%~6.65%及9.87%~13.91%,均以博收019最高;硝态氮含量在各品种间无显著性差异;产量为9625.98~84600.00 kg/hm^(2),以丝路新星最高。4种单一综合评价方法的评价结果存在差异,主成分分析法的评价结果与其他分析方法评价结果的相关性较弱,其余3种单一评价方法间评价结果的相关系数通过了Kendall-W协和系数事前检验,具有相容性,可进行组合评价。模糊Borda组合评价方法的评价结果通过了事后检验,具有可信性,其评价结果显示排名前5位的螺丝椒品种为丝路新星、HP29047、丝路之星、陇旋339和博收019。【结论】丝路新星、HP29047、丝路之星、陇旋339和博收019为适宜陕北地区基质栽培的螺丝椒品种。

不同砧木对早佳84-24西瓜产量、品质和矿质元素吸收的影响

为了掌握不同砧木对西瓜产量、品质及矿质元素吸收的规律,本试验以南瓜(京欣砧2号)、瓠瓜(亲抗水瓜)、野生西瓜(勇士)为砧木,嫁接早佳84-24西瓜,测定分析了西瓜的形态指标、产量、品质指标和对氮、磷、钾、钙、镁的吸收。结果表明:3种砧木均提高了西瓜的单瓜重,其中京欣砧2号砧木嫁接西瓜的单瓜重最大,为3.75 kg。砧木类型对西瓜果实的可溶性固形物含量无显著性影响,但维生素C含量均降低,番茄红素含量增加,亲抗水瓜嫁接西瓜果实中的瓜氨酸含量最高。京欣砧2号显著提高了植株对氮、磷、钾、钙、镁的吸收,在3种砧木中表现最好,亲抗水瓜促进了氮、磷、钾的吸收,勇士促进了氮、钾、钙、镁的吸收。因此,京欣砧2号是西瓜生产中适宜的砧木。

不同结构主动蓄热墙体日光温室传热特性

主动蓄热墙体日光温室具有良好的蓄能效果,对改善日光温室内的热环境起到了重要作用。但是对其如何有效地提高了温室的储能效率的特性和机理研究还有待进一步探索,以及如何进一步优化其性能,明确设计指标需要深入研究。该文在深入研究日光温室热量散失规律的基础上,构建了传统主动蓄热墙体日光温室(G1)、回填装配式主动蓄热墙体日光温室(G2),并试验测试了G1和G2主动蓄热循环系统的进出口温湿度、墙体表面热流密度、室内气温等参数,详细分析其传热规律和特性。结果表明:典型晴天(2017年12月31日)蓄热时段G1、G2主动蓄热循环系统的进、出口平均温差分别为10.2、11.6℃,平均蓄热热流密度分别为90.21、141.94 W/m2;典型阴天(2018年1月14日)放热时段G1、G2的进、出口平均温差分别为1.8、2.3℃,平均放热热流密度分别为7.48、5.66 W/m2。对墙体内主动蓄热循环系统的传热特性进行分析,G2的主动蓄热循环系统的蓄、放热量均较G1多。对后墙除主动蓄热系统以外的墙体外壁面被动传热特性进行分析,典型晴天蓄热阶段G1、G2整日的蓄热量分别比放热量多142.01、281.55 MJ;典型阴天放热阶段G1、G2的蓄热量分别比放热量少51.36、29.05 MJ,G2白天蓄热量较多、夜间放热量较少,表明G2墙体的长期储热能力较G1更高,更有利于温室在长时间低温寡照天气条件保持更稳定的室内温湿度环境。该文可为主动蓄热日光温室结构优化及热负荷设计提供理论和实践参考,并为主动蓄热日光温室的进一步发展奠定研究基础。

基于多指标协同的草莓水肥耦合综合调控

为探寻草莓最优水肥组合,设置灌水和施肥二因素三水平共9个处理,分析不同水肥耦合对草莓产量、果实品质、水肥利用效率多个指标的影响。引入AHP层次分析法和熵权法对3类因素9个指标进行多层赋权,运用基于博弈论的组合赋权法获得各单一指标最终权重,基于TOPSIS法构建草莓综合生长评价体系,并以高产、高品质、高效为目标建立草莓水肥耦合响应数学模型。结果表明,水肥耦合作用对草莓的单果质量、产量、水分利用效率和肥料利用效率的影响极显著,对品质无显著影响。中水、高肥灌溉下草莓的单果质量最大,中水、中肥灌溉下草莓的产量和可溶性糖含量最优,中水、低肥灌溉下草莓的糖酸比和可溶性蛋白质含量表现最优,低水、中肥灌溉下草莓的可溶性固形物含量、水分利用效率和肥料利用效率最优,低水低肥灌溉下草莓的维生素C含量最大。综合协调各指标,赋权值最高为产量(0.2641),最低为可溶性蛋白质含量(0.0595);多指标综合评价最优水肥处理为中水中肥(T5)。解析草莓综合生长对水肥耦合的响应模型,灌水量及施肥量的单因素效应均为开口向下的抛物线;当灌水量编码值为-0.23(2375.1 m^3/hm^2)、施肥量编码值为-0.02(1825.88 kg/hm^2)时,草莓综合评分最高。以综合评分最大值的90%划分水肥耦合闭合区域,得到最佳灌水和施肥区间分别为灌水量2268~2520 m^3/hm^2、施肥量1759.88~1869.87 kg/hm^2。

