高效节能日光温室结构设计及建造技术

      节能型日光温室是我国近年来在蔬菜生产中大规模采用的一项农业园艺设施。由于较好地解决了采光、载热和保温的一系列问题，可在北方地区严寒的冬季不加温条件下进行反季节蔬菜生产，达到节能、优质、高效的目的。

该项技术在全国推广以来，深受生产者欢迎，显示了强大的生命力，促进了农业经济的迅速发展，在农村已形成了支柱型农业产业，其经济效益引起了社会各界的高度关注。目前节能型日光温室在全国已发展到几百万亩，全范围解决了蔬菜的周年生产、均衡上市、四季常青，从根本上解决了城乡人民的吃菜问题。为农副业生产提供了广阔的前景和有利的保障。

      一、高效节能日光温室的基本特征

高效节能日光温室是在科学的利用太阳能的基础上形成的农业园艺设施，在生产中体现了低成本、高效益的特点。其性能特征是：

      1、采光好：高效节能日光温室的前屋面设计充分考虑到了不同纬度条件下的太阳高度角及太阳光对棚面的入射角，使其在不同的季节和不同的太阳光入射时段，都形成较理想的直射条件，尽可能减少光的散射和折射，最大限度的利用了太阳能。

      2、保温好：高效节能日光温室，利用后墙体、后屋面及前屋面的透明覆盖材料和保温材料，最大限度的把白天太阳光入射带来的幅射热保存下来，尽可能减少夜间热传导、热幅射和热量的缝隙扩散效应，使室内温度在夜间不低于8℃，以保证蔬菜在冬季的安全生产。

      3、载热好(贮热好)：高效节能日光温室利用墙体吸热，后屋面载热等特点，在白天有太阳照射的条件下，尽可能使墙体、后屋面、地表面大量吸热，采用热容量大的材料，大量贮蓄热量，在夜间再不断释放出来，补偿温室气温损失的部分，以保证室内温度达到要求的区间。

      二、高效节能日光温室的特征要素

      1、方位角：高效节能日光温室在建造时，对温室在地面上的座落方位有较严格的要求，一般要求座北朝南，东西走向，正向布局，目的是尽可能延长日照时间，在具体实施时，由于地形的，无法作到正向布局时，可根据具体情况，向东或向西偏斜5°，最大偏斜不可超过10°，若偏斜角度太大，会减少日光温室的日照时间，直接影响温室的热性能，当然对生产也会带来很大损失。

      2、高度：是指高效节能日光温室屋脊最高的位置，即矢高。矢高太低，温室内空间太小，热容性能差，往往造成骤冷骤热，夜间保温性差，容易引起植物冷害，同时由于空间小，水蒸气排放不流畅，造成室内湿度过大，容易结露，会引起多种病害发生。矢高过高，温室内空间太大，早上升温速度慢，白天在日照的条件下，仍不能把室内温度提高到要求的区间，那么在夜间也无法使室内温度保持在8℃以上，同样有造成冷害的可能。通过多年生产实践，目前在生产中建造的日光温室，其矢高控制在3.6—3.9米是比较理想的。

      3、跨度：也就是日光温室的南北向内径，即进深。跨度过小，温室内栽培床面积小，生产能力差。跨度过大，直接影响日光温室前屋面的坡度，也就是影响了太阳光的入射角度，造成日光棚面的温室直射率底，进而影响温室的热效应，降低温室的生产性能。在3.6—3.9米矢高控制下的日光温室，其合理的的跨度是7.5—8.5米。

      4、长度：是指日光温室东西延长的长度，无论建造多么长的日光温室，其东、西两侧的山墙高度是不变的，也就是说两侧山墙在温室内造成的遮阳阴影面积是不变的，这种阴影面积在温室内属弱光照区，即低产区，温室越长，两侧山墙内造成的遮阳阴影和温室总面积的比值就小，也就是说山墙阴影对温室生产造成的损失比例就小。温室越短，山墙阴影对温室生产造成的损失比例就越大。因此，原则上讲只要地形允许，日光温室越长越好。但根据生产需要，为了操作方便，一般日光温室的建造长度控制在50-60米之间为宜。

      5、厚度：是指高效节能日光温室墙体的厚度和日光温室后屋面的厚度。

      (1)墙体厚度：主要是为降低热传导对温室内温度损失的影响，墙体厚度不够，热传导作用频繁，保温性能差，热量损失大。墙体过厚，建造施工难度大，造价高。因此，日光温室墙体的厚度要有一个科学合理的选择，通过试验和多年生产实践证明，日光温室墙体厚度一般确定为一米，即可达到降低热传导，提高温室保温性能的要求。

      (2)后屋面草层厚度：为了提高日光温室后屋面的载热和保温作用，后屋面一般选用麦草做保温隔热层。麦草比泥土、砼的热容大，白天在太阳照射下，可贮备大量热能，夜间随温室内气温不断下降，草层的热能不断释放出来，补偿温室内温度。同时麦草层的空隙度大，热传导小，热量对外散失的少，有良好的保温作用。一般后屋面的草层在屋面中部要达到70公分厚，前沿要达到20公分厚。

