高温高湿地区 主流大型连栋温室型式及性能

李苇 王岩

|摘要|设施农业是现代化农业重要手段，进行高温高湿地区主流大型连栋温室型式和性能研究分析，可以为实现降温降耗提供参考。文章整理总结了主流大型连栋温室的建造型式、结构参数、屋面开窗特点及通风降温设施，探讨了典型温室及配套设施的应用场景，结合区域气候特点及温室建设要求，积极示范推广先进温室设施及科学设计思路，促进温室高效节能生产。

设施农业是综合农业工程、生物技术工程、环境工程等多门学科，采用现代化科技手段，一定程度上摆脱自然条件制约，使作物獲得最适宜的生长条件，从而获得最佳产出的作物保护性栽培方式[1-2]。大力推广设施农业，是发展现代化农业的重要手段，同时也是调整中国农业生产结构，实现农业增效、农民持续增收的有效途径[3]。

中国区域自然条件差异大，气候自西北向东南由干到湿，从北向南由冷到热分布。南方以热带、亚热带季风气候为主，冬温夏热，夏季高温多雨，冬季温和少雨。北方气候以温带大陆性气候为主，冬季寒冷干燥，年温差较大。因此，南方和北方的温室设施类型、结构形式、覆盖材料、配套设施以及应对区域气候特征的技术措施有明显的差别。北方地区主要考虑温室保温性能，减少冬季的热损耗，南方地区则主要考虑温室夏季通风降温，减少夏季温室内高温高湿对作物生长的影响[4-5]。

华南地区，以广东、广西和海南为例，一年当中以高温高湿天气为主，在该区域发展设施农业，重点需要解决的问题就是降温[6]。因而，文章对高温高湿地区典型连栋温室类型及性能进行了整理总结，以期对大型连栋温室设计建设、区域适应性、通风降温、节能降耗等方面的改进提供参考。

典型温室型式

坡面温室

坡面温室主要有屋面全开启温室和屋面蝶形开窗温室类型，主体覆盖材料一般为玻璃，透光性好，造型美观，内部空间大，使用寿命长，内部配套设施齐全，展示效果好，但温室钢结构复杂，建造成本较高，一般更适合光照需求量大、经济价值高、需要展示示范的作物品种。

屋面全开启温室常见外观型式见图1。建设该类温室初始投入较高，但其通风降温性能和耐久性较好，且维护成本较低，广泛应用于各类蔬菜、瓜果、花卉的育种育苗及工厂化生产、科学研究、休闲旅游等领域。该类温室屋顶为连栋小尖顶结构，温室主体采用轻型钢结构，可以减少骨架承重，并经热浸镀锌处理，以提高抗腐蚀能力。温室内热量主要集聚在温室顶部，因而在温室顶部设立天窗，利于温室内部通风降温，而在仅开天窗的情况下，温室通风效果还不是十分显著，当同时打开天窗与侧窗时，温室通风效果最佳[7-8]。图2a是全开启天窗装置，以天沟为固定轴旋转，天窗启闭采用先进的扭矩分配式齿轮齿条开窗机构，一台电机可控制多组天窗启闭，最大开启角度可达70°，当天窗装置开至最大角度时，温室内外环境变化基本一致，温室密闭性基本消失[6，9]。温室四周设置电动连续外翻侧窗，如图2b所示，一般为双层连续结构，采用齿轮齿条驱动，与天窗装置联合使用，可实现温室高效通风换气，最大开启角度可达60°。温室天窗、侧窗通常覆盖6 mm厚PC中空板，其余覆盖材料采用透明浮法玻璃。该类型温室自然通风降温效率高，温室节能效果显著。屋面全开启温室主要技术参数见表1。

