南京农业大学农业设施工程学第五章日光温室

• 防寒裙是设在温室里面前坡下面的一条纵向塑料薄 膜，一般宽1m，长与温室一致。上边与棚膜紧靠， 下边埋入土中，可减少温室前部的散热。
• 设置防寒沟，减少温室南底角土壤热量散失。 • 深40cm;宽30cm
9. 出入口
• 温室出入口的设备，既要便于操作管理， 又要便于温室的保温。一般50～60m长的 温室，只在两侧山墙上设出入口即可。出 入口高1.5～2m、宽60㎝，门的内外吊上 棉帘，门外建工作室，目的是减少人员的 入时冷气对温室的影响，同时也可用于存 放工具、人员休息等。
第五节 日光温室的建造
修建温室一般在当地雨季结束、到土壤冻结前半个月进行。
一 放线、平整地面
在建筑材料齐备并加工好的基础上，先 确定温室的方位，然后平整地面，确定出 后墙和山墙的位置 。
二 筑墙
(一) 墙体
根据材料可分为土墙、砖墙、空心墙和夹皮墙等。 （1）土墙 建造方法有三种：①夯土墙；②压土墙，压路
间的几何关系如下：
材料
入射角
h a 90
前屋面倾角α
入射角 太阳高度角
h
2. 前屋面倾角的取值
理想屋面角：使太阳光在温室前屋面上的入射角θ=0 时的前屋面倾角。
合理屋面角：使太阳光入射角θ=40°时的前屋面角。 合理采光时段屋面角：在冬至日10︰00～14︰00（正
午前后）4小时内满足太阳光入射角 θ≤40°时的合理屋面角。
R0,m in
(ti
to )n t
Ri
ti，to－室内外计算温度。 Ri－围护结构内表面换热热阻， n－温差修正系数。
Δt－室内空气与围护结构内表面之间的允许温差。
3.减少通过室内土壤向周边土壤的散热，室内地面 适度下挖。
冬季室外土壤的温度随深度增加而增高。室内地面 下沉使温室周边土壤与室外温度较高的土壤相邻接，可 有效减少周边向室外的散热，更好保持室内土壤蓄积的 热量，提高地温和夜间室内地面的放热量。
3.前屋面（采光面）形状的设计
屋面形状要有利于日光透射进入温室，尽量减小 光线入射角θ。即太阳光线尽量以接近垂直于薄膜表面 的角度入射。前屋面形状的设计见下图所示。
图中：a为前屋面中部倾角， a底表示前屋面底部的前屋面倾角；
a后 > h 5°
a顶 > 5° a>24°
h’
H1>0.8m
a底>60°
• 草帘或纸被的上头用绳子固定 在脊檩上，白天用绳子拉起卷 放到后屋面上，夜间放下覆盖 整个前屋面。草帘要一直覆盖 到温室前侧地面约半米处，以 减少室内外的热传导。
8. 防寒沟与防寒裙
• 防寒沟设在温室前侧，沟宽30㎝左右，深度与当地 冻土深度一致，如北京地区为80～100㎝。沟内填 入杂草、秸秆、炉渣等保温材料，顶部覆盖10～15 ㎝厚的泥土，并盖上地膜，防雨水浸入，或用秸秆 把沟顶起，再用泥浆封严。温室后墙外也可挖防寒 沟，为省工常采用后墙培土的办法来保温。
4.5
覆盖外保温被后日光温室围护覆盖层的平均传热系数较小， 如下图所示。
3~5W/(m2·℃)
1.2~1.6W/(m2·℃)
普通温室
日光温室
日光温室围护覆盖层传热系数远低于普通温室， 保温性明显要高得多。
2.减少温室通过围护结构的散热，增加后屋面
及后墙厚度提高保温性。
最低气温(℃)
8
室内最低温
7
S
热量的损失。
温室效应示意图
2. 温室的热量平衡方程
长波辐射 对流
墙体传热
反射
太阳辐射
通风散热
蒸腾蒸发
墙体放热
长波辐射 对流
冷风渗透放热
地中传热
节能温室白天传热及热平衡示意图
地中传热
节能日光温室夜间传热及热平衡示意图
白天： ΔQ=透射进入温室内的太阳辐射能-（墙体传热＋土壤 传热＋室内土壤作物蒸发蒸腾+通过围护结构表面散热 ＋通风散热）
第三节 节能日光温室的设计理论与方法
一、日光温室的升温原理
1. 温室效应
塑料薄膜对长、短波的选择性 透过，透过室外太阳短波辐射，阻 挡室内长波辐射射出，使得热量聚 集在室内。
太阳辐射 （短波辐射）
塑料薄膜与围 护结构组成一
空气流动
个相对密封空 间，阻断室内
长波辐射
外空气流动传
热，减少室内
N
(6) 建设费用相对较低 (普通连栋温室的1/10～1/3。)
