日光温室的设计与建造技术样本

日光温室的设计与建造技术

专家简介: 魏晓明, 农业部规划设计研究院设施农业研究所高级工程师, 农业部农业设施结构工程重点实验室副主任。从事温室精准化设计理论、温室园艺技术效果评价及标准化、光伏温室技术开发等方向的研究工作。主持及参与承担国家”863”、”十二五”科技支撑、”国家标准制定”等科研任务近20项, 发表论文30余篇, 其中SCI/EI检索8篇, 参编论著5部。开发日光温室结构优化软件, 指导设计日光温室余亩。

日光温室是一种中国自主研发的设施类型, 由于能够充分利用太阳能, 在中国北方大部分地区一般不需要额外辅助加温即可实现喜温果菜安全越冬生产, 具有较高的经济和社会效益, 近年来得到了广泛的应用。截至 , 全国日光温室总面积已达101.3万公顷, 约占园艺设施总面积的24.6%。日光温室的发展, 成功解决了中国北方地区冬季鲜食蔬菜的供给问题; 而且经过延长农民的劳动生产时间, 增加了经济收入。为了强化园艺生产者对这种温室类型的理解, 本文将从日光温室的工作原理、主要类型、设计方法、建造流程等方面, 进行简要介绍。

一、工作原理

日光温室的能量来自于太阳辐射, 夜间也是靠白天室内蓄积的太阳辐射热量来维持室内的温度。它之因此能够不需要加温实现

冬季正常生产, 主要是和它的结构有关。一个标准的日光温室是由保温蓄热的后墙、顶部北侧的保温后屋面、南向采光屋面昼开夜盖的保温被构成。它的原理就是白天打开保温被, 让太阳辐射尽可能多地透进温室内, 使室内气温迅速上升并将热量蓄积在后墙和

地面的土壤中; 傍晚的时候, 室外气温下降, 日光温室关闭保温

被减少室内热量的散失, 而且靠墙体和地面土壤缓慢释放的热量, 来维持室内温度在一个较高的水平。一般情况下, 日光温室能够维持室内外20～30℃的温差, 因此能够保障在不额外加温的情况下, 实现果菜的正常生产。由于日光温室克服了连栋玻璃温室能耗大的问题, 当前像日本、加拿大等国家也在模仿、研究日光温室, 这也是中国劳动人民对世界温室产业做出的一个巨大贡献。

二、种类沿革

日光温室起源于上世纪30年代的辽宁海城地区, 利用一面坡的玻璃屋面加立窗的简易形式来生产新鲜蔬菜。自上世纪70年代起, 随着塑料薄膜在农业上的广泛应用, 直接推进了日光温室结

构的发展和升级, 温室前屋面由折线形改为拱圆形。进入新世纪, 在需求带动、政策拉动、投资驱动下, 日光温室产业迎来了一个快速发展期, 各种结构形式层出不穷。

从专业角度上来说, 日光温室的种类还是按照受力骨架的类

型和墙体材料的类型进行区分。从受力骨架类型上, 能够分成竹木结构的日光温室, 就是用竹竿作为温室前屋面骨架; 钢结构的日

光温室, 就是用钢筋、钢管焊接成桁架结构或者用几字钢等薄壁

型钢冷弯成型作为温室前屋面骨架; 钢木混合结构的日光温室, 就是用钢结构和竹木结构混合使用作为温室前屋面骨架。从墙体材料上, 能够分为土墙结构的日光温室, 采用挖掘机或干打垒的方式, 用土砌筑日光温室的后墙; 砖墙加外保温结构的日光温室, 采用复合砌筑的方式, 砌筑砖墙外贴保温板的形式作为温室后墙; 以及采用发泡混凝土、聚苯乙烯砖等新型保温材料砌筑的日光温室。近年来推广面积较多是以大跨度、厚土墙、地面下沉为特征的”寿光型”日光温室和采用蓄热砖墙外加保温板的辽沈型日光温室为主。

三、日光温室的设计

合理的设计是确保日光温室在白天能够尽量多截获、储藏太阳能、在夜间具有良好保温效果的关键。日光温室的设计主要是确定5类最重要的结构参数, 即温室的跨度、高度、前后屋面角度、墙体的厚度、后屋面的水平投影长度。这5类参数是相互影响的, 共同决定了温室的性能。

1. 跨度

指日光温室南侧底脚至北墙之间的宽度。当前中国北方地区, 特别是北纬40°以北的寒冷地区, 日光温室的跨度大多在8～10米之间, 能够保证作物有较为充裕的生长空间和较为便利的作业条件。在北纬40°以南的冬季气温较高的地区, 为了增加温室的有效种植面积, 能够将温室的跨度适当增加到10～12米。

2. 前后屋面角度

包含前屋面角度和后屋面角度两个参数。前屋面角是指从日光温室南侧底脚至屋脊最高点的连线与地平面的夹角。前屋面角是否合理, 对于温室的采光具有重要作用。前屋面角的确定方法和建设地所在纬度有紧密关系的, 一般在北纬40°以南地区, 日光温室

前屋面角度取26°～29°、北纬40°地区, 取30°; 北纬40°以北地区, 取31°～33°。后屋面角指的是温室后屋面与水平面

的夹角, 它决定了屋脊与后墙的高差。后屋面角最好要大于当地冬至日太阳高度角7°～8°, 后屋面角一般取40°～45°。

3. 高度

指日光温室屋脊至地面的距离。当日光温室的跨度、前屋面角度确定了, 温室的高度基本也就确定了。以8米跨度的温室为例, 在北纬40°以南地区, 日光温室高度取3.5～4米之间、北纬40°地区, 取4米; 北纬40°以北地区, 取4.1～4.5米之间。

4. 墙体厚度

日光温室墙体不但起承重、隔热的功能, 也起着蓄放热量的

功能, 因此最好采用复合模式来砌筑日光温室, 即内侧选用蓄热

系数大的建筑材料, 外层选用导热小的保温材料。墙体的厚度和冬季室外温度有关, 室外温度越低, 相应的墙体厚度就越大。当前一般采用37砖墙或50砖墙外贴10厘米厚、密度为20千克/立方米的聚苯板的做法, 这种墙体的优势是寿命长、性能好, 缺点是砌筑费用高。因此有些地区的农业种植者, 选用土墙作为温室的墙体, 土墙的厚度也不是越厚越好, 从蓄热的角度来说1米厚就足够了,