河北省日光温室现状及改进措施

魏瑞江　王　鑫　狄政敏（河北省气象科学研究所，河北石家庄 0500；河北省气象与生态环境重点实验室，河北石家庄0500；河北省农业技术推广总站，河北石家庄 0500）



河北省日光温室现状及改进措施

魏瑞江1，2王鑫1，2狄政敏3
（1河北省气象科学研究所，河北石家庄 050021；2河北省气象与生态环境重点实验室，河北石家庄050021；3河北省农业技术推广总站，河北石家庄 050021）

通过对河北省日光温室的结构进行调查，阐述了河北省日光温室结构现状，指出部分日光温室结构存在跨度过大、墙体厚度欠合理、温室内地面下沉深度过深等问题，并针对河北省各地实际地理位置，计算出河北省由南向北合理的前屋面角为26.97°～32.47°，土墙日光温室的墙体最小厚度为1.1～1.8 m，10 m跨度的下沉式日光温室内地面适宜下沉深度最大为0.5～0.8 m。

魏瑞江，女，正研级高工，主要从事设施农业气象灾害及设施农业小气候资源高效利用技术研究，E-mail：weirj6611@sina.com

河北省设施农业经过多年的发展，已经具有一定规模。截止到2014年末，河北省日光温室面积达240 000 hm2，仅次于辽宁省和山东省，居全国第3位；蔬菜总产量近2 000万t，为丰富人们菜篮子起到了巨大的作用。为充分了解河北省日光温室现状，笔者对河北省日光温室的结构进行普查，以便找出其中存在的问题并进行改进，为优化日光温室结构、保障设施农业可持续发展提供参考。

1 河北省日光温室现状

表1 河北省不同区域日光温室结构参数

通过调查得到（表1），河北省日光温室长度50～150 m，跨度6.3～18.0 m，脊高1.75～5.00 m，高跨比为0.2～0.5。墙体材料主要以土或砖为主，即土墙日光温室和砖墙日光温室（砖墙中另加保温材料，如苯板等），还有少量的土、砖结合墙体或土、石头结合墙体或秸秆墙体。日光温室的后墙最厚处厚度为0.3～7.0 m，最薄处0.3～3.0 m；山墙最厚处厚度为0.3～6.5 m，最薄处0.3～5.0 m。日光温室内地面与温室外地面相比较，有下沉和不下沉2种，在下沉的温室中下沉深度0.25～1.50 m。

根据2013～2015年对承德、廊坊、保定、石家庄、邢台等地日光温室内小气候的观测得出，承德市的石头+土墙日光温室内冬季最低气温在5 ℃以上，廊坊、石家庄等地的土墙日光温室内冬季最低气温在5 ℃以上，冀中南砖墙日光温室内冬季最低气温为0 ℃左右，可见砖墙日光温室和砖+苯板墙体的日光温室冬季不能满足果菜类蔬菜生长，石头+土墙日光温室和土墙日光温室一般年份冬季热量能够满足果菜类蔬菜生长，但个别年份也会出现热量不足状况。

2 存在问题

2.1 部分日光温室跨度过大

冀中南地区部分日光温室跨度达16～18 m，高跨比有的仅0.2～0.3。虽然日光温室跨度大土地利用率高，但在温室高度和后屋面高度一定的情况下，温室跨度越大采光面的角度越小，不利于白天采光增温（刘志杰 等，2007；刘彦辰 等，2013；唐中祺 等，2014），同时散热面增大，不利于保温。根据实际观测得出，11月至翌年3月在连续寡照天气下，无论是大跨度日光温室还是小跨度日光温室，温室内的气温不能满足果菜类蔬菜生长发育需求，连续寡照持续时间越长，温室内气温就越低（魏瑞江 等，2010）。如2015年11月4日至25日，河北省出现持续雾霾、阴雨（雪）等寡照天气，冀中南43个县（市）持续20多天无日照，9 m跨度日光温室和12 m跨度日光温室内的最低气温均降到0 ℃左右，果菜类蔬菜遭遇冻害。

2.2 日光温室墙体厚度欠合理

机筑土墙日光温室是河北省普遍存在的温室类型，河北省土墙日光温室有的墙体最厚处达6～7 m。日光温室墙体的厚度决定了温室的保温效果，墙体过薄，温室的保温效果就差，墙体越厚，储热保温效果越好，但当达到一定厚度后，厚度增加对温室增温的作用不大（杨建军 等，2009；李建设等，2010）；而且日光温室墙体过厚，土地利用率低。