基于灰色关联与TOPSIS耦合模型的甜瓜水肥灌溉决策

为对设施甜瓜高效集约化生产实施准确有效的水肥管理,以“千玉六号”甜瓜为对象,于2020年4-7月在陕西省杨凌区的双层大跨度温室内进行试验,设水肥两因素,依据蒸腾蒸发量(ET_(c))和目标产量法设计3个灌水量(W1:低水,75%ET_(c);W2:中水,100%ET_(c);W3:高水,125%ET_(c))及3个施肥量(F1:低肥,施肥量758.44 kg/hm^(2);F2:中肥,施肥量948.05 kg/hm^(2);F3:高肥,施肥量1137.66 kg/hm^(2)),研究不同水肥条件对甜瓜生长、产量、品质及水肥利用效率的影响,运用综合评价方法确定最优灌水施肥制度。结果表明,水肥耦合对甜瓜各指标的影响不同,基于博弈论的组合赋权法对甜瓜生长、产量、品质及水肥利用效率4类因素12个指标进行综合赋权,其中总产量权重最大,为0.343,游离氨基酸含量最小,为0.007。基于灰色关联与TOPSIS耦合模型进行综合评价,中水中肥处理下复合贴近度最佳。水肥配施对甜瓜综合生长的交互作用显著,灌水量及施肥量对甜瓜综合生长的调控均呈先增加再降低的趋势,与实际生产相符。当灌水量为810.52~990.64 m^(3)/hm^(2)、施肥量为853.25~1042.85 kg/hm^(2)时甜瓜综合生长得分最高,为最优的水肥配施方案。本研究可为当地设施甜瓜生产中水肥科学管理提供依据。

保温被投影对塑料大棚室内光环境及番茄生长性能的影响

保温塑料大棚屋顶保温被夜间有助于减少室内热量流失,但其白天会在室内形成一条阴影带,为了探明室内阴影带的变化以及其对番茄生长发育的影响规律,以陕西杨凌地区18 m跨度非对称保温塑料大棚为试验对象,计算分析了室内栽培区阴影带在一年中的变化规律,同时测试了北屋面水平投影区域和南屋面水平投影区域的太阳辐射,研究不同栽培区域番茄株高、茎粗、叶片光合参数以及番茄单株产量的差异。结果表明:1)与南屋面水平投影区域相比,北屋面水平投影区域晴天、阴天分别有38.9%、27.9%的太阳辐射被遮挡;2)全年北屋面水平投影区域有阴影的天数为231 d,最大遮荫面积可达146.8m^(2),占总栽培区域面积的13.2%;3)南屋面水平投影区域番茄叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率以及水分利用率显著(P<0.01)高于北屋面水平投影区域,平均单株产量要比北屋面水平投影区域高29.5%。总的来说,保温被投影降低了室内北侧栽培区域的太阳辐射,同时也降低了番茄的光合特性及产量,这为优化保温塑料大棚结构参数设计提供了更为深入的理论基础。

主动蓄热日光温室不同气流方向后墙传热CFD模拟

日光温室是一种能源高效利用型的温室结构,在中国北方的设施园艺产业中起到了非常重要的作用,其中主动储热日光温室结构是最近该领域研究的热点问题之一。针对高效主动储热风道的研究问题,该文构建了3种不同气流运动方式的主动蓄热日光温室后墙模型,分别是顶进顶出气流运动方式的主动蓄热日光温室后墙(W1)、侧进侧出气流运动方式的主动蓄热日光温室后墙(W2)、侧进顶出气流运动方式的主动蓄热日光温室后墙(W3)。在W1工况下对比试验数据及数值模拟数据发现,平均相对误差为6.7%,最大相对误差为13.4%,说明该文所建模型的数值模拟与试验数据有很好的一致性;进一步模拟结果表明,进口条件一致的情况下,W1、W2、W3在主动蓄热循环系统运行阶段的有效蓄热范围分别为700～800、500～600、600～700 mm;W1、W2、W3的出口平均温度分别为17.3、18.9、18.2℃,进一步计算得到,3种工况下,内部空气流的努塞尔特数分别为40.95、35.25、35.30;3种不同气流循环运动方式下,温室后墙的对流换热强烈程度表现为W1最大,W3其次,W2最小。该研究为设计主动蓄热日光温室墙体气流循环运动方式提供了理论依据和试验参考。

