1、日光溫室的設計與建造技術 專家簡介：魏曉明，農業部規劃設計研究院設施農業研究所高級工程師，農業部農業設施結構工程重點實驗室副主任。從事溫室精準化設計理論、溫室園藝技術效果評價及標準化、光伏溫室技術開發等方向的研究工作。主持及參與承擔國家“863”、“十二五”科技支撐、“國家標準制定”等科研任務近20項，發表論文30余篇，其中SCI/EI檢索8篇，參編論著5部。開發日光溫室結構優化軟件，指導設計日光溫室2000余畝。 日光溫室是一種我國自主研發的設施類型，由于能夠充分利用太陽能，在我國北方大部分地區一般不需要額外輔助加溫即可實現喜溫果菜安全越冬生產，具有較高的經濟和社會效益，近年來得到了廣泛的應

2、用。截至2014年，全國日光溫室總面積已達101.3萬公頃，約占園藝設施總面積的24.6%。日光溫室的發展，成功解決了我國北方地區冬季鮮食蔬菜的供給問題；并且通過延長農民的勞動生產時間，增加了經濟收入。為了強化園藝生產者對這種溫室類型的理解，本文將從日光溫室的工作原理、主要類型、設計方法、建造流程等方面，進行簡要介紹。 一、工作原理 日光溫室的能量來自于太陽輻射，夜間也是靠白天室內蓄積的太陽輻射熱量來維持室內的溫度。它之所以能夠不需要加溫實現冬季正常生產，主要是和它的結構有關。一個標準的日光溫室是由保溫蓄熱的后墻、頂部北側的保溫后屋面、南向采光屋面晝開夜蓋的保溫被構成。它的原理就是白天打開保溫

3、被，讓太陽輻射盡可能多地透進溫室內，使室內氣溫迅速上升并將熱量蓄積在后墻和地面的土壤中；傍晚的時候，室外氣溫下降，日光溫室關閉保溫被減少室內熱量的散失，并且靠墻體和地面土壤緩慢釋放的熱量，來維持室內溫度在一個較高的水平。一般情況下，日光溫室能夠維持室內外2030的溫差，所以能夠保障在不額外加溫的情況下，實現果菜的正常生產。由于日光溫室克服了連棟玻璃溫室能耗大的問題，目前像日本、加拿大等國家也在模仿、研究日光溫室，這也是我國勞動人民對世界溫室產業做出的一個巨大貢獻。 二、種類沿革 日光溫室起源于上世紀30年代的遼寧海城地區，利用一面坡的玻璃屋面加立窗的簡易形式來生產新鮮蔬菜。自上世紀70年代起，

4、隨著塑料薄膜在農業上的廣泛應用，直接推進了日光溫室結構的發展和升級，溫室前屋面由折線形改為拱圓形。進入新世紀，在需求帶動、政策拉動、投資驅動下，日光溫室產業迎來了一個快速發展期，各種結構形式層出不窮。 從專業角度上來說，日光溫室的種類還是按照受力骨架的類型和墻體材料的類型進行區分。從受力骨架類型上，可以分成竹木結構的日光溫室，就是用竹竿作為溫室前屋面骨架；鋼結構的日光溫室，就是用鋼筋、鋼管焊接成桁架結構或者用幾字鋼等薄壁型鋼冷彎成型作為溫室前屋面骨架；鋼木混合結構的日光溫室，就是用鋼結構和竹木結構混合使用作為溫室前屋面骨架。從墻體材料上，可以分為土墻結構的日光溫室，采用挖掘機或干打壘的方式，用

5、土砌筑日光溫室的后墻；磚墻加外保溫結構的日光溫室，采用復合砌筑的方式，砌筑磚墻外貼保溫板的形式作為溫室后墻；以及采用發泡混凝土、聚苯乙烯磚等新型保溫材料砌筑的日光溫室。近年來推廣面積較多是以大跨度、厚土墻、地面下沉為特征的“壽光型”日光溫室和采用蓄熱磚墻外加保溫板的遼沈型日光溫室為主。 三、日光溫室的設計 合理的設計是確保日光溫室在白天能夠盡量多截獲、儲藏太陽能、在夜間具有良好保溫效果的關鍵。日光溫室的設計主要是確定5類最重要的結構參數，即溫室的跨度、高度、前后屋面角度、墻體的厚度、后屋面的水平投影長度。這5類參數是相互影響的，共同決定了溫室的性能。 1. 跨度 指日光溫室南側底腳至北墻之間的

