日光溫室結(jié)構(gòu)及性能

1、日光溫室,日光溫室,概述,溫室：是指具有充分采光、嚴(yán)密保溫或補(bǔ)充加溫、空氣對流等良好設(shè)備，用于種植或養(yǎng)殖生產(chǎn)的一種設(shè)施。 國外通常把那些單棟或連棟的加溫溫室塑料大棚或玻璃房稱為溫室。 中國北方發(fā)展面積最大的溫室是塑料日光溫室。這是一種利用太陽能為熱量主要來源的保護(hù)地設(shè)施，一般不進(jìn)行人工加溫，或只進(jìn)行少量的補(bǔ)溫,日光溫室的發(fā)展歷史,溫室的歷史：2000多年前就有溫室的發(fā)展。 日光溫室的歷史（我國在19世紀(jì)20-30年代就在東北地區(qū)發(fā)展了部分日光溫室，50年代進(jìn)行了改良，如三折式溫室和四折式溫室） 高效節(jié)能型日光溫室的發(fā)展（20世紀(jì)八十年代最早在東北地區(qū)的瓦房店地區(qū)出現(xiàn),高效節(jié)能型日光溫室的發(fā)展,

2、20世紀(jì)80年代后期進(jìn)行試驗(yàn) 20世紀(jì)90年代進(jìn)行示范推廣 到2005年達(dá)到300余萬畝 最初主要種植黃瓜，發(fā)展到各種蔬菜、花卉和部分果樹生產(chǎn) 結(jié)構(gòu)的規(guī)范和栽培技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化 配套技術(shù)的應(yīng)用：品種、覆蓋材料、膜下暗灌、CO2施肥技術(shù)應(yīng)用、機(jī)械卷苫等,溫室配套環(huán)境控制設(shè)備,日光溫室加熱系統(tǒng),卷簾機(jī),日光溫室專用放風(fēng)器,日光溫室保溫被,日光溫室的類型結(jié)構(gòu)及環(huán)境調(diào)控現(xiàn)狀,目前是普通日光溫室、第一代節(jié)能型日光溫室、第二 代節(jié)能型日光溫室、第三代節(jié)能型日光溫室同時(shí)存在。 其中竹木結(jié)構(gòu)普通型日光溫室大約占65%；第一代鋼骨架節(jié)能型日光溫室大約占 20%，第二代節(jié)能型日光溫室大約占15 %；第三代節(jié)能型日光溫

3、室大約占0.01%。 不加溫溫室類型占總量的92.2%，加溫溫室占7.8%。 環(huán)境調(diào)控設(shè)施設(shè)備不斷完善,第一代日光溫室海城感王式日光溫室（20世紀(jì)80年代中期,第一代日光溫室的類型日光溫室由后墻、后屋面、前屋面和保溫覆蓋物四部分組成,根據(jù)溫室前屋面的形狀,半拱形,一斜一立式,長后坡矮后墻日光溫室,短后坡高后墻日光溫室,無后墻日光溫室,長后坡無后墻日光溫室,傳統(tǒng)的一斜一立式日光溫室,初始的一斜一立式塑料日光溫室,改進(jìn)后的一斜一立日光溫室,長后坡矮后墻日光溫室,這是一種早期的日光溫室，后墻較矮，只有1m左右，后坡面較長，可達(dá)2m以上，保溫效果較好，栽培面積少，現(xiàn)較少使用。 圖36 長后坡矮后墻日光

4、溫室 (單位：m) 1防寒溝 2粘土層 3竹拱桿 4前柱 5橫梁 6吊柱 7腰柱 8中柱 9 草苫 10紙被 11柁12檁 13箔 14揚(yáng)腳泥 15碎草 16草 17整捆秫秸或稻草 18后柱 19后墻 20防寒土,短后坡高后墻日光溫室,這種溫室跨度57m，后坡面長11.5m，后墻高1.51.7m左右，作業(yè)方便，光照充足。 短后坡高后墻日光溫室 （單位：m） 1防寒溝 2粘土層 3拱桿 4前柱 5橫梁 6吊柱 7腰柱 8中柱 9紙被 10草苫11柁12檁 13箔 14揚(yáng)腳泥 15細(xì)碎草 16粗碎草 17秫秸或整捆稻草 18后墻1 9防寒土,第一代節(jié)能型日光溫室（20世紀(jì)90年代初期,瓦房店琴弦式