      6、角度：是指后屋面的仰角和前屋面的太阳光入射角。

      (1)后屋面仰角：一般温室后屋面和后墙体的交角为90°，后屋面对后墙体造成了很大的阴影面，因此，温光效应不好。高效节能日光温室后屋面和后墙体的交角为90°+(40°±5°)，也就是说形成了125°—135°的交角，后屋面对后墙体几乎没有造成阴影面，冬至前后，后屋面和后墙体同样可有太阳光照射，容易提高后屋面和后墙体的温度，从而提高温室性能。

      (2)前屋面太阳光入射角：前屋面太阳光入射角是根据不同纬度地区冬至时的太阳高度角确定的，确定合理的前屋面太阳光入射角，是提高日光温室温光性能的基础，其计算办法为：

      ∠α=Φ-δ冬至-40°

      其中：∠α:为日光温室合理采光屋面角。

      Φ:为具体地区的地理纬度。

      δ冬至:冬至时的赤纬为-23.50

      40°:是为了降低温室起架，形成的一个常数。将太

      阳光入射角控制在00—900之间入射角不大于900

      例：在北纬36°地区，其合理采光屋面角应为：

      ∠α=Φ-δ冬至-40°=36°-(-23.5°)-40°=19.5°

      在北纬39°地区，其合理采光屋面角应为：

      ∠α=Φ-δ冬至-40°=39°-(-23.5)-40°=22.5°

      由于太阳高度角及入射角的年节期变化和日时段变化，致使日光温室只有在冬至正午时才能达到合理的采光要求，其它节期，其它时段采光均不够合理。从作物光合强度及最佳光合作用时段看，早上、即日出至正午，是光合作用最活跃的时候，这段时间需要有充足的光照和理想的温度环境，因此，可将日出至正午视为最佳采光时段，那么，在确定合理采光屋面角时，以考虑最佳采光时段(早上10时)的太阳高度角及入射角最为合理。根据计算，高效节能日光温室前屋面倾角应在合理采光屋面角的基础上增加5°—7°即可。那么，在北纬36度地区，其最佳采光时段合理采光屋面角应为19.5°+5°或7°即为24.5°—26.5°。在北纬39°地区，其最佳采光时段合理采光屋面角应为22.5°+5°或7°即为27.5°—29.5°。以计算出的采光屋面角为基础，确定日光温室前屋面的坡度及弧度，即可建造理想的日光温室。

      7、建筑材料：日光温室建设所用的材料本着因地制宜、就地取材的原则，其材料规格的选用直接影响着建筑造价的高低。基本材料为：不含有机质的土、麦草、毛竹、8#铅丝、砼立柱或木立柱或金属立柱，木质框架或金属材料框架等。

墙体：一般选用不含有机质的湿土夯实打起，若需提高规格、建筑坚固美观，土墙内外可用砖砌起。

后屋面：一般在骨架上覆麦草封闭，麦草上用泥土覆盖，也可用砼板覆盖。

前屋面：骨架部分一般用竹、木材料做成，也可用金属材料制作。在骨架上用8#铅丝制成网格状，再用毛竹分割即成。

      8、透明覆盖材料：前屋面用透明材料覆盖，一般选用长寿无滴膜，即聚氯乙稀无滴膜，该材料柔韧性强，不易拉裂，保温性好，但表面静电吸尘严重，透光率低，一般新膜透光率为75%。吸尘后透光率仅有50%左右，适用于黄瓜、蕃茄等作物栽培使用。目前推广使用的醋酸乙稀膜，透光率在85%左右，表面静电吸尘差，适用于茄子、辣椒等作物栽培使用。另外，还有多功能复合膜等正在生产中试用。

      9、保温覆盖材料：夜间在前屋面透明覆盖材料上再覆盖一层保温材料，降低热损失。一般选用稻草草帘，规格为长9米、宽1.2米用七道底绳编制，编制要紧密，厚度不低于4公分。草帘也有用麦草、浦草等制做的，这种材料保温效果相对要差一些。

