轻简装配式日光温室的建造与性能分析

宛金 邹志荣 兰兴利

摘要    在日光温室推广中，需要考虑土建量、建设成本、保温性能、建设周期等要素。为探索建造一种轻简装配式实用型日光温室，本文进行了温度性能分析。结果表明，该新型温室温度性能优于对照温室，能满足芹菜叶菜等在冬季不加温情况下安全越冬的生产需求。此外，轻简装配式实用型日光温室具有土建量少、造价低、建设周期短等优点。

关键词    日光温室;轻简装配;温度性能;土建量;造价

中图分类号    S625.1        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2020）12-0181-03                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）

随着人们对冬季鲜食果菜需求的增加，日光温室作为北方冬季重要的鲜食生产设施，其建设规模不断扩大[1]。在日光温室建设过程中，土建部分的工程量、成本造价和施工周期均占比较大，对日光温室的建设规模产生影响。同时，在农田进行土建施工，所产生的建筑垃圾，如果未清理干净会影响土壤性能和肥力，进而影响设施蔬菜品质[2-4]。因此，为解决上述问题，本文介绍了一种建造速度快、土建工程量少、整体造价少、轻简装配式日光温室，并对该日光温室与传统砖墙日光温室进行冬季室内温度测试，分析其温度性能。

1    材料与方法

1.1    试验材料

1.1.1    试验地点。试验地在北京市怀柔区庙城镇赵各庄483号锦会有机农庄，地理位置为北纬40.271°、东经116.647°。

1.1.2    试验温室概况。试验温室结构如图1所示。跨度10 m，顶高5.2 m，后墙高3.5 m，后坡长2.4 m，后坡仰角45°，前坡仰角33°。温室总长50 m，其中温室长47 m。缓冲间长3 m，宽3 m，高3.5 m。

1.1.3    温室主要部分介绍。试验温室实物如图2所示。温室基础采用C25素混凝土独立基础，规格尺寸为0.3 m×0.3 m×0.8 m，间距2 m。地梁采用50 mm×50 mm×3 mm热镀锌角钢。

主体桁架采用镀锌椭圆管型材，规格为80 mm×30 mm×2 mm。每根桁架由前后2个部分组成，前部分保持原镀锌层，不做处理。后部分在原镀锌层基础上再进行喷塑处理。纵拉杆和斜撑杆为Φ25 mm×2 mm镀锌圆管。缓冲间骨架为50 mm×50 mm×2 mm镀锌方管。所有骨架均采用镀锌螺栓、六角头自攻螺丝连接。

温室墙体材料选用以喷胶棉为主的保温材料，喷胶棉在防水性能、保温性能、机械强度方面具有良好的综合性能[3]。由内至外分别是PE編制面料（其中后墙0～2 m范围内是镀铝编制反光膜）、喷胶棉内保温层、喷胶棉保温被外保温层，整体传热系数为0.305 W/（m2·℃）。山墙、缓冲间覆盖材料由内至外分别是为PE编制面料、喷胶棉内保温层、PE编制面料，传热系数为0.641 W/（m2·℃）[4]。

顶部通风系统采用国产自动放风系统。前坡底部通风系统采用电动卷膜系统。通风口均配置40目防虫网。

缓冲间位于温室东侧山墙，缓冲间共设置3樘门。其东西两侧分别设置1樘组合折叠门，门洞尺寸为宽2.8 m、高2.1 m，每樘门由1扇平开门和2扇折叠门组成。缓冲间南侧设置1樘平开门，门洞尺寸为宽0.95 m、高2.1 m。前坡保温被为喷胶棉保温被。温室内部配置LED照明灯5盏，五孔防水插座3个。给水Φ50 PPR主管道。

1.2    试验方法

设有试验温室、对照温室（CK）进行温度测试，并与室外进行对比，具体方法如下。

1.2.1    测温仪器。室内外温度的测量采用RC-5+冷藏高精度U盘温度计（江苏省精创电气股份有限公司，温度精度±0.5 ℃（-20 ℃/+40 ℃）;±1.0 ℃（其他范围），温度分辨率为0.1 ℃）。

1.2.2    对照温室选取。对照温室在同一园区内，位于试验温室西侧，2座温室山墙间距30 m。对照温室如图3所示，为传统砖墙日光温室，总长80 m，跨度8 m，后墙高2.56 m，顶高3.53 m，后坡长1.9 m，前坡仰角28°，后坡仰角38°。