5、日光溫室,鞍型日光溫室,溫室脊高2.83m，跨度約67m，采光、增溫和保溫性能都比第一代日光溫室有顯著提高,內(nèi)外溫差可達(dá)2025,琴弦式日光溫室結(jié)構(gòu)示意圖,琴弦式日光溫室,該溫室又稱一坡一立式溫室 特點(diǎn)：前屋面為斜面，下部為小立窗，窗高為0.60.8m，立窗角度為70度，前屋面每隔3m設(shè)一鋼管衍架，縱向每隔0.4m拉1道8號鐵絲，兩端固定在山墻外基礎(chǔ)上，蓋膜后，膜上壓細(xì)竹竿與膜內(nèi)竹竿成對綁扎牢固。 這種溫室的后屋面短，土地利用率高，空間大，有利作物生長和人工作業(yè)，但其采光性能不如半拱圓形,第二代節(jié)能型日光溫室 （20世紀(jì)90年代中期至21世紀(jì)初期,溫室脊高3.33.5m，跨度6.58m，在北緯

6、42及其以南地區(qū)，正常年份冬季基本不加溫（連陰天和極冷天少量加溫）可越冬生產(chǎn)蔬菜的目標(biāo)。最冷日室內(nèi)外溫差達(dá)到3035，平均溫度比普通溫室高35，節(jié)能特別顯著,第二代日光溫室,溫室結(jié)構(gòu)：跨度為7.5m，脊高3.5m，后屋面仰角30.5度，后墻高度2.5m，后坡水平投影長度1.5m，墻體內(nèi)外側(cè)為37cm磚墻，中間夾912cm厚聚苯板，后屋面也采用聚苯板等復(fù)合材料保溫，拱架采用鍍鋅鋼管，配套有卷簾機(jī)、卷膜器、地下熱交換設(shè)備。 溫室的性能：在北緯42以南地區(qū)，冬季基本不加溫可進(jìn)行育苗和生產(chǎn)喜溫蔬菜,遼沈1型日光溫室結(jié)構(gòu)示意圖,改進(jìn)冀優(yōu)型節(jié)能日光溫室,結(jié)構(gòu)：跨度為8m，脊高3.65m，后墻高度2.0m，

7、墻體為37cm厚磚墻，內(nèi)填12cm厚珍珠巖，骨架為鋼筋衍架結(jié)構(gòu)。 性能：該溫室在華北地區(qū)的正常年份，溫室內(nèi)最低溫在10以上，土壤10cm深處低溫可維持在11以上，基本滿足喜溫果菜類的冬季生產(chǎn),改進(jìn)冀優(yōu)2型節(jié)能日光溫室結(jié)構(gòu)示意圖,第三代節(jié)能型日光溫室,溫室脊高5.5m，跨度12m，大幅度增加了溫室空間，并首次設(shè)計(jì)制造了綴鋁箔夾心聚苯板空心墻體，提高了大型日光溫室的墻體保溫能力,山東新型日光溫室建造技術(shù)規(guī)范,型號 脊高m 前跨m 后跨m 前屋面角0C 后墻高m 后屋面仰角0C SD-I 3.1-3.2 6.0 1.0 27.3-28.1 2.0-2.1 45 SD-II 3.3-3.4 6.8 1