采用综合评价模型优化樱桃番茄的灌溉与钙镁肥组合

【目的】钙、镁肥效果既互相影响又受灌溉量影响。尝试用综合评价模型优化包括钙、镁和水等多因子的配施方案,为樱桃番茄高效生产提供指导。【方法】水、氮、钾、钙、镁五元二次正交旋转组合设计(1/2实施)微区试验在陕西杨凌大棚内进行,供试樱桃番茄品种为‘粉妹1号’,共36个处理。测定樱桃番茄生长、产量、品质、水肥利用率等共21个指标。采用Pearson相关性分析、组合评价方法对指标进行分级、综合评价,构建樱桃番茄综合评分对5个因子水平的响应模型。【结果】构建了包含14个指标的樱桃番茄综合评价体系;组合赋权确定了各指标最终权重,其中产量权重(0.2324)最大,净光合速率权重(0.0183)最小,这表明产量是对试验因子变化最敏感的指标。通过整体差异综合评价,发现樱桃番茄的综合评分随灌水量和氮肥水平的增加呈先增加后降低的趋势,灌水量0水平与–2和+2水平处理之间的差异显著大于氮肥水平之间的差异,随钙肥水平的增加略呈先增加后降低的趋势,而随钾和镁肥水平的增加几乎无显著变化。采用降维分析,当水、氮和钾处于0水平(适当水平)时,樱桃番茄的综合评分以钙和镁为0水平附近时最高;考虑5个因子的交互作用,基于整体差异组合的综合评分最优区间为:灌水量56.26~59.03 L/株、N 6.05~7.03 g/株、K2O 5.97~6.50 g/株、CaO 2.92~3.30 g/株、MgO 0.58~0.64 g/株。【结论】采用综合评价模型可以兼顾生长、产量、品质和资源利用率,提出最优的水肥组合方案。本试验提出的樱桃番茄适宜施肥区间验证了该方法的可行性。

光质对番茄果实品质及挥发性物质的影响

以‘金棚朝冠’为实验材料,研究植物工厂内不同比例红蓝光(R、2R1B、1R1B、1R2B和B)(白光为对照组)处理对番茄单果质量、主要品质性状及挥发性物质的影响。结果表明:2R1B(红光∶蓝光=2∶1)处理可以显著提高番茄单果质量以及可溶性蛋白、抗坏血酸和番茄红素的含量,R(红光)处理条件下可溶性固形物含量、可滴定酸质量分数和糖酸比均显著高于白光对照(P<0.05)。利用顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱联用对番茄果实的挥发性物质进行测定,发现与其他比例的红蓝光处理相比较,R和2R1B提高了挥发性物质的总量。本研究结果为利用不同光质提高番茄果实品质和风味提供了理论依据。

非对称保温塑料大棚内主动通风式酿热补气系统应用初探

为提高保温型塑料大棚室内空气温度、CO_(2)浓度,该研究在非对称保温塑料大棚内部设计了一种便于控制通风时间的主动通风式酿热补气系统,该系统主要包括发酵池(长×宽×高:7.0 m×2.0 m×2.0 m)、透气板、过滤装置及喷灌装置。以牛粪和小麦、玉米和番茄秸秆为原料,探究了堆肥发酵过程中的温度特征、棚内增温效果、CO_(2)补充效果及其他有害气体扩散特征。结果表明:1)该系统内堆体温度50℃以上共计30 d;2)与对照塑料大棚相比,试验塑料大棚提高夜间空气温度1~3℃;3)堆肥过程中释放的CO_(2)气体使182 m^(2)测量区域内的平均CO_(2)浓度最高达到1997μmol/mol;4)测量区域内NH_(3)、N_(2)O、CH_(4)的浓度变化范围分别是5.7~18.5、1.0~2.4、115~315μmol/mol。主动通风式酿热补气系统可为保温型塑料大棚提供热量和作物生长所需的CO_(2)。