(7) 运行费用很低，无加温费用。
第二节 日光温室的结构类型
一坡一立式日光温室也叫 寿光室日光温室。该温室后墙 高2 m左右，后屋面长1.5 m， 投影1.0 m，跨度7m，中高3m。 前屋面为两折式，一坡一立， 立窗角度70°，高0.65~0.8 m。 坡面角度21°~23°。
11. 保温幕
保温幕是在温室内部加设的一层薄膜或无 纺布，用于夜间保温，其效果相当于一层草帘。 一般是在屋面薄膜下20～25㎝处，沿纵向拉下 几道平行的铁丝，铁丝上搭着粘好的整块薄膜 或无纺布，夜间拉开，白天则拉到温室的前侧 或顶部存放。保温幕适用于室内立柱较少的温 室。当采用塑料薄膜作保温幕时，应使幕面有 一定的倾斜度，以使其上的凝结水能流到指定 位置，而不会滴到叶面上诱发病害。
这种温室一坡一立，每隔3 m设一钢管桁架，其间每隔0.6 m设一细竹杆骨架，用8号铁丝 连结桁架与骨架，铁丝固定于 东西山墙，间隔0.4 m１根。铺 上薄膜并用压膜线固定。设3~4 排立柱。前柱设于坡面和立窗 交界处，后柱设于屋脊处。
第二代节能日光温室在前屋面设计时应用了 张真和等人提出的“日光温室合理采光时段及屋 面角度”的理论，这是第二代节能日光温室最为 显著的特征。另外其在墙体材料、保温被材料的 选择和组合，卷帘机的改进上也取得了重大突破。
几种保温被与草帘保温性能测定结果
保温覆盖物
传热系数 W/( m2∙℃)
防水布+不织布+1kg/m2毛毡+不织布+防水布
1.55
防水布+12mm发泡聚乙烯+铝反射膜 草帘（单层 4kg/ m2）
1.7 1.4~1.7
草帘（双层 8kg/ m2）
0.8~1.2
单层玻璃（4mm普通浮法玻璃）
7.6
8mm中空PC板
但室内地面过度下沉将导致室内南侧大面积阴影。 如图所示。
室内地面下挖所造成的南部阴影情况示意图
四、日光温室的蓄热原理和方法
1. 日光温室墙体蓄热和加温的作用
白天，日光温室北墙可以吸收并蓄积太阳热量， 如下图所示：
1/2~2/3
1N/3~1/2
S
150~350W/m2
100~250W/m2
夜间，墙体将白昼蓄积的热量逐渐释放回温室内，释放 的热量可以使室内气温提高4~8℃。如下图所示。
机压实后，切除两侧余土；③草泥垛墙。 （2）砖墙 厚度为370 mm或49 mm。常在墙外侧堆土增强
保温。 （3）空心墙、夹皮墙
空心墙是在砖墙中间留10～20㎝的 空隙，通过空气 层增加保温能力；
夹皮墙是在砖墙中间填保温材料，在北京地区，夹 皮砖墙以600～65mm厚为佳，即内外均砌240mm厚砖墙， 中间留120～150㎜空隙填保温材料，砖墙顶部连接密封。
中低纬度的南部地区，日光温室方位应采用 南偏东5°～10°（向阳）。
高纬度地区，日光温室方位应采用 南偏西5°～10°（向阴）。
2.
3.
4.
5.
6
7. 保温覆盖物
• 温室前屋面的夜间保温，目前 最常用的是草帘或纸被。草帘 一般由稻草打成，长7~8m、宽 2m、厚4~5㎝；纸被是由牛皮纸 黏合而成，一般是4~6层牛皮纸。 北方寒冷地区往往兼用纸被和 草帘保温。
8~60W/m2
N
10~30W/m2
S
日光温室蓄热能力与墙体材料本身的蓄热系数大 小成正比；也与地面、后墙接受太阳光直接照射的面 积成正相关。
当物体表面温度波作用的周期一定时，蓄热系数 大小与材料本身的导热率、密度、比热成正比。
2. 提高温室蓄热能力的措施
A 增加地面、后墙接受太阳光照射的面积。 合理稀植，保证行间地面不被植株覆盖；增加后墙高度， 从而增加后墙内表面接受太阳光照射的面积。
B 墙体内侧选用蓄热系数大的材料。如下图所示。
保温性良 好的材料
蓄热系数 大的材料
北墙
N
将蓄热系数 大的材料布置 在墙体内侧， 而将导热率小 的保温材料布 置在墙体外侧。
S
第四节 日光温室的结构与设计
（一）日光温室的基本结构：东西两侧山墙，北 侧后墙，后屋顶，竹、木、混凝土柱或钢架，薄 膜或玻璃前屋面，以及前屋面夜间保温材料等。
高度：包含脊高和温室矢高。 角度：包含后屋面仰角和前屋面倾角。 厚度：指墙体和后屋面的厚度。