对照温室的基础为0.37 m厚的红砖条形基础，深0.8 m。墙体为0.37 m厚红砖墙体，外贴0.1 m厚聚苯乙烯泡沫板。后坡为菱镁保温板，外部铺设3 mm厚SBS改性沥青防水层。主体骨架为50几字钢型材。前坡保温被为针刺黑毛毡保温被。上下通风口均为电动卷膜通风。缓冲间规格长3 m、宽3 m、高2.5 m，墙体为0.24 m厚红砖墙体，顶部为单面坡彩钢保温板，塑钢门窗各1樘。前坡东部骨架设置农机出入口。

1.2.3    温度计布置。如图4（a）所示，试验温室内布置9个数据采集点，共24个温度计。东西方向选取3个截面，分别为东山墙向室内10 m处，温室东西向正中处，西山墙向室内10 m处。南北方向选取3个截面，分别为北墙向室内1 m处、南北向正中处、温室南侧向室内1 m处。各截面的交点处即为数据采集点。每个采集点悬挂3个温度计，高度分别为0.2、0.5、1.5 m。其中南侧3个数据采集点，因温室骨架高度限制，只悬挂0.2m和0.5m 2个高度，1.5 m高度取消。

如图4（b）所示，对照温室内布置6个数据采集点，共计6个温度计。东西方向选取3个截面，分别为东山墙向室内10 m处、温室东西向正中处、西山墙向室内10 m处。南北方向选取2各截面，分别为北墙向室内1.5 m处，温室南侧向室内2.5 m处。各截面交点处即为数据采集点。每个采集点悬挂1个温度计，高度为0.5 m。

室外温度计悬挂点为试验温室东山墙正南方10 m处，此处为空旷地点，悬挂高度为1.5 m。温度计上方0.2 m处设置遮光板，避免阳光直射。

数据采集起始时间为2017年12月21日，结束时间为2018年3月11日，所有数据记录间隔时间为15 min。

1.2.4    其他管理措施。2座温室均由园区种植人员负责管理。试验温室选取芹菜、西红柿2种作物试种。保温被8：30—9：00升起，16：00—16：30落下。其余施肥、灌溉、施药、通风等由种植人员自由管理，不做干涉。

1.3    数据处理

所有试验数据采用WPS 2019进行数据处理和分析，以及二维图表的制作。

2    结果与分析

2.1    建设成本分析

2.1.1    基础比较。试验温室基础为C25素混凝土点式基础，对照温室基础为红砖条形基础，埋深均为-0.800 m，基础造价均包含地埋0.1 m厚聚苯乙烯泡沫板，试验温室基础土建工程量和造价小于对照温室。

2.1.2    墙体比较。包括后墙、山墙、后坡三方面成本。试验温室墙体和后坡均为柔性材料（含连接件），对照温室墙体为0.37 m厚红砖墙体（含0.1 m厚聚苯乙烯泡沫板），后坡为菱镁粉保温板（含油毡防水层），在成本造价方面，试验温室小于对照温室。

2.1.3    缓冲间比较。试验温室缓冲间由骨架、覆盖材料、组合折叠门组成。对照温室缓冲间由0.24 m厚红砖墙体、0.1 m厚彩钢保温板顶部、塑钢门窗组成，造价方面试验温室小于对照温室。

2.1.4    通风系统。试验温室顶部通风为自动放风机系统，对照温室顶部为电动卷膜放风系统，两者底部通风均为电动卷膜通风系统，造价方面试验温室大于对照温室。

2.1.5    其余部分比较。试验温室因后墙、山墙均有钢骨架作为支撑，钢材大于对照温室，因而造价略高于对照温室。前坡棚膜覆盖方面，试验温室顶部增加了透明编制膜，其余均为0.12 mm PE棚膜，卡簧卡槽连接，试验温室造价略高于对照温室。其他（水、电等）方面，2个温室配置不相同，为方便对照总造价，此项造价假设三部分均包含。

2.1.6    整体比较。由表1可看出，试验温室总造价小于对照温室总造价，差异主要体现在基础和墙体2项。基础节省44.7%，墙体节省57.7%，整体造价节省36.0%。