屋面蝶形开窗温室主要有大跨度和文洛小尖顶类型，常见外观型式如图3和图4。大跨度蝶形开窗温室采用单脊双坡面“人”字型连栋结构，主体构架采用各种专用型材，结构紧凑、外形整齐。温室顶部设2 m宽的双翼连续外翻天窗，如图5所示，天窗闭合时与温室屋面贴合，全开时成“一”字型，有效保证室内通风，同时防止阳光直射灼伤作物，以及暴雨天气下对作物造成的直接损害。温室四周设双层连续外翻窗，侧窗覆盖6 mm厚PC中空板，其余覆盖5 mm厚透明浮法玻璃，温室整体刚性好，抗风能力强。温室内外空气对流充分，自然通风降温效果明显，运行费用较低。大跨度蝶形开窗温室主要技术参数如表2。

文洛小尖顶蝶形开窗温室采用连栋小尖顶屋面结构，温室主体构架采用各种专用型材，结构紧凑、外形整齐，整体刚性好，防水、透光性强。温室顶部设双翼连片式外翻天窗，可开至水平状态，四周设高约1.5 m连续外翻窗，最大开启角60°。文洛小尖顶蝶形开窗温室室内空间更大，利于种植一些需要向上延伸的作物，如番茄、甜椒等。温室主要技术参数如表3。

锯齿型温室

锯齿型温室主要有双弧面小锯齿温室和单坡锯齿型薄膜温室类型，这类温室的亮点是锯齿形通风口既能最大程度满足温室通风需求，又能不受降雨影响，特别适合南方夏季多雨天气。主体构架采用专用轻型钢制造，结构紧凑、外形整齐、防锈能力强、经久耐用。屋面及四周覆盖0.13～0.20 mm厚塑料薄膜，常见外观型式如图6～7。双弧面小锯齿温室顶部设0.7 m高的手动/电动卷膜天窗，四周设2.5 m高的卷膜侧窗，温室主要技术参数如表4。单坡锯齿型薄膜温室又称加强型薄膜温室，抗台风级数较高，顶部设1.5 m高的卷膜天窗，四周设2.5 m高的卷膜侧窗，温室主要技术参数如表5。锯齿型温室通风窗结构如图8所示。

圆拱屋面温室

圆拱屋面温室采用双弧面拱型连栋结构，南方圆拱型温室增设了外翻天窗，通风降温和保温性能俱佳，但需要每跨度屋面增设一台控制电机，增加了建设成本。屋面及四周覆盖0.13～0.20 mm厚塑料薄膜，主体构架采用专用轻型钢制造。温室顶部设电动连片式外翻天窗，每组宽3.5 m，通过天窗减速电机带动传动轴转动，经齿轮转动使齿条运动带动天窗开启和关闭，形成通风口，如图9所示，该类型天窗装置屋面构架相对图2a和图5较简单，建设和运行成本相对图8较高。四周设2.5 m高的卷膜侧窗。温室外观型式见图10，主要技术参数见表6。

通风降温设施

遮阳系统

温室内热量主要来自太阳辐射能量，设置遮阳系统可有效阻挡这部分能量[10]。温室遮阳系统包括室外遮阳、室内遮阳及多层遮阳系统，可根据当地气候条件及温室建设结构要求选用，一般情况下，室外遮阳系统较室内的降温效果更好，但外遮阳系统不适于台风多发地区。

目前，温室遮阳系统普遍采用的是钢索拉幕和齿条拉幕。图11是钢索拉幕遮阳系统，主要利用钢索和换向轮将电机旋转运动转化为钢索的直线运动，实现遮阳网的收合。图12是齿条拉幕遮阳系统，主要利用减速电机带动驱动轴转动，进而带动齿轮转动，使得齿条做往复运动，由于齿条与推拉杆连成一体，所以在推拉杆的带动下，实现遮阳系统的开合。

强制降温系统

考慮温室生产成本及效益最大化，一般优先采用自然通风降温，但当室外温度在35°以上时，室内自然通风已不能满足温室降温需求，且室内温度还将在高于室外温度的基础上持续上升，不利于作物生长，此时，需要启动强制降温系统。温室常用的强制降温系统是风机湿帘降温系统（图13），主要利用风机使温室处于负压状态，室外空气经过湿帘进入室内，通过热湿交换，达到降温效果。通常温室一面侧墙安装风机，另一立面安装湿帘，形成对流。风机湿帘安装间距一般在50 m内降温效果较好，安装高度根据温室内种植作物而定。湿帘水采用循环水系统，节省运行成本。