8、.2 25.9-26.6 2.1-2.2 45 SD-III 3.6-3.7 7.7 1.3 25.1-25.7 2.3-2.4 45-47 SD-IV 3.8-4.0 8.6 1.4 23.8-24.9 2.4-2.5 45-47,山東型 日光溫室剖面圖,山東型 日光溫室剖面圖,山東型(壽光型)日光溫室剖面圖,西北型焊接桁架結(jié)構(gòu),西北型鋼單管骨架,西北型雙連跨日光溫室,二、日光溫室的合理結(jié)構(gòu)參數(shù),日光溫室由后墻、后坡、前屋面和兩山墻組成，各部位的長寬、大小厚薄和用材就決定了它的采光和保溫性能 生產(chǎn)上對溫室的要求 溫室的總體要求為采光好、保溫好、成本低、易操作、高效益。 合理結(jié)構(gòu)的參數(shù) 五度、

9、四比、三材,一）五度,角度、 高度、 跨度、 長度 厚度， 主要指各個(gè)部位的大小尺寸,1角度,三個(gè)角度：屋面角、后屋面仰角及方位角,屋面角,屋面角 溫室前屋面與水平面的平均夾角. 對溫室性能的影響 屋面角決定了陽光入射角的大小 入射角的大小決定了光線的透過率 因此屋面角溫室采光性能,入射角與透光率的關(guān)系,太陽直射光入射角 指直射光線照射到水平透明覆蓋物與法線所形成的角。 透光率隨入射角的增 大而減少， 入射角40度透光率明顯減少。 60度，反射率就迅速增加,太陽高度角,太陽高度角:太陽直射光線與地平面的夾角. 太陽高度角與日射系數(shù)的關(guān)系 直接影響太陽輻射,太陽高度角的計(jì)算,中午時(shí)刻太陽高度角計(jì)

10、算公式 H0=90+ 北半球某地的地理緯度 太陽赤緯 (太陽光線垂直照射在地面處的地理緯度) 夏半年取正值，冬半年取負(fù)值 鄭州地區(qū)不同時(shí)間太陽高度角： 立春3859、春分5501 立冬3906 、冬至3157,理想屋面角,理想屋面角：保證太陽直射光線垂直照射在溫室屋面上時(shí)的屋面角 0=- 計(jì)算鄭州地區(qū)建造日光溫室理想的屋面角有多大 按照理想屋面角建造溫室存在的問題,合理屋面角,按照入射角與透光率的關(guān)系 ，當(dāng)入射角40時(shí)，透過率降低不明顯，因此保證入射角不大于40時(shí)的屋面角 0=- 40 按照合理屋面角建造溫室存在的問題,合理時(shí)段屋面角,保證在上午10時(shí)到下午2時(shí)之間溫室有一個(gè)較高的光線透過率，

11、按照這個(gè)要求，前屋面應(yīng)該所具有的角度。 鄭州地區(qū)冬至上午10時(shí)太陽高度角為25.52，請計(jì)算合理時(shí)段屋面角 合理時(shí)段屋面角的經(jīng)驗(yàn)公式： 一般為當(dāng)?shù)氐乩砭暥葴p少6.5左右，如我國華北地區(qū)平均屋面角度要達(dá)到25以上,后屋面仰角,后屋面仰角是指后坡內(nèi)側(cè)與地平面的夾角 與溫室保溫性有關(guān)：要求冬、春季節(jié)陽光能射到后墻，使后墻受熱后貯蓄熱量，以便晚間向溫室內(nèi)散熱。 要大于立冬、立春時(shí)中午的太陽高度角 3540,方位角,方位角系指一個(gè)溫室的方向定位 與溫室上下午的進(jìn)光量有關(guān)，與設(shè)施的保溫性能有關(guān) 要求溫室坐北朝南、東西向排列，向東或向西偏斜的角度不應(yīng)大于7,2高度 包括矢高和后墻高度,矢高是指從地面到脊頂最

