基于Ecotect的连栋温室夏季遮阳节能优化研究_刘雨洁.pdf

2023.04 科学技术创新基于 Ecotect 的连栋温室夏季遮阳节能优化研究刘雨洁，蒋文杰，高新南*（南京农业大学，江苏 南京）经过长期发展，我国夏热冬冷地区的设施蔬菜生产已形成了以连栋温室为主的生产体系，且占产业总面积超过 40%。在进入 7、8 月份高温季节后，温室内作物的光合作用与呼吸作用失去平衡，易出现高温障碍问题，影响作物的品质与产量。为保证作物生长发育正常进行，解决夏季降温冷负荷大、温室设备运行成本高、蔬菜品质及产量低的问题成为温室栽培的关键。本研究以南京地区为代表，夏热冬冷地区温室典型作物黄瓜为例，根据文献查阅及调查走访确定黄瓜生长的适宜环境，并利用层次分析法（Analytic Hierar-chy Process，简称 AHP）构建评估体系。基于相关指标通过 Ecotect 模拟分析温室内部光热环境，结合黄瓜生长的光饱和点等相关条件，优化夏季高温下外遮阳网的最佳遮光率范围和揭盖网时间，旨在提升连栋温室的经济效益及生态效益，增加作物产量，降低温室能耗。最后通过生命周期评价法（Life Cycle Assess-ment，简称 LCA）从温室建造、作物生产管理两方面对优化后的方案进行节能效果定量计算。1黄瓜生长适宜环境因子的确定1.1黄瓜最佳生长条件评估体系的构建黄瓜生长状况主要由产量、果实大小和病虫害三方面反映，对黄瓜苗期长势影响显著的环境因子为光照、温度和湿度，均为正相关1-2。基于此，采用层次分析法构建了夏热冬冷地区黄瓜最佳生长条件的评估体系，共包括产量高、果实大和无病虫害三部分，其为AHP 层次分析中的一级指标，及其共同对应的 5 个二级指标，分别是适度遮阳、湿度适宜、通风良好、温度适宜和采光良好。具体评价指标体系见图 1。图 1夏热冬冷地区黄瓜最佳生长条件评估体系1.2指标权重的确定通过查阅文献3至文献5及产业经营者调查访问，对黄瓜最佳生长条件评估体系中各指标的重要性进行了两两比较，构建了判断矩阵，然后对每一层次的要素利用和积法进行单层次排序，在一致性检验中得出一致性比率 CR，其值小于 0.1，说明判断矩阵一摘要：长期以来，夏季生产能耗大、产量低一直是制约设施蔬菜发展的瓶颈问题，在确保高质高产的前提下寻求低能耗的温室生产方式是当前设施农业的基本要求之一。针对夏热冬冷地区连栋温室夏季遮阳问题，以南京市某连栋温室为例，采用 Ecotect Analysis 模拟分析温室内部光热环境，结合作物生长的适宜条件，确定夏季外遮阳网的改进方案及揭盖网时间，并通过生命周期评价法得出优化后的遮阳方案能在一定程度上降低能耗，这可为外遮阳网的设计及揭盖网时间的确定提供参考。关键词：连栋温室；夏季遮阳；节能优化；Ecotect；生命周期评价法中图分类号：S625.5文献标识码：A文章编号：2096-4390（2023）04-0207-05基金项目：国家级大学生创新创业训练计划项目（202210307041Z）。作者简介：刘雨洁（2002-），女，本科，研究方向：建筑节能。通讯作者：高新南（1982-），女，博士，讲师，研究方向：建筑节能。207-科学技术创新 2023.04致性良好，指标权重计算结果见表 1。由表 1 可知，光照条件和温度条件的权重占比将近 80%，因而将研究重点放在温室大棚内的温光环境上。为减弱其他因子对研究的干扰，假定选取的温室大棚通风良好，湿度适宜，即不对此两项因子再做分析。表 1黄瓜生长状况评估体系指标权重2夏热冬冷地区连栋温室节能方案的确定2.1连栋温室概况研究对象为江苏南京市某五连栋温室，坐北朝南，占地 1 280 m2，单跨 8 m，总跨 40 m，南北向长32 m；开间 4 m，肩高 3 m，脊高 5 m。该连栋温室以热浸镀锌钢为骨架结构，围护结构为 0.1 mm 厚的聚乙烯（PE）膜。通风降温设备主要为东西两侧各 8 个通风口，距地面 6 m 处的外遮阳网构件，温室内设空调等混合降温装置。其中外遮阳网由高密度聚乙烯通过经线和纬线交织编织，遮光率为 45%。2.2节能改造方案的确定黄瓜为喜温植物，适宜生长在热量充足的地区，对光的需要介于阳生和阴生之间。夏热冬冷地区夏季光照强、温度高，过强的光照会对植株的光合作用产生较大的影响，导致吸收二氧化碳受阻，呼吸强度过大。就黄瓜栽培而言，不同生长发育时期，应采取不同的控温措施，在黄瓜嫁接育苗的过程中，可选遮光率高的黑色遮阳网覆盖，但在后期生长过程即 6、7 月则应以透光率高的遮阳网为主。目前夏热冬冷地区对夏季黄瓜栽培所需遮阳网的要求未作出具体的规范，通常采用针数较高的遮阳网进行遮盖，导致光照不足，黄瓜产量低、果实小，尽管一定程度上降低夏季降温冷负荷，但同时也增加了全生命周期的栽培能耗。因此对遮阳率为 20%50%范围内每变动 5%的不同情况作出研究，并