张 娟，崔世茂，张丽红，路 艳，潘 璐，王红飞，宋 阳**

（1.内蒙古农业大学园艺与植物保护学院，呼和浩特 010010；2.内蒙古自治区设施园艺工程技术研究中心，呼和浩特 010010；3.赤峰喀喇沁旗农牧局，内蒙古赤峰 024499；4.赤峰敖汉旗农牧局，内蒙古赤峰 024399）

温室生产是发展乡村振兴，巩固扶贫成果，切实解决三农问题的重要途径之一。乡村振兴必须发展产业，产业发展了，农民有活干、能挣钱，收益好才能可持续发展。温室生产主要集中在北方寒冷地区，可以在北方实现一年生产多茬，现代温室生产技术还可以在盐碱地、荒地、沙地和坡地进行园艺产品的生产，节省大量土地生产粮食，而且产值要高出大田农作物数倍。由于北方地区寒冷，极大地限制了设施园艺的正常生产，人工加温又增加了生产成本，而且对环境保护也无益。北方寒冷地区温室的采光、保温和蓄热成为温室生产的重要突破点。本文根据多年来在内蒙古高寒地区研究日光温室的经验，总结讨论了与温室节能密切相关的光照、保温和蓄热等问题。

采光节能

温室的温度和植物光合作用的能源主要来源于太阳光，若没有光，温室效应及保温蓄热也就无从谈起，植物也就无法生长发育。因此，要想保温蓄热，首先要解决好温室的采光和温室采光角度等问题，对此前人已有许多研究，但在生产细节上还要注意以下4 个方面。

温室结构

日光温室的后坡、后墙和东西山墙在冬季的保温方面起到了重要作用，但在春夏秋三季遮挡了大量的光线进入温室，严重影响了温室内作物的光合作用，这也是日光温室产量低于连栋温室的主要原因之一。针对普遍存在的遮光问题，笔者团队设计了冬（温）室夏（大）棚的结构（图1）。春夏秋季后面保温被可以卷起，实现透光和通风的目的，特别寒冷地区可再加一层内保温被进行保温防寒。内架后部水箱改为软塑料水管横置，冬季注水，春夏秋排出水，保证透光和通风，或者下层水箱，上部横置4～5 层软塑料蓄水管。东西两侧山墙采用“三膜两被”覆盖，春夏秋保温被可落下透光。其优点是全年采光好，夏季通风降温好，冬季保温蓄热、防雪灾性能强。基础采用地锚钢过梁基础，组装式可移动结构，不破坏耕作层。智能连栋温室建造时，屋脊东西走向适合北方高寒地区的冬季采光，保证在10:00～16:00 进光量最大且光照均匀。

图1 冬（温）室夏（大）棚结构剖面图/mm

透光覆盖材料选用与清洁

选用透光好的PO 膜（图2），必要时每年更换。风沙大尘土多的地区要及时清理膜面的尘土（图3）。

图2 应用不同透光覆盖材料效果图

图3 透光覆盖材料利用漂浮带除尘

保温被起放时间

白天保温被要起到最高点，尽可能不遮光，多进一份光就多一份热。保温被的起放时间要根据作物需求，保证作物不受影响的前提下，早揭晚落。

合理密植

采用大行距小株距的单行种植模式，保证后墙或立面蓄热体和地面尽可能多接受光照，多蓄热。

保温节能

高寒地区温室保温是实现冬季生产、提高温室收入的重要手段。为了保证冬季能生产喜温性果类菜，需要进行人工加温。有的则加厚外保温被，其保温性虽然提高了，但受雪灾危害的风险也增大了。2021 年内蒙古通辽和赤峰地区，大雪压塌、受冷冻灾害的日光温室超过1 万栋，2008 年和2012 年两次大雪压塌日光温室也超过了1 万栋，损失惨重。为了解决这些问题，笔者团队在保温方面做了以下研究。

日光温室保温

日光温室外保温改为内保温（图4～6），这在风大的寒冷地区尤为重要，风速大带走的热量更多更快，特别是瞬时负压引起的保温被上下运动，使得膜与被之间形成气流，加速了热量的散失。而内保温的设计隔绝了风直接吹到保温被上，在膜与被之间形成了静止空气层，可有效地提高保温效果。特别寒冷地区可采用内外双层保温被设计[1]（图7～9），下雪时拉起外保温被，夜间雪停后再放下外保温被，也可以在外架下吊挂1～6 层的多层保温幕布（图10），白天拉开，夜间关闭。温室四周地下埋设80～180 cm 深、10 cm 厚的聚苯板隔热，防止地下热量向外传导。

图4 双膜单被日光温室/mm[2]

图7 双膜双被日光温室/mm[2]

图8 双膜双被日光温室外观

图9 双膜双被日光温室内部

图10 外架下挂多层保温幕

连栋温室保温

将连栋温室内顶部的内保温幕布和遮阳网改为两层内保温，上层为太空棉内保温被，下层采用1～6 层连体膜，四个立面为太空棉内保温被和一层塑料膜（图11～12）。保温被白天拉开，夜间闭合，可以单独控制。2015～2017年内蒙古乌海3000 m2塑料连栋温室内，在外界为-22～-20 ℃的条件下，接入城市集中供热管道，室内气温维持在15℃以上，比以往保温幕布和遮阳网的配置提高了12～13℃，2018 年在内蒙古包头农科院10000 m2连栋玻璃温室、2019 年在包头土默特右旗30000 m2连栋玻璃温室中，冬季按热量收费，费用为50 元/m2，保温节能效果较好。