12、高處的高度 由于矢高與跨度有一定的關(guān)系，在跨度確定的情況下，高度增加，屋面角度也增加，從而提高了采光效果 6m跨度溫室，其矢高以2.52.8m為宜； 7m跨度的溫室，其矢高以33.1m為宜。 后墻的高度要保證作業(yè)方便，過低影響作業(yè)，過高時(shí)后坡縮短，保溫效果下降,3跨度,跨度：指溫室后墻內(nèi)側(cè)到前屋面南底腳的距離。 與溫室的采光角度、空間、建筑材料的選用有關(guān) 近年來根據(jù)栽培作物的不同，在日光溫室的跨度上有所加大，跨度增大后，應(yīng)適當(dāng)增加矢高和后墻高度 如8m跨度的溫室，但應(yīng)把矢高度提高到3.33.4m，后墻提高到2m,4長度,長度：指溫室東西山墻間的距離，以5060m為宜。 考慮栽培面積、栽培效果以

13、及可操作性 如果太短，不僅單位面積造價(jià)提高，而且東西兩山墻遮陽面積與溫室面積的比例增大，影響產(chǎn)量，最短的溫室不能小于30m長。 過長的溫室往往溫度不易控制一致，并且每天揭蓋草苫占時(shí)較長，不能保證室內(nèi)有較長的日照時(shí)數(shù)。另外，在連陰天過后，也不易迅速回苫，最長的溫室也不宜超過100m,5厚度,包括三方面的內(nèi)容 后墻 后坡 草苫的厚度 厚度的大小主要決定保溫性能,后墻的厚度,對墻體的要求 傳統(tǒng)：承重、隔熱 現(xiàn)代：承重、隔熱、載熱 墻體的厚度的確定 根據(jù)當(dāng)?shù)卦O(shè)定的最低溫度確定墻體必要的熱阻值， 由此值和各種材料的導(dǎo)熱系數(shù)，即可求出墻體的厚度。 Ri為某部分墻體的熱阻值 , i為材料的導(dǎo)熱系數(shù)， Di為

14、該材料的厚度，D為墻體總厚度,墻體的組成,墻體:單質(zhì)墻體和異質(zhì)復(fù)合墻體 單質(zhì)墻體:由單一的土、磚或石塊砌成。 異質(zhì)復(fù)合墻體:一般內(nèi)層是磚，中間有干土、爐渣等夾層，外層為磚、石或加氣磚。 理想墻體結(jié)構(gòu)的組成 內(nèi)側(cè)由吸熱、蓄熱能力較強(qiáng)的材料組成蓄熱層外側(cè)由導(dǎo)熱、散熱能力較差的材料組成保溫層中間有夾層隔熱的異質(zhì)復(fù)合墻體,不同材料的隔熱效果,隔熱層內(nèi)外側(cè)溫差,后墻的厚度,根據(jù)地區(qū)和用材不同而有不同要求。 在黃淮區(qū)土墻應(yīng)達(dá)到80cm以上，東北地區(qū)應(yīng)達(dá)到1.5m以上； 磚結(jié)構(gòu)的空心異質(zhì)材料墻體厚度應(yīng)達(dá)到5080cm，才能起到吸熱、貯熱、防寒的作用,后屋面及厚度,后屋面的有無及其厚度影響溫室的保溫能力 要發(fā)

15、揮后屋面的效果，一是要保證后屋面的長度；二是要選用保溫材料；三是要保證后屋面有一定的熱阻值 多層結(jié)構(gòu)：由室內(nèi)向室外應(yīng)有防水層、承重層、保溫層和防水層 草坡的厚度要達(dá)到4050cm。對預(yù)制混凝土后坡，要在內(nèi)側(cè)或外側(cè)加2530cm厚的保溫層,前屋面覆蓋物及厚度,前屋面是溫室的主要散熱面，前屋面覆蓋可以阻止散熱，達(dá)到保溫目的 材料有草苫、紙被、保溫被,保溫被,保溫被：三層組成，內(nèi)、外層由塑料膜、無紡布和鍍鋁膜等一些保溫、防水和防老化材料組成，中間由針刺棉、泡沫塑料、纖維棉、廢羊絨等保溫材料組成。 特點(diǎn)：輕便、潔凈、防水而且保溫,草苫,草苫是最傳統(tǒng)的覆蓋物，要保證一定的厚度和密度。 要求：覆蓋在采光面