以上用方位角、五度、三材的概念叙述了日光温室的基本要点。

      三、高效节能日光温室基本参数设计

      高效节能日光温室基本性能参数为：

      矢高3.6—3.9米  跨度7.5—8.5米

      前屋面倾角  上沿12°—14° 中部23°—25°

      前坡26°—30° 前坡角30°—35°

      后屋面仰角为90°+40°=130°或90°+45°=135°

      后墙内径高度：2.6米（以内地平为±0）

      后墙外侧在2.6米的基础上,作厚50公分，高1米的女儿墙（以内地平为±0）

      后墙厚度：地脚1.5米，随高度不断收缩最后收至1米厚。

      山墙最高点3.7米或3.9米，前坡和温室前棚面弧度一致。

      后屋面：长后坡温室：坡长3米（一般在冬季平均温度低

      于-25℃地区使用）垂直投影1.8米。

      中长后坡温室坡长2.4—2.6米，垂直投影1.2米—1.4米。

      短后坡温室：坡长1.8—1.6米垂直投影1米—0.8米。

      后屋面厚度：后屋面中部草层厚度为70公分前沿为20公分。上覆盖5公分厚草泥。

      后屋面外坡度≤10°

      后屋面8#铅丝密度间距15公分

      前屋面8#铅丝密度间距40公分

      前屋面毛竹密度间距60公分

      后沿设一排立柱或不设立柱，平面开间3.6米，立柱面间距3.6米

      材料规格：毛竹：小头直径不小于1.5公分

      铅丝：8#

      立柱：木质的直径不小于15公分（小头）

      砼材料的10×12公分内设4根Φ8钢筋

      金属材料的用DN32厚壁管。

      金属行架按图纸绘制的前屋面倾角弧度制作

      无立柱温行架材料上沿∠40或DN32管材下沿DN25管材。行架内高40公分到底角均匀收缩止25公分，后屋面上沿［50或DN32管材，下沿∠40或DN32管材，行架内高40公分，行架间用Φ10—Φ12的钢筋人字型焊接。

      有立柱温室后沿可设一排立柱，间距3.6米，行架材料上沿DN32设材，下沿Φ18麻花筋，其它做法同上。

      后屋面砼预制板宽500mm、厚40mm按正规预制件加筋。长度随后屋面坡长。

      四、高效节能日光温室建造技术

      1、场地选择：

      建造日光温室场地要求：地形平坦，土质肥沃，道路畅通，水电齐备，地势开阔，尤其南侧无遮阳的建筑物或树木等。

      (1)后墙体建造：地基下挖50公分，地槽宽度1.5米，素土夯实30公分，上用3∶7灰土夯实20公分至±0，处理好地基后在室内地表起去20公分肥土后，用下层素土打墙至要求的高度，并作外侧女儿墙，待土墙晒干后，若需包砖，可在内外侧用12公分砖墙包砌，每开间设24公分砖柱连接，砖柱嵌在土墙内，墙面平整。

      (2)屋面金属行架制作：按图纸要求，在地面做放大样模具，在模具控制下，用要求的材料制做弧型行架，焊点要牢固。

      (3)行架安装：在后墙体要求的高度上，确定行架入墙点，行架要入墙50公分，在行架入墙落脚处，做50×50×60公分的素砼支撑，并固定行架。行架落地前脚，作支撑点，可用50×50×60公分的素砼地座支撑，也可在前沿做24×24公分的砼地梁支撑。支撑点设预埋件，把行架前脚固定在预埋件上。

      (4)后屋面制作：在最高点东西方向通长设一根［50，南北方向用DN32管材一头焊在槽钢上，一头搭在墙上，1.8米间距，等距离设置，并在后屋面中部东西方向通长设一根DN32管材，后在行架上沿东西方向15公分等间距通长设置8#铅丝，两端在山墙外设地堡固定。在8#铅丝上铺塑料膜，在膜上压麦草，达到要求厚度，草上用5公分草泥抹平再用3公分土泥收光或用3公分草泥抹平后，搭上砼盖板。

      (5)前屋面制作：行架固定好后在行架上沿东西方向40公分等间距通长设置8#铅丝，两端在山墙外设地堡固定，或在山墙内侧设行架后，铅丝固定在行架上。再用细铁丝把8#铅丝固定在行架的各个接触点上。后用毛竹南北向同行架平行以60公分间距等距离设置在8#铅丝上，并固定毛竹和铅丝的所有接触点，形成网络状结构即琴弦结构。

      (6)台阶设置：在两端山墙外侧设置台阶踏步，台阶宽度60公分，高度20—25公分一阶，内侧留40公分弧面，台阶用砖砼设置。

      (7)上塑料膜：塑料膜按实际尺寸粘接后平铺在前屋面上，待太阳晒热发软后，拉紧、铺平后，上沿固定在8#铅丝上，下沿压在土中，左右固定在山墙上。

塑料膜按大小片设置，大片上沿距后屋前沿40公分，下沿在棚前地脚落地，一般宽度7.5—8米，小片宽度1.5米，前端焊一小筒，内串绳子，和大片重叠10公分压在大片上，绳子两端固定在东西山墙上，小片后端固定在后屋面上。在建造时，可在后屋面外侧，距前沿20—25公分处东西方向5米间距设预埋件，东西方向通长设一根Φ6—Φ8钢筋，固定在预埋件上。小片直接固定在钢筋上即可。

      (8)草帘上棚：按一米一个草帘布设，用绳子拉帘，每个草帘两根绳，每根绳长度约20米，绳子一端固定在后屋面钢筋上，一端从草帘底部铺设后，再从草帘上面拉回来，活扣固定在钢筋上。

      (9)蓄水池设置：一般在日光温室内应设能容5立方米水的蓄水池一个，使灌溉水提前预热，便于在生产中使用。

      五、塑料大棚建造

      塑料大棚建造比较简单，造价低，一般使用在春、秋季生产中。其建设材料用毛竹和木质立柱即可，条件允许时也可用DN25锌管制作，其设计参数为：

      塑料中棚：矢高1.5—2米，跨度4—6米，长度不限

      塑料大棚：矢高2.5—3米，跨度6—12米，长度30—60米