“四比”是指： 保温比：以室内蓄热面积比散热面积较为合理。 一般该值大于1。 高跨比：指脊高与跨度之比。 遮阴比：指前屋面骨架材料的遮阳面积与整个采 光面积之比。 前后屋面水平投影比：前屋面在水平面上的投影 长度与后屋面在水平面上的投影长度之比。 “三材”是指：建筑材料、覆盖材料、保温材料。
0.5m
a顶表示前屋面顶部的前屋面倾角；
a后表示后屋面仰角； h’为当地10:00时太阳高度角h在剖面上的投影角度。
确定采光面形状时要兼顾到如下几点：
① 采光性。采光屋面必须保持有一定的角度，使得 采光屋面与太阳光线所构成的入射角尽量小。
② 便于雪、雨水流失，下雪、雨时，雪、雨水不会滞 留在棚膜上积雪或形成“兜水”。
夜间： ΔQ=（墙体向室内传热＋土壤传热）-（通过围护结构
表面散热＋冷风渗透散热） 当ΔQ>0时，温室升温； 当ΔQ<0时，温室降温； 当ΔQ=0时，温室达到热量平衡，温度不变；
二、日光温室的采光原理
1. 太阳直射光线在塑料薄膜表面上的入射角与薄膜透光率的 关系 太阳光入射角 指太阳光线与被照表面法线所成的角度。 太阳直射光线在塑料薄膜表面上的入射角与薄膜透光率的
第五章 日光温室
第一节 概 述
日光温室的优点：
采用了合理的采光角度，大大提高了采光性能保 证温室得到充足的太阳辐射，温室内各处温度较 为均衡。
通过合理的温室结构和加强内外保温覆盖，减少 热量损失，提高保温性能。
具有较强的抗逆能力，病害少，植株生长健壮， 作物早熟、采收期长，收益较普通温室提高 65%~80%.
(二) 筑墙
墙体材料因地制宜，就地取材。由于枣树设 施栽培具有较长期性，因此建议建造永久性温室， 墙体一般不用土墙，而用砖石砌空心墙。
空心墙内墙厚12cm，中间空12cm，外墙厚 24cm。中空部分填充炉渣或珍珠岩等，内个墙间 每隔2-3m放１块拉手砖，增强其稳定性。墙体要 打地基，深50-60cm，最好超过当地的冻土层，宽 度和墙体相同。后墙体较薄时，外面加培防寒土， 使墙体厚度保持1.0-1.5m为宜。
度随温室土
墙厚度的增
6
平均厚度
加而提高， 但是提高趋
势变缓。
5
0
1
2
3
4
5
厚度(m来确定墙体和后屋面保 温层的厚度。热阻R为传热系数的倒数，单位 m2∙℃/W。传热 系数越小，传热阻越大，保温性越好。
评价外围护结构保温性能的主要指标是总热阻。为了满足 外围护结构冬季保温设计的要求，其总热阻不能小于某个最低 限度值，这个最低限度值称为最小总热阻。用R0,min表示。
外保温覆盖物
后屋面
后屋面仰角
后墙
屋脊高度 后墙高度
前屋 面
前屋面倾角
N
后屋面水平宽度
前屋面水平宽度
S
跨度
背风向阳 光照充足 土层深厚 排灌良好 “水电路”三 通
在总体建筑尺寸的基础上，可以推导出一 些其他建筑结构参数，包括人们通常所说的“五 度、四比、三材”
“五度”是指：跨度、高度、角度、长度、厚 度，
关系见下图。随着入射角的增加，薄膜透光率呈下降趋势。 当入射角等于0时，薄膜透光率最大在90%以上；当入射角
在由0~40°之间时，透光率下降不明显；当入射角大于60°时， 透光率急剧下降。
率光透
线法
对于正南方位的日光温室
在一天的正午时刻（即当地时
间12:00），太阳光入射角θ、
入射角
太阳高度角h、前屋面倾角a之
10. 通风口
• 温室的通风口有两种： • ①后墙上的通风口； • ②前屋面塑料薄膜上的通风口。
后墙上的通风口在砌墙时留出，一般间距3m 左右，边长40～50㎝，冬季堵上，春天打开；
前屋面的通风口可以是薄膜上开洞，另加一 块薄膜覆盖，通风时打开，平时盖严。另外，比 较简单的做法是薄膜搭接处扒缝通风。
③ 易被压膜线压紧，有风时不会“兜”风”。 ④ 便于工作人员操作，离前屋面底脚0.5~1m处应有一
定的空间，便于工作人员操作，有利于作物生长。
三、 日光温室的保温原理和设计方法
1.减少温室夜间通过前屋面的散热，应用复合材料保温被。
保温被保温性的评价指标——传热系数。 一般要求复合保温被的传热系数小于1.5 W/( m2∙℃)。