16、上之后，室內(nèi)見不到任何亮光。 厚度：要達(dá)到68cm，即9m長、1.1m寬的稻草苫要有35kg以上；1.5m寬的蒲草苫要達(dá)到40kg以上。 特點(diǎn)：保溫性能好，但笨重，易污染、損壞薄膜，易浸水、腐爛等,二）四比,即指各部位的比例。 包括前后坡比 高跨比 保溫比 遮陽比,1前后坡比,前后坡比：指前坡和后坡垂直投影寬度的比例。 前坡和后坡的功能： 溫室的后坡由于有較厚的厚度，起到貯熱和保溫作用； 前坡面覆蓋透明覆蓋物，白天起著采光的作用，但夜間覆蓋較薄，散失熱量較多，它們的比例直接影響著采光和保溫效果,比例大小,目前生產(chǎn)上主要有三種情況： 短后坡式，前后坡投影比例為7：1，如瓦房店式溫室 長后坡式，前

17、后坡投影比為2：1，如永年式溫室 沒有后坡，除了后墻和山墻外，都是采光面,適宜的前后坡比,現(xiàn)建造的日光溫室大多用于冬季生產(chǎn)，為了保溫必須有后坡，而且后坡長一些能提高保溫效果。 后坡過長，前坡短，又影響白天的采光，且栽培面積小。 從保溫、采光、方便操作及擴(kuò)大栽培面積等方面考慮 前后坡投影比例以4.5：1左右為宜，即一個(gè)跨度為67m的溫室，前屋面投影占55.5m，后屋面投影占1.21.5m,2高跨比,高跨比：指日光溫室的高度與跨度的比例 二者比例的大小就決定了屋面角的大小。 適宜高跨比的大?。阂_(dá)到合理的屋面角，高跨比以1：2.2為宜。 跨度為6m的溫室，高度應(yīng)達(dá)到2.6m以上；跨度為7m的溫室，

18、高度應(yīng)為3m以上,3保溫比,保溫比：指日光溫室內(nèi)的貯熱面積與放熱面積的比例。 在日光溫室中，雖然各圍護(hù)組織都能向外散熱，但由于后墻和后坡較厚，不僅向外散熱，而且可以貯熱，所以在此不作為散熱面和貯熱面來考慮 溫室內(nèi)的貯熱面為溫室內(nèi)的地面，散熱面為前屋面，故保溫比就等于土地面積與前屋面面積之比,日光溫室保溫比（R）=日光溫室內(nèi)土地面積（S）/日光溫室前屋面面積（W） 保溫比的大小決定了日光溫室保溫性能的大小，保溫比越大，保溫性能越高，所以要提高保溫比，就應(yīng)盡量擴(kuò)大土地面積，而減少前屋面的面積 但前屋面又起著采光的作用，還應(yīng)該保持在一定的水平上。 根據(jù)近年來日光溫室開發(fā)的實(shí)踐及保溫原理，以保溫比值等

19、于1為宜，即土地面積與散熱面積相等較為合理，也就是跨度為7m的溫室，前屋面拱桿的長度以7m為宜,4遮陽比,指在建造多棟溫室或在高大建筑物北側(cè)建造時(shí)，前面的物體對建造溫室的遮陽影響。 為了不讓南面地物、地貌及前排溫室對建造溫室產(chǎn)生遮陽，應(yīng)確定適當(dāng)?shù)臒o陰影距離,如在下面ABC中，BAC為當(dāng)?shù)囟琳绲奶柛叨冉牵╤），直線BC為溫室前面地貌的高度（a），則后排溫室與前排溫室屋脊垂點(diǎn)的距離應(yīng)不小于b，b=ctg(h) a,如鄭州地區(qū)冬至節(jié)的正午太陽高度角為3157，溫室前有一3m高的建筑物，則要建造溫室與該建筑物的最小距離為 ctg31573 m，這樣也只能保持中午前后前排不遮陽 如果考慮到1011