结论

高温高湿地区气候特点决定温室类型要注重通风降温，节能降耗。使用连栋温室具有土地利用率高、便于机械化操作和环境综合调控的特点，是现代温室发展的趋势。温室建设结构的优化改进，有利于降低温室降温能耗，采用高效降温措施，有利于提高温室作物产量，从而提高温室生产经济效益。基于上述湿热地区典型温室及配套设施调研基础，提出以下建议：

（1）进一步加强温室钢结构数据研究，依据当地实际情况，建设所需类型，提高温室综合利用效益。坡面温室造型美观，结构结实，抗风等级强，保温性能较好，但建造成本较大，建议在保证有效使用的前提下，通过精确计算，尽量减少钢构架，降低成本，减少室内阴影区;锯齿形温室和圆拱屋面温室一般采用薄膜覆盖，减少了钢材使用量，但其保温性能和外观档次有所降低。

（2）进一步收集现有温室应用的数据，包括环境数据、生长信息和管理信息，进行大数据分析和建模，为下一步温室结构改进更新提供依据。温室通风、遮阳、湿帘是湿热地区常用的降温措施，考虑风机湿帘耗电量大，增加了生产成本，华南地区一般在6月下旬～9月上旬才启用风机湿帘强制降温，其他时段主要是自然通风，采用通风窗配合遮阳系统，基本可以满足作物降温需求。

（3）进一步完善温室智能化管理，逐步实现生产过程数字可视化及管理决策模型化。增强温室自动化程度，实现温室工厂化、规模化生产作业。

参考文献

[1]杨亚杰.设施农业工程与我国农业现代化[J].江西农业，2017（8）：78.

[2]苗新军.浅谈设施园艺工程与我国农业现代化[J].新农村（黑龙江），2018（21）：135.

[3]李文荣.论设施农业的创新与发展[J].农机化研究，2007（8）：

183-186.

[4]黄震宇，高浩天，朱森林，等.南方连栋塑料温室夏季机械通风优化设计[J].农业机械学报，2017，48（1）：252-259.

[5]刘妍华.华南地区夏季温室热湿环境调节机理研究[D].广州：华南理工大学，2017.

[6]许楚荣.华南地区主要温室类型及夏季降温措施[J].农业工程技术（温室园艺），2008，28（2）：12-13.

[7]李苇，李惠玲，刘霓红，等.华南区域温室自然通风系列天窗装置[J].现代农业装备，2016（6）：55-60.

[8]程秀花.温室环境因子时空分布CFD模型构建及预测分析研究[D].镇江：江苏大学，2011.

[9]蒋先平，刘霓红，许楚荣，等.华南型高效节能屋顶全开启温室的研制[J].现代农业装备，2008（7）：56-59.

[10]刘子扬.Venlo型玻璃温室热工特性研究[D].郑州：郑州轻工业大学，2019.

*项目支持：农业农村部重点实验室开发课题“高温高湿地区大型连栋温室屋面开窗型式对通风效果的影响研究”（201902）;广东省重点领域研发计划项目“设施园艺物流化输送智能装备研究与示范”（2019B020222002）;广州市院士专家工作站（穗科协[2019]48号）;广东省乡村振兴战略专项项目“设施作物生长信息感知系统项目”（粤财农[2019]73号）;广东省农产品保鲜物流共性关键技术研发创新团队（2020KJ145）。

作者简介：李苇（1989-），女，安徽安庆人，工程师，主要从事现代设施农业装备的研究与成果技术推广。E-mail：1214107350@qq.com。

[引用信息]李苇，王岩.高温高湿地区主流大型连栋温室型式及性能[J].农业工程技术，2021，41（04）：59-63.