2.3 日光温室内地面下沉深度过深

目前河北省日光温室内地面下沉深度为0.25～1.50 m。就日光温室的保温性来说，温室内地面下沉深度越大，夜间温室内的温度波动越小，其土壤的保温效果也越好，但白天温室内接受太阳辐射时，随着下沉深度的增大，温室南部的阴影区面积也随之增大，给温室内土壤蓄热及温室南部蔬菜的生长带来较大的不利影响（张峰 等，2008；王思倩，2012），而各地接受太阳辐射与其地理纬度、太阳高度角、太阳方位角、温室前屋面角等因素有关，所以不同的区域温室内适宜下沉深度是不同的（佟国红 等，2010；李清明 等，2011；王思倩 等，2012；郭芬芬 等，2014）。

3 改进措施

3.1 合理设计温室的高度和跨度

在日光温室前屋面角一定的情况下，跨度越大，要求温室的脊越高，但一般情况下，温室不可能太高；在高度一定的情况下，跨度越大，前屋面角越小，从而影响温室内采光。在温室设计中，应保证冬至日（光照最弱时）日光温室能获得最大采光，即前屋面角应合理（魏晓明 等，2010）。根据魏晓明等（2010）的研究成果，得出河北省各地合理的前屋面角在26.97°～32.47°之间（表2）。在保证合理的前屋面角的情况下，当温室的跨度分别为8、10、12 m时，日光温室的脊高（H）也逐渐增大，在3.6～6.3 m之间（表2）。

表2 河北省各地日光温室合理的前屋面角、不同跨度下的脊高和墙体最小厚度

3.2 合理规划温室的墙体厚度

日光温室墙体厚度的确定应在满足其承载能力的前提下，达到设计要求的保温蓄热能力，对于土墙而言，还应结合土质状况。目前日光温室墙体厚度设计所采用的方法主要为冻土层法和低限热阻法（李明 等，2014）。冻土层法主要用于土墙的设计，其设计原则是使土墙体厚度不小于当地冻土层，且越厚越好（聂和民，1990；岳玲 等，2005），但该方法目前尚缺乏相应的理论依据。低限热阻法要求墙体热阻或热惰性指标应不低于日光温室结构（JB/T 10286—2001）与夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准（JGJ 134—2001）中规定的低限热阻和热惰性（柴立龙 等，2007；周长吉和丁小明，2008）。根据周长吉和丁小明（2008）、刘加平（2009）的研究成果，确定日光温室围护结构的低限热阻值，按照低限热阻法计算河北省各地土墙日光温室墙体的最小厚度为1.1～1.8 m（表2）。

3.3 合理调整温室内地面的下沉深度

研究表明，下沉深度所致的温室内阴影率以不超过15%为宜（李霞 等，2011）。根据河北省各地地理纬度、前屋面角、太阳高度角、方位角等的不同及其随时间的变化情况，得出当日光温室内的跨度分别为8、10、12 m时，河北省11个市及最北端和最南端的县所在地的日光温室内最大下沉参考深度（表3）。以10 m跨度的下沉式日光温室为例，河北省日光温室内地面适宜下沉深度最大为0.5～0.8 m，就各县来说，最北边的围场县日光温室内适宜最大下沉深度为0.5～0.6 m，最南端的大名县则为0.7～0.8 m。另外，温室内地面下沉深度还应考虑当地地下水位的高低和温室外排水等因素，视具体情况而定。

表3 河北省日光温室内最大下沉参考深度

4 结语

日光温室为蔬菜反季节生产提供了小气候环境，而日光温室的结构合理与否关系着温室内小气候环境的优劣，关系着蔬菜能否正常生长发育。在温室结构方面许多专家进行了多方面的研究，给出了日光温室适宜的前屋面角、墙体厚度、温室内地面下沉深度等的计算公式，但由于公式中涉及参数较多，且在前人的研究中少有给出针对河北不同区域日光温室结构的适宜数值，不利于推广。笔者针对河北省各地实际地理位置，计算出了不同区域、不同站点日光温室适宜的前屋面角、墙体厚度、温室内地面下沉深度等，得出河北省由南向北合理的前屋面角为26.97°～32.47°，土墙日光温室的墙体最小厚度为1.1～1.8 m，10 m跨度的下沉式日光温室内地面适宜下沉深度最大为0.5～0.8 m，为河北省日光温室建造提供理论依据，减少盲目性和随意性。

参考文献

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收稿日期：2016-03-07；接受日期：2016-05-13

基金项目：公益性行业（气象）科研专项（GYHY201306039），河北省现代农业产业技术体系蔬菜产业创新团队建设项目