德州市蔬菜生产型日光温室优化设计

高方胜　王磊　王明友

摘要：针对德州市目前日光温室应用中普遍存在的结构不合理、建造技术落后、生产性能较差等问题，在理论设计的基础上，立足德州，本着科学合理、尊重实际、易于建造、成本经济、便于管理的原则对德州市蔬菜生产型日光温室进行了优化设计。通过对日光温室墙体材料、后屋面材料、前屋面支撑及骨架材料、覆盖材料等的合理选择，以及对日光温室长度、净宽度、屋脊和后墙高度、墙厚度、后屋面仰角、前屋面角、下挖深度的优化设计，使日光温室的温度环境得到较大改善，最低气温和最低地温分别提高35.0%～237.5%和21.4%～142.9%，保证了温室内蔬菜生产的正常进行。

关键词：德州；蔬菜；日光温室；优化

中图分类号：S626.5 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2015）11-0047-03

德州市位于山东省西北部，黄河下游北侧。四季分明、冷热干湿界限明显，具有显著的大陆性气候特征。光照资源丰富，年平均日照时数、日照率、太阳总辐射量均处全国、全省的较高值区。充足的光热资源为德州地区反季节设施栽培提供了天然保障。

近几年，以日光温室为代表的蔬菜栽培设施在德州迅速发展。2013年，德州市有农业设施14.7万个，同比增长13.3%，其中日光温室为3.4万个，占农业设施的23.2%。种植蔬菜的设施（包括瓜类和食用菌）14.69万个，几乎占到100%，产值位列全省第三。但以日光温室为主的设施普遍存在结构落后、性能较差的现象。生产中大量结构陈旧的温室还在继续应用，新建的温室又存在照搬照抄寿光温室形式的问题，与温室性能和建造密切相关的地域位置、气候特点、土壤特性等因素往往被忽略。这就造成温室结构性能较差，极端天气下破坏严重；同时，现有日光温室的采光与保温性能一般，常造成低温冷害的发生，在低温弱光的冬季不得不被动地采取临时性措施以确保蔬菜正常生长，生产效益大大降低。因此，本项目根据德州市气候特点和限制日光温室蔬菜生产的关键因素，对本地日光温室进行优化设计，以期为德州市设施蔬菜的健康持续发展提供技术支持。

1.优化设计依据

1.1德州市地理位置和气候特征

根据德州市所处的地理环境，对该地区和日光温室建造相关的环境因素进行了统计，见表1。

1.2德州市日光温室材料及结构特点

对德州市主要蔬菜产区日光温室进行走访调查，通过归类总结对主要日光温室类型进行了现场资料搜集。

1.2.1结构材料 德州市日光温室从结构材料组成来看主要有两类，类型I和类型Ⅱ（表2），实际应用中又以类型Ⅰ为主。墙体以土墙为主，少量夹层墙；后屋面材料以土和秸秆（或草苫）为主，将秸秆（或草苫）铺在水泥柱架成的斜坡上，再铺一定厚度的土层，上盖薄膜；前屋面立柱为水泥立柱，屋面骨架为竹木结构，建造时间较短的温室部分为钢管三脚架和竹木结合的混合结构；透明材料主要为PE膜；保温材料皆为草苫，外覆以薄膜防雪、保温。

1.2.2结构特点 由表3可以看出，德州市目前应用的日光温室的参数变化范围较大。调查发现，德州市不同地区因设施蔬菜发展程度不同，日光温室结构参数不同，发展速度越快的地区，像齐河、临邑、平原等县市，其参数变化范围越大，且建造时间越近其长度、净跨度、屋脊高度、后墙高度越大，即温室向大型化发展。一般建造时间较近者室内地面下沉深度较大。

2.德州市日光温室优化设计

通过对德州市位置及气候特点的调查分析，针对目前德州市日光温室应用中存在的问题，借鉴国内日光温室的先进构型，依据日光温室的设计计算原理，对德州市的日光温室进行了优化设计。

2.1优化型日光温室结构材料

表4显示，优化型日光温室保留了保温、蓄热性能好和易于取材的土墙作为墙体材料，但在施工过程中通过机械反复碾压，其强度大大增加；棚室支撑材料和前屋面骨架相关，如果采用全钢架结构，仅保留后墙立柱即可，如采用钢架（主拱梁）和竹木（副拱梁）混合结构，则要根据各部分占有的比例在前屋面部分适当增加水泥立柱，以提高其负荷能力；透明覆盖材料采用透光、保温、耐候性等好的EVA膜；外保温材料根据经济条件可采用传统的草苫外加防雨膜，也可采用质量轻、保温性能较好、应用时间长、便于管理的自防水保温被。

2.2优化型日光温室结构特点

与德州市原有日光温室（表3）相比，优化型日光温室（表5）规模明显增加，相应的土地利用效率和室内环境缓冲能力明显增加，温室内生产作业轻简化程度更高，建造技术的进步和高强度骨架材料的应用是温室大型化的重要因素。在理论计算的基础上，结合温室结构实现的难易度、建造成本的核算，通过对温室性能和温室结构关系的实地调查分析，确定了德州市日光温室结构高度、屋面角、仰角等结构尺寸。因德州耕地在雨季易造成内涝，不易采用下挖式结构，可根据建造地点的微地势在0～30 cm范围内降低室内地面高度。

2.3优化前后日光温室环境温度比较

通过对德州目前主要日光温室应用者的走访调查和对优化型日光温室的实地测量，由表6可以看出，在1月份的低温季节，日光温室优化后可以明显改善日光温室的气温和地温条件，最低气温和最低地温分别提高35.0%～237.5%和21.4%～142.9%.

3.讨论与结论

随着消费需求的提高、理论研究的深入、结构材料的发展、建造技术的进步、生产实践的验证，在不同时期、不同地域涌现出很多特征鲜明、结构迥异的日光温室类型，且随时间的发展，日光温室的生产能力越来越高，为保障中国城乡居民“菜篮子”的稳定供给、农民增收发挥了重要作用。而日光温室生产能力的提高是以太阳能利用为核心的采光、保温、蓄热和节能等内部环境性能的合理设计，结构是影响日光温室环境性能的重要因素，在调查研究的基础上进行优化设计是调控日光温室环境因子有效且经济的方式，对提高温室生产率和资源利用率、降低成本、保障安全稳定生产具有重要的意义。优化设计的重点是日光温室前屋面透光率、北墙太阳辐射接收量、前屋面与墙体的保温性及墙体和地面的蓄热保温等方面。

本研究通过对德州市日照温室材料和结构两个方面的优化改造，最低气温和最低地温分别提高35.0%～237.5%和21.4%～142.9%，保证了设施蔬菜生产的正常进行。endprint