节能日光温室的优化建造

2021-01-12黄若忱

农业技术与装备 2020年12期

黄若忱

（山西省农业机械发展中心，山西太原 030002）

1 我国日光温室的现状和特点

在农业生产中，日光温室能充分利用太阳光热资源，减少环境污染，在一定程度上实现土地利用的高效化。目前，我国日光温室发展迅速，建造面积已经达到了近16×104hm2，经济效益十分可观。随着日光温室建造技术的不断提高和发展，日光温室科技含量也不断提升，节能智能型的日光温室将逐步形成规模。

2 节能日光温室的建造原则

节能型日光温室的建造要具有以下要求：一是要有良好的透光性能，保证太阳光利用率比较高；二是要有良好的增温和保温性能，保证日光照射下增温加快；三是要有良好的通风和排湿性能，保证日光温室内的湿度在合理要求范围内；四是要有良好的防风性能，保证日光温室的结构牢固和使用寿命长；五是要易于操作、易于建设、便于管理，并且投资较少。

3 节能日光温室的建造技术

3.1 节能日光温室的方位选择

节能日光温室的方位选择主要是指节能日光温室的朝向根据实地太阳光照射情况做出的选择，节能日光温室的朝向应该坐北朝南、东西延长，保证接受阳光时间长、光照利用率高。在冬天气温不太低的地方，并且太阳升起得早，上午太阳光照射比较充足，选择的方位南偏东；在冬天气温比较低的地方，而且太阳升起得比较晚，上午太阳光照射时间不长，应选择的方位南偏西。节能日光温室偏向的选择不管是南偏西还是南偏东，都应根据实地的气候、地形、地势等条件做出科学合理的选择，且偏东或偏西都不要超过10°。如果在选择方位的实际操作中，由于地理条件等原因不能按照以上要求施工，应根据以下方法措施做出调整。在日光温室的建造实地，树立一个与地面垂直的标杆，观察晴朗天气下12：00—12：30区间的标杆投影，选取最短的标杆投影并做出它的垂线，以该垂线的垂足为基点，该垂线旋转科学合理的角度，此时旋转后的垂线为后墙方向的基准线，以此基准线确立节能日光温室的方位。节能日光温室不仅要考虑方位的选择，同时也要考虑选地的交通是否发达、土壤墒情如何、是否在较高的地势、土质透气性能如何、防洪防涝能力如何、土壤肥力怎么样等等。

3.2 节能日光温室的结构设计

节能型日光温室的结构设计要素包括前屋面及前屋面倾角、后屋面及后屋面倾角、后屋面水平投影长度、跨度、高度、温室面积、温室墙体厚度等。这些结构设计要素的优化，能极大地提高日光温室的光照利用率、保温性能、增温速度、抗风性能和使用寿命等。

3.2.1 前屋面及前屋面倾角

节能型日光温室的前屋面为采光面，它的形状有立坡式、二折式、三折式及拱圆形，拱圆形又有抛物线、摆线、圆弧线等形状。目前经常采用的有立坡式和抛物线两种形式，立坡式日光温室由于结构限制，必须用竹竿压膜并用铁丝缠绕绑缚，铁丝穿过膜使得膜上有了孔洞，降低了日光温室的保温效果，同时也在竹竿上形成水滴，水滴从竹竿上滴下将影响到日光温室内蔬菜作物的生长。抛物线日光温室相比较立坡式日光温室有许多优点，结构牢固、抗压性好，采光面积大、增温速度快，采光面向上凸起、透光性能好、光照利用率高，拉起和放下保温覆盖物方便、便于用压膜绳压膜，抛物线型不易形成水滴、即使有也会顺抛物线流走，抛物线型积雪少、清扫比较方便。前屋面倾角是通过计算得到的，根据计算得到的前屋面倾角可以对照日光温室的跨度、高度与前屋面倾角的对应关系表选配适当的跨度与高度。前屋面倾角用αF表示，合理的前屋面倾角应符合式（1）条件。

式中：h min——当地冬至正午太阳高度角，h min可由式（2）求得。

式中：Φ——当地地理纬度。

3.2.2 后屋面及后屋面倾角与水平投影长度

日光温室设计了后屋面，采用平面形或稍微起拱即可。后屋面可以对北方冬季里寒冷的西北风产生导向，使得冷空气沿着后屋面流走，对提高日光温室的保温有着显著的效果。后屋面不仅可以提高日光温室的高度、增大采光面的角度、有利于太阳光的射入，也可以使采光面上的保温覆盖物（草垫、棉被等）揭盖后的摆放方便。但是后屋面阻挡了天空中的散射光从日光温室的北面射入，影响了日光温室后面的光照条件，造成日光温室后面的作物在生长发育情况、产量、质量等方面明显不如前面的作物。为保障寒冷冬季时期日光温室的室内温度，平衡利弊，设计后屋面是必不可少的。

后屋面倾角即后坡仰角，应该大于当地冬至正午太阳高度角的5°～8°，后屋面倾角大小决定了冷空气流的速度，倾角过大不利于冷空气沿后面流走，倾角过小影响到太阳光不能直接照射到后屋面的内面，不利于提高日光温室内的温度，影响了日光温室后面的光照效果。太阳高度角是指地球上的某个地点太阳光线与通过该地点与地心相连的地表切面的夹角。太阳高度角由所在地点的纬度决定，在北纬35°左右的地区，太阳高度角31.6°，后坡仰角应该在36.6°～39.6°，后屋面的水平投影长度应该在1 m左右，减少遮光。

3.2.3 日光温室的高度与南北跨度

日光温室的高度与南北跨度决定了温室的采光面积、采光面角度、温室结构强度。日光温室的高度是前屋面和后屋面的交点处（日光温室最高点）到基准地面的距离。南北跨度是日光温室的后墙到前屋面骨架最南端的距离。日光温室的高度与南北跨度的比例要通过科学的计算得出，这个比例形成的形状要通过力学分析，进行结构强度校核，具备足够的安全系数。这个比例所决定的采光面积、采光面角度（决定着阳光入射角的大小）也要经过升温、保温、阳光利用率等指标科学计算，使其符合节能日光温室的建造要求。南北跨度可用公式算出：

3.2.4 日光温室面积

日光温室面积要设计在一个科学合理的范围内，一般为0.067 hm2～0.034 hm2。合理面积的日光温室能使保温性能增强、管理操作方便、工作效率提高，合理的面积能有效降低严寒天气下冷害或冻害的发生，减少冬季拉起、放下覆盖物的时间，日光温室面积参数是一个重要的经济、节能指标。

3.2.5 后墙高度

后墙高度是指日光温室的后坡内表面和后墙内表面的交线与温室内地平面之间的距离。后墙高度可按式（5）确定，日光温室的后墙高度一般应在2.5～4.5 m。

3.2.6 拱架间距和墙体厚度

拱架间距由拱杆强度、覆盖材料性能及当地风雪荷载情况确定。日光温室墙体厚度由当地的冻土层厚度确定，一般是冻土层厚度的两倍。