20、時(shí)不能有影響，即為ctg253（m）=6.43（m），則其遮陽比應(yīng)增加到1：2，也就是前室高3m時(shí)，后排距該建筑物北側(cè)的距離要達(dá)到6m以上,三）三材,指建造溫室所用的建筑材料、透光材料及保溫材料。 建筑材料 主要視投資大小而定，投資大時(shí)可選用耐久性的鋼結(jié)構(gòu)、水泥結(jié)構(gòu)等。投資小時(shí)可采用竹木結(jié)構(gòu)。不論采用何種建材，都要考慮有一定的牢固度和保溫性,幾種建筑用磚的技術(shù)性能,常用溫室筑墻材料的熱工參考指標(biāo),2 透光材料 指前屋面采用的塑料薄膜，主要有聚乙烯和聚氯乙烯兩種。近年來又開發(fā)出了乙烯醋酸乙烯共聚膜，具有較好的透光和保溫性能，且質(zhì)量輕，耐老化，無滴性能好,3保溫材料 指各種圍護(hù)組織所用的保溫材料，

21、包括墻體保溫、后坡保溫和前屋面保溫。 墻體除用土墻外，在利用磚石結(jié)構(gòu)時(shí)，內(nèi)部應(yīng)填充保溫材料，如煤渣、鋸末等。 對于前屋面的保溫，主要是采用草苫加紙被進(jìn)行保溫，也可進(jìn)行室內(nèi)覆蓋,不同填充材料夾心墻蓄熱保溫比較,日光溫室覆蓋草苫紙被的保溫效果,日光溫室內(nèi)各種覆蓋形式保溫效果,日光溫室的性能,光照特點(diǎn) 日光溫室的光照狀況，與天氣情況、溫室的方位、結(jié)構(gòu)、建材、棚模、管理技術(shù)等密切相關(guān)。 水平分布差異：南北、東西水平 垂直分布差異,溫度特點(diǎn),氣溫日變化特征 晴天，12月和1月份最低氣溫出現(xiàn)在8時(shí)半左右。 揭苫后，氣溫略有下降，而后迅速上升 11時(shí)前上升最快，在密閉不通風(fēng)情況下，每小時(shí)可上升610； 12

22、時(shí)后仍有上升趨勢，但已漸緩慢； 13時(shí)在到高峰值。此后開始緩慢下降，15時(shí)后下降速度加快，直至1617時(shí)。 蓋苫時(shí)，由于熱傳導(dǎo)、輻射暫時(shí)減少，氣溫略有回升，此后外界氣溫下降，室溫則呈緩慢下降趨勢，直至次日晨揭苫前降到最低值,日光溫室地上50cm溫度日變化,氣溫分布特點(diǎn) 地溫特性 12月下旬，當(dāng)室外020cm平均地溫下降到1.4時(shí)，室內(nèi)平均地溫為13.4，比室外高14.8。 1月下旬，室內(nèi)10、20和50cm的地溫比室外分別高13.2、12.7和10.3,四、日光溫室的應(yīng)用,主要用作北方地區(qū)蔬菜的冬春茬長季節(jié)果菜栽培;春季早熟;秋季延后栽培 花卉的鮮切花、盆花、觀葉植物的栽培 漿果類、核果類果樹的促成、避雨栽培 園藝作物的育苗,蔬菜生產(chǎn),茬次安排的原則 一年一大茬生產(chǎn)（越冬茬） 一年兩茬生產(chǎn)（秋冬茬，冬春茬,1.要依設(shè)施條件安排作物和茬次,不同參數(shù)、不同結(jié)構(gòu)、不同地區(qū)的日光溫室具有不同的溫光效能。 采光和保溫性能好的溫室，確能保證冬季經(jīng)常處于10以上氣溫的結(jié)構(gòu)，應(yīng)盡可能安排越冬茬 對于一些跨度大、高度低、保溫性能差的溫室，宜安排秋冬茬和冬春茬兩茬生產(chǎn)，并盡可能在秋冬季安排耐寒葉菜的栽培,2、要依市場需求安排作物和茬次,日光溫室的季節(jié)蔬菜生產(chǎn)是一項(xiàng)商品性極強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)，其效益