图11 智能连栋温室横拉内保温被

蓄热节能

蓄热是指将太阳能储存到温室内，待夜间室温降低时再放出热量，可代替暖气加温，节省能源。

后墙蓄热

传统后墙的蓄热材料主要是土、砖和石头，其热容量较小，笔者团队的设计是采用热容量较大的水来进行蓄热，目前国内有水箱、水袋以及水幕+蓄水池的方式（图13）进行蓄放热，都取得了较好效果。根据2018～2019 年冬季内蒙古包头固阳的水蓄热日光温室测试（图14），水箱蓄放热量是厚墙体的2 倍，当外界气温-30℃时，几种内保温水蓄热和厚墙体日光温室最低温度均达到了8℃[2]；2020～2021 年冬季外界-35℃时，温室内最低温度为5℃。2020～2021 年冬季在内蒙古鄂尔多斯市准格尔召满世集团基地的测试结果显示双膜单被水蓄热日光温室的气温与双膜单被暖气加温的日光温室相同（图15～16）。外界-24 ℃的气温下，日光温室内最低温度7.7℃，双膜单被暖气加温的日光温室最低温度为6.8℃，高出0.9℃。

图13 不同装置的日光温室水蓄热图[2]

图14 2018 年冬季年包头固阳不同日光温室气温[2]

图15 2020 年12 月29～31 日室外内外气温变化图

地面蓄热

图12 智能连栋温室立面内保温被

地面也是很重要的蓄热体，地面吸收太阳光转化为热，从而提高地温，夜间温室内气温低于地温时，地面向温室内释放热量。此外，地温是日光温室越冬生产的主要限制因素，因此，提高地温对冬季温室防冻和提高园艺作物产量非常重要。地温的提高可以通过加大种植行距，尽可能多接受太阳光能、多施有机肥（有机肥分解可放出热量）、起垄覆盖地膜等常规方式来解决。还可通过一些装置来增加土壤中热量，如内蒙古工业大学科研团队发明的跨季节土壤储热技术（图17），该系统在10～11 月通过对太阳能的收集将空气加温到140 ℃，再将热空气输送到温室内地下，将土壤温度提高到20～25 ℃，由于土壤降温慢，这样可以在寒冷的1 月和12 月保持温室内土壤温度达到15℃以上，有效地解决了果类菜冬季越冬生产的难题。其优点是地下管道不怕漏气，建造工艺要求不高，栽培面积900 m2的日光温室运行费用为408 元/年。

图16 2021 年1 月室内外平均气温变化图

图17 跨季节土壤储热技术

讨论

节能目的

节能不代表零耗能，其目的是为了降低生产成本，温室生产的最终目的是要提质、增产和增收。北方高寒地区如果通过少量的人工加温，可实现越冬生产、提高生产效益，并且能解决淡季蔬菜瓜果供应紧张等问题。像内蒙古寒冷地区，冬季光照资源充裕，内保温及水蓄热的设计很大程度上降低了温室热能的损耗及日光温室中进行喜温类蔬菜生产的成本。2～3天的短暂连阴天或雪天，仍可维持作物的基本生长，3 天以上的连阴天，可配置应急加温设备，这也就节约了很大一部分加温耗能成本。笔者团队设计的蓄热水箱的另一特别之处是其加热功能，在水箱配置一个电加热线，遇到长时间阴天或雪天时，可以进行临时加热来应对低温天气，像这样的低能耗换来高收益的方式十分值得推荐。

利用自然光

太阳能作为用之不竭的资源，保证经济效益的同时，直接用于温室的增温和蓄热是最佳选择[3]。提高温室内部温度，并在温室内蓄热，改善温室内作物的环境条件，使作物获得高品质、高产，从而达到增收。利用太阳光不仅可以增温、蓄热，还可以提高作物光合效率，因此，北方高寒地区不仅在冬季要充分利用太阳能，春夏秋也要充分利用太阳能增加光合作用提高产量。常见日光温室由于棉被上卷高度不足，常出现后部多排作物遮阳重而引起作物徒长的现象，既影响产量也有损品质，而冬室夏棚在夏秋光能利用率上具有明显的优势。

水蓄热潜力

水是最常见、最普通的材料，将其注入黑色水箱后，将光能高效地转化为热能，可充分发挥其大比热容的优势持续放热以抵御低温。配有蓄热水箱的温室与接入集中供热管道的温室相比，有着更加优异的供热能力（图13）。此外，水箱蓄热系统与灌溉系统、临时加温系统结合后，不仅可以用于应急灌溉也可用于临时加温，以应对连续阴天。以水为蓄热材料，能适于不同循环或储存方式的蓄放热系统，发展潜力巨大。

高效保温措施

日光温室之所以节能是因为保温性好，北方高寒风大地区的保温，既要注意强风带走热量的问题，也要注意保温被荷载与雪荷载，保温被的内置设计很好地解决了这些问题。连栋温室耗能大的最大原因是保温性差，在既保温又透光的透明覆盖材料发明出来之前，还要做好保温才能充分发挥连栋温室透光性能优势，保证连栋温室的盈利。

结论

适于北方高寒地区的内保温水蓄热日光温室，其大屋面角的设计可截获更多光能，利用蓄热水箱可将光能转化为大量的热能，而内保温的设计兼顾了保温与防灾的功能，各方面性能表现十分优异。在充分利用太阳能，加强保温蓄热，减少人工能耗的基础上，可改善温室光温条件，促进作物进行光合作用，保证安全越冬生产，从而提高园艺作物的品质和产量，增加温室的生产效益。