6、寬度。目前我國北方地區，特別是北緯40以北的寒冷地區，日光溫室的跨度大多在810米之間，可以保證作物有較為充裕的生長空間和較為便利的作業條件。在北緯40以南的冬季氣溫較高的地區，為了增加溫室的有效種植面積，可以將溫室的跨度適當增加到1012米。 2. 前后屋面角度 包含前屋面角度和后屋面角度兩個參數。前屋面角是指從日光溫室南側底腳至屋脊最高點的連線與地平面的夾角。前屋面角是否合理，對于溫室的采光具有重要作用。前屋面角的確定方法和建設地所在緯度有緊密關系的，一般在北緯40以南地區，日光溫室前屋面角度取2629、北緯40地區，取30；北緯40以北地區，取3133。后屋面角指的是溫室后屋面與水平面的

7、夾角，它決定了屋脊與后墻的高差。后屋面角最好要大于當地冬至日太陽高度角78，后屋面角一般取4045。 3. 高度 指日光溫室屋脊至地面的距離。當日光溫室的跨度、前屋面角度確定了，溫室的高度基本也就確定了。以8米跨度的溫室為例，在北緯40以南地區，日光溫室高度取3.54米之間、北緯40地區，取4米；北緯40以北地區，取4.14.5米之間。 4. 墻體厚度 日光溫室墻體不僅起承重、隔熱的功能，也起著蓄放熱量的功能，因此最好采用復合模式來砌筑日光溫室，即內側選用蓄熱系數大的建筑材料，外層選用導熱小的保溫材料。墻體的厚度和冬季室外溫度有關，室外溫度越低，相應的墻體厚度就越大。目前通常采用37磚墻或50

8、磚墻外貼10厘米厚、密度為20千克/立方米的聚苯板的做法，這種墻體的優勢是壽命長、性能好，缺點是砌筑費用高。所以有些地區的農業種植者，選用土墻作為溫室的墻體，土墻的厚度也不是越厚越好，從蓄熱的角度來說1米厚就足夠了，但從保溫的角度來說，還要再增加到23米左右。土墻的優勢是造價低、性能也不錯，但缺點同樣很明顯，就是在降雨量比較大的、土質黏結力不好的地區，土墻容易坍塌。 5. 后屋面水平投影長度 主要是反映后屋面的長短，在寒冷區域，后屋面水平投影長度一般取溫室跨度的20%；在氣溫較高的地區后屋面水平投影就適當短一些，控制在1米左右，有時甚至可以取消后屋面。 四、日光溫室的建造 日光溫室的建設主要包

9、含：選址、布局，放線、建造地基、砌筑墻體、安裝骨架、建造后屋面、鋪設薄膜、安裝保溫被和卷簾機等工序。 1. 選址 主要遵循四個原則，一是地形開闊，東、西、南三面無遮陽；二是地下水位要低，土質要疏松肥沃，沒有鹽漬化和其他污染；三是要避開風口、風道；四是供電供水便利，道路暢通。 2. 布局 場地選擇好后，要進行合理的規劃布局，包括確定日光溫室的方位、間距。溫室的方位要求坐北朝南，一般以正南比較多，在寒冷的地區可以適當南偏西510，這樣比較有利于下午溫室內溫度的積累。溫室的前后排間距以冬至日上午10點，前排溫室不對后排溫室構成明顯遮光為準，通常按照脊高的1.52倍來設置，在北緯40以北地區，由于冬至

10、日的太陽高度角比較低，前后棟溫室的間隔要按照脊高的2.5倍來設置。 3. 放線 首先要定好一根正南方向的線，再在這根直線上拉一條東西向的垂線，這就是溫室的后墻線。然后根據設計溫室的大小定出溫室四角的角樁位置，并釘上木樁，作為標記。拉線并用白灰撒出后墻、兩側山墻及整個溫室的線位。然后對場地進行平整，用水準儀找平每棟溫室，確定正負零位，然后就可以砌墻。 4. 墻體砌筑 磚墻砌筑，用體積比為2?U8的灰土夯實墻基墊層，溫室基礎用毛石或普通磚建造，用水泥砂漿砌成，基礎做完后就可以砌墻。在墻體砌筑過程中每隔1米砌一道橫向拉墻，使內外兩層連成一個整體，在墻的頂部作一層圈梁，按照骨架安裝的位置，埋上預埋件。