基于模糊Borda法的番茄营养液滴灌频率研究

为实现设施番茄准确有效施肥管理,以改良金棚8号番茄为试验材料,常规基质栽培番茄营养液管理方式为对照(CK),将番茄结果时期与营养液滴灌频率2因子完全交互耦合,番茄结果期划分为结果前期(第3穗果坐果~第1穗果成熟)和结果后期(第1穗果成熟~第5穗果成熟),各结果期滴灌频率均设置1、3、5次/d共3个频率(供应营养液总量相同),共10个处理,研究不同耦合处理对番茄不同层果实品质和产量的影响。利用主成分分析法、逼近理想解排序法、隶属函数分析法、灰色关联度分析法4种单一综合评价方法对番茄多层果实进行品质-产量单一算法综合评价,对通过事前一致性检验(Kendall-W)的单一综合评价结果进行模糊Borda组合评价,确定最优营养液滴灌频率方案。结果表明,耦合处理能显著增加番茄产量,不同层果实品质指标最优时,对应的耦合处理不同。4种单一综合评价方法的排序结果存在差异,Kendall-W一致性检验的协和系数为0.920,满足模糊Borda组合评价条件。主成分分析法与模糊Borda法的排序结果相关系数最高,为0.988。基于模糊Borda组合评价方法得出,结果前期1次/d、结果后期3次/d的滴灌频率可兼顾番茄获得较高产量和多层果实品质较优,为最优的营养液滴灌管理方案。本研究结果为设施番茄生产营养液科学管理提供依据。

基于产量品质及水肥利用率的袋培辣椒水肥耦合方案

为探究水肥耦合对袋培辣椒产量、果实品质、水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)和肥料利用率(Fertilizer Use Efficiency,FUE)的影响,构建袋培辣椒水肥精准化管理模式,该研究以‘博陇(37-94)Bolon RZ F1’辣椒为对象,设3种灌溉水平(基质相对含水量70%~75%(W1)、55%~60%(W2)和40%~45%(W3))、3个营养液浓度水平(设置150%(F1)、100%(F2)、80%(F3)标准山崎辣椒营养液浓度)和2个营养液供应量(正常供应、减量供应(每次辣椒采收前6 d营养液减量40%供应))三因素耦合,共18个处理,分析各因子及其耦合效应,建立综合评价辣椒产量、WUE、FUE及果实综合品质的多目标优化模型,并利用遗传算法多目标优化法对该模型进行寻优。结果表明:灌溉量和营养液浓度单因子及其耦合效应均对辣椒产量、WUE和FUE有显著性影响,产量、WUE和FUE均随灌溉量和营养液浓度的增加先增加后降低;利用Topsis法对各处理的果实品质进行综合评价,营养液减量供应可在维持产量和WUE较高的基础上,显著提高辣椒果实综合品质和FUE;营养液减量供应下W2F2处理的辣椒产量、WUE和FUE最高,营养液减量供应下W2F1处理果实综合品质最好。遗传算法多目标优化法寻优表明营养液减量供应结合W2F2处理效果最佳。该试验条件下,高产优质的袋培辣椒水肥耦合方案为:通过灌溉将基质相对含水量控制在55%~60%,施用100%浓度的标准山崎辣椒营养液,且每次辣椒采收前6 d营养液减量40%供应。该模式下的辣椒产量达到87930.52 kg/hm^2,果实品质综合评价贴合度达到0.742,WUE和FUE分别达到41.14 kg/m^3和38.83%,此结果可为辣椒高产优质且水肥科学管理提供指导依据。

不同新型日光温室结构在江苏省苏北地区的性能测试分析

为提高江苏省苏北地区日光温室冬季保温蓄热性能,设计建造斜面骨架式日光温室(G1)、主动蓄热型日光温室(G2)等2种新型日光温室结构,以当地传统日光温室(G3)为对照温室,测定3种温室冬季内部光热环境参数。试验结果表明,连续晴天条件下,G1、G2、G3的夜间平均气温分别为12.5、12.6、11.1℃;连续阴天条件下,3座温室的夜间平均气温分别为10.6、11.9、10.0℃;连续31d(2018年12月22日至2019年01月22日)的测试结果表明,3座温室的气温总体表现为G2略优于G1,G1、G2均优于G3;可满足黄瓜的越冬生产需求。G2温室的主动蓄热循环系统在典型晴天的蓄热性能良好,夜间可以起到良好的放热效果,有利于温室保持较为稳定的室内温湿度环境。因此,主动蓄热型日光温室结构在江苏省苏北地区具有较好的推广价值。

温室储热器隔热层与蓄热工质结构设计与性能分析

为解决因连续雾霾天气或阴雨雪天气而导致温室内温度过低,以及现有日光温室储热器散热量大、跨时蓄热量不足的问题,通过对储热水箱外隔热材料及水箱结构进行优化设计和蓄热工质组合研究,实现了温室储热装置跨时储热、分段缓释放热。实验表明,采用隔热涂料+气凝胶+橡塑保温棉的组合隔热效果较好,其24 h散热量比单一隔热材料减少散热0.367 MJ;设置水箱隔热材料厚度为80~120 mm,采用体积为6~10 m^(3)、高径比为1∶1的圆柱体蓄热水箱,既可保证较低的有效散热率,也能控制工程施工成本;采用复合相变材料组合增大了水箱蓄热量,优化了放热过程,并实现了热量分阶段缓释。建立了水箱有效蓄热量与水箱体积、相变填充体积的计算模型,利用该模型可根据不同地区热负荷和水箱储热时间配置适当的储热水箱。