2.2    温度性能分析

2.2.1    测试期间温度数据对比。选取了2017年12月21日至2018年3月10日期间共80 d的温度数据，如表2所示。可以看出，在日平均气温、白天（8：30—16：30）平均气温、夜间（16：30至次日8：30）平均气温、平均最高气温、平均最低气温4项数据方面，试验温室分别高于对照温室3.9、3.9、4.0、3.9、4.2 ℃，试验温室分别高于室外16.2、16.4、16.1、19.8、18.4 ℃。最低气温天数表明，在不加温情况下，试验温室完全满足芹菜等部分叶菜类生产越冬需求，不满足番茄等喜温果菜类蔬菜越冬生产需求[5]。

2.2.2   短期低温温度数据对比。由表3可以看出，2018年1月22日至2018年1月29日期间共8 d的温度数据中，在日平均气温、白天（8：30—16：30）平均气温、夜间（16：30至次日8：30）平均气温、最低气温4项数据方面，试验温室分别高于对照温室4.2、4.2、4.3、4.4 ℃，试验温室分别高于室外20.8、23.1、20.0、24.2 ℃。其中试验温室夜间（16：30至次日8：30）平均气温为8.8 ℃，最低气温为5.7 ℃，这表明，在室外连续低温且室内不加温情况下，试验温室完全满足芹菜等部分叶菜类生产越冬需求。

由图5可以看出，在短期低温情况下。试验温室、对照温室温度随室外温度变化而变化。夜间最低气温，试验温室高于对照温室。白天最高气温，试验温室高于对照温室。试验温室白天气温上升过程中，是以曲折状态上升，并维持在30 ℃以下，说明自动放风机根据设定温度值自动调节风口大小，进而调节室内温度。对照温室白天温度成稳定的上升状态，说明通风风口大小为很小的固定值或风口没有开启，导致室内温度呈现稳定上升的状态。

2.2.3    寡照天气温度数据对比。选取2018年2月24日至2018年3月2日期间共6 d的温度数据，整理后見表4。可以看出，在日平均气温、白天（8：30—16：30）平均气温、夜间（16：30至次日8：30）平均气温、最低气温4项数据方面，试验温室分别高于对照温室2.9、2.3、3.3、3.5 ℃，试验温室分别高于室外12.4、12.1、12.7、19.4 ℃。其中试验温室夜间（16：30至次日8：30）平均气温为11.2 ℃，最低气温为7.9 ℃，这表明，在室外寡照天气且室内不加温情况下，试验温室完全满足芹菜等部分叶菜类生产越冬需求。

由图6可以看出，受光照不足影响，试验温室与室外温度差异大幅减小。夜间气温方面，试验温室均高于对照温室。

3    结论与讨论

试验温室采用以椭圆管型材为主的轻简装配式结构，以喷胶棉为主的复合材料作为保温墙体，在基础和墙体方面，土建工程量大幅减少，进而建设成本、施工周期、土壤污染等问题也随之降低，整体造价相较于传统砖墙温室节省1/3。

在整个冬季、短期低温、极端低温和寡照天气4种情形下，试验温室温度性能均优于对照温室。尤其是夜间温度，试验温室始终高于对照温室。在室内不加温情况下，试验温室完全满足芹菜等部分叶菜类或草莓生产越冬需求。

4    参考文献

[1] 汪懋华.物联网技术支撑蔬菜日光温室转型创新发展的探索[R].沈阳：全国日光温室发展学术论坛，2015.

[2] 白义奎.西北非耕地温室结构与建造技术项目成果汇报（18）落地装配式全钢骨架结构日光温室[J].农业工程技术，2016，36（4）：30-33.

[3] 苏雄，李建明.一种新型日光温室与传统四种日光温室性能及投资对比研究[J].北方园艺，2015（19）：47-53.

[4] 涂洪长，苏武兴，刘贞周，等.建筑安装工程施工中的环保问题及对策[J].天然气工业，2002（1）：107-109.

[5] 乔正卫，邹志荣，张立明，等.4种日光温室保温被室内的试验性能测试[J].西北农林科技大学学报（自然科学版），2008（6）：153-158.

[6] 吴松，刘文玺，卓杰强，等.温室新型内外保温材料研究与应用[J].农业工程技术，2018，38（31）：26-29.

[7] 邹志荣，邵孝侯.设施农业环境工程学[M].北京：中国农业出版社，2008.