11、墻體砌筑時要砂漿飽滿，勾好磚縫，山墻按照溫室前屋面的形狀砌成半拱圓形。磚墻砌好后，在外側貼10厘米的聚苯板，密度要求在20千克/立方米以上，最外面加一層鋼絲網砂漿面層作為保護。 土墻砌筑，以前干打壘的施工工藝比較多，現在用的最多的是機打土墻的方式，就是用挖掘機、鏈軌式推土機進行機械化建造。首先把溫室2030厘米處耕作層的熟土取出來，堆放到溫室南側，待墻體建完后回填。然后用挖掘機取土筑墻，每增加30厘米用推土機反復碾壓幾遍，壓緊夯實，一直建設到預定的高度，再用挖掘機切削成上窄下寬的形狀，最后在墻頂作一層圈梁。山墻和后墻連接處采用山墻包后墻的方式。為了保護土墻不受雨水的侵蝕，通常會在土墻外側包裹一

12、層舊棚膜或保溫被，有時也會外砌一層磚墻進行保護。 5. 骨架安裝 如果采用鋼結構骨架，除了部分薄壁型鋼骨架可以預制外，大部分還是需要自行焊接的。一般骨架的上弦選用（直徑）32或35鍍鋅鋼管，下弦為12鋼筋，中間用8或10鋼筋作為腹桿拉花。骨架加工好后就可以安裝，將骨架的前端和溫室前底腳位置上的預埋件相焊結，后端和后墻圈梁上的預埋件焊結，骨架間距可以設為1或1.2米一榀，骨架中間用34道鍍鋅鋼管縱向通長連接，在屋脊處用50毫米50毫米的角鐵焊接縱向相聯，角鐵缺口朝向后屋面，在后屋面的東西方向上，也要焊23道角鐵作為支撐。安裝時要保證所有骨架的高度、角度應一致，焊接要牢固。 如果采用鋼木混合結構的

13、骨架，其中的鋼骨架一般用鋼管彎制而成，安裝間距通常為34米，中間每0.5米用竹竿作為骨架。東西方向上，從骨架前端一直到后屋面，每3040厘米拉一道鐵絲，這樣增加骨架的整體穩定性，鐵絲在山墻上匯集，連上地錨埋到土里。同時為了加強骨架的承載力，在鋼骨架下設23排柱子作為支撐。這種骨架的優勢就是造價便宜，缺點就是竹竿每23年需要更換，需要經常維修。 6. 后屋面建造 后屋面主要是起保溫作用。后屋面通常做法是采用多層結構，從室內向室外，設有承重層、保溫層和防水層。現在新的做法是選用15厘米的輕質復合保溫板直接鋪設在后屋面上，板上用水泥砂漿抹面及防水卷材處理。這種保溫性也比較好，而且施工簡單。后屋面施工

14、的總體要求是，要保證整個后屋面頂部呈南高北低平緩的斜坡，坡面平整無縫，注意不能讓雨、雪滲入后屋面。 7. 塑料薄膜安裝 選用透光性好，抗老化的無滴膜作為溫室前屋面的棚膜。在安裝時，采用3塊薄膜覆蓋的方式，在前屋面骨架的頂部和前底腳，覆蓋2塊小薄膜，中間覆蓋1塊大薄膜，兩塊膜的連接處可扒縫通風。膜東西向長度要比溫室長2米，南北向寬度要按照前屋面骨架的弧長多6080厘米，就是在兩塊膜的搭接處，留3040厘米的重疊。 安裝時應該選擇無風晴天的上午，從骨架前底角處，先覆蓋1.5米的薄膜，下部留30厘米寬，以備埋入土中固定，東、西方向拉緊膜后，用卡簧卡在山墻的卡槽內固定，將下部埋在土中。然后用同樣的方法，將中間的那塊大膜東西向拉緊，下方壓在下面的薄膜上，重疊30厘米，將2塊薄膜的活動側每隔34米用細鐵絲固定在骨架上。最后覆蓋最上面幅寬1.5米膜，使其下邊與中間薄膜重疊30厘米。鋪設薄膜后用專用壓膜線在各骨架間進行壓膜、固定。 8. 卷簾機及保溫被安裝 保溫被起著阻止溫室夜間向外散熱的作用，應選用保溫效果好、防水性能好、耐用的