一种用再生橡塑保温板外贴砖墙的日光温室改造案例

2023-11-28周长吉

中国蔬菜 2023年11期

周长吉

（农业农村部规划设计研究院，北京 100125）

我国日光温室发展40 多年来大量温室已经老旧破损或者使用性能不能满足生产需要，《全国现代设施农业建设规划（2023—2030 年）》提出“改造老旧低效温室设施，推广新型复合保温墙体，提高温室蓄热保温性能”。本文遴选了一种采用再生橡塑板做保温材料外贴砖墙更新原内填炉渣的双层砖墙，用高保温自防水橡塑柔性保温被更换原温室草泥保温后屋面和前屋面针刺毡保温被的温室工程改造案例，不仅提高了温室保温性能，而且显著提升温室结构承载的安全性和使用寿命，可为行业内同类温室改造和新建提供一种可借鉴、可复制的样板。

我国日光温室已有40 多年的发展历史，早期建设的温室大多数已经进行了多代更新。这些更新，不仅是因为温室结构用材达到了使用寿命，更多是由于早期温室研究理论不成熟，很多温室设计不够合理，使用的建筑材料也不规范，致使其温光性能难以满足作物当代生产的需求。虽然近10 多年建设的温室还没有达到设计使用寿命，但由于使用性能不能满足日益提升的机械化、数字化生产要求，温室改造提升的要求也很迫切。近年来，许多省市相继出台了发展现代温室的政策，提出温室改造和提升的技术方案及其金融补贴措施，对我国温室设施的发展起到了巨大的推动作用，2023 年中央一号文件更是明确提出要“发展现代设施农业”，并将“集中连片推进老旧蔬菜设施改造提升”作为重要内容列入其中，《全国现代设施农业建设规划（2023-2030 年）》也提出“改造老旧低效温室设施，推广新型复合保温墙体，提高温室蓄热保温性能”。改造提升老旧温室不仅需要大量资金，更需要有效的技术支持。事实上，目前国内能够形成标准化推广应用模式的温室改造方案在行业内还是凤毛麟角。为此，研究和总结各地温室改造方案，为我国温室的升级改造和性能提升提供更多可借鉴、可复制的优秀案例迫在眉睫。2022 年7 月笔者在调研宁夏回族自治区石嘴山市大武口区隆慧村的日光温室生产基地时发现了1 座用片状再生橡塑板作为保温材料外贴温室墙面的改造温室，造价低廉、使用寿命长、保温性能好，可作为行业内同类温室改造的样板。现将该改造案例介绍如下。

1 改造前温室情况

改造温室跨度7 m，脊高3.7 m，后墙高2.2 m，后屋面投影宽度1.5 m，总体尺寸基本符合当地日光温室建设标准。温室墙体为砖墙，山墙为370 mm 厚清水砖墙（图1-a），后墙为双层砖墙内夹炉渣的3 层复合结构墙（图1-b），内层承重墙厚370 mm，外层围护墙厚240 mm，中间填充炉渣厚200 mm。由于双层砖墙间没有拉结或拉结不牢，外层围护墙体有的部位出现局部变形或坍塌，并连带温室后屋面坍塌（图1-b），为此，对出现安全隐患的墙体采用石垒墙垛等措施进行了加固（图1-c）。这种加固虽然在一定程度上保障了温室结构的安全，但由于墙体内保温层失去保护，温室的保温性能急剧下降，严重影响了温室的生产性能。

图1 改造前温室的墙体

改造前温室的后屋面为麦草保温屋面，从内到外依次为胶合板承重层（图2-a）、麦草保温层（图1-b）、草泥保护层（图2-b），最后在铺设前屋面保温被时将保温被的后沿延伸覆盖到后屋面（图2-c），形成对后屋面的加强保温。麦草是一种价廉物美的保温材料，该温室后屋面的3 层构造做法按照承重、保温、防护的层次设置也是合理的。

图2 改造前温室后屋面做法

值得说明的是，温室的后屋面采用了女儿墙（图2-b、c），这种做法对温室后屋面具有一定的防风作用，但对其排水却形成了阻挡。从图2-b 可以看出，在经过一段时间的运行后，靠近脊部的麦草基本裸露，而在靠近女儿墙处又完全呈现出松散细土，这就说明雨水将温室后屋面草泥保护层中的泥浆冲出并集聚到了女儿墙墙根。由于女儿墙的挡水作用，会使屋面雨水积聚在后屋面并大量渗透到草泥和麦草中，不仅给温室结构带来额外的荷载，而且麦草长期浸水还会腐烂，降低温室的保温性能。实际上，女儿墙阻挡的积水也会渗透到温室墙体，造成墙体浸水、风化，影响其强度和使用寿命。尽管当地降雨量不大，但笔者认为，在日光温室的后墙设置女儿墙似有不妥，如果必须要设置女儿墙，则一定要保证温室后屋面排水畅通。

2 基础改造

原温室的山墙基础和后墙基础均采用毛石基础（图1-a、b）。从现场看，基础完好，可以不用改造直接使用。

原温室骨架基础采用独立素混凝土基础（图3-a）。从打开的基础看，一是基础埋深不够；二是基础不规则，且上大下小，不符合基础设计要求。为此，基础改造采用了条形基础，通过圈梁的形式将所有温室骨架连接在一起。改造中在保证原有基础不动的条件下，从基础两侧开沟（图3-a）、支模板（图3-b）、浇筑混凝土（图3-c），并在浇筑混凝土基础时预埋固定塑料薄膜压膜线和保温被压被绳的埋件。经过养护后拆除模板，表面抹灰粉刷，即完成对基础的改造。温室骨架在后墙上的连接原温室是直接连接在墙顶圈梁上，连接可靠，因此，本次改造保留原连接方式，内侧承重墙体、圈梁和骨架都保持原状未动。

图3 骨架基础改造

3 骨架维修

原温室的骨架采用焊接桁架，上弦杆采用钢管，下弦杆和腹杆均采用光面钢筋。桁架除了传统的倾斜腹杆外，在上下弦杆之间还增设了垂直腹杆（图4-a、b），增强了桁架的承载能力。从现场实际情况看，桁架除了有些表面锈蚀外，整体结构完好，无明显变形（图3-b、4-a）。为此，在温室改造过程中完全保留了原温室骨架，只对其进行了表面防腐处理，打磨铁锈、清洁底面、涂刷底漆和防锈漆（图4-b、c）。

图4 骨架涂刷防锈漆

由于完全保留了原温室骨架，温室的跨度、脊高、后屋面投影宽度等建筑参数如数保留，因此温室的采光性能和作业空间也仍保留原样，没有任何提升。这或许是本次改造中的一点遗憾，但也是最经济的改造模式。

4 温室墙体改造

原温室墙体为砖墙。从现场看，山墙基本完好（图1-a），后墙由于内外两层墙体没有拉结或拉结不牢出现外层墙体局部坍塌，但内层墙体基本完好（图1-b）。山墙为370 mm 厚单层砖墙，后墙如果拆除外层围护墙，内层承重墙也会成为与山墙一样的单层墙体，虽然墙体具有足够的承重能力，但作为日光温室的保温墙体，其保温性能将明显不足。

为此，温室改造采用了保留承重墙，外贴保温板的做法。针对两侧山墙，首先剔除表面风化砖块后局部补砌新砖，然后对墙体内外表面进行水泥砂浆罩面（图5-a），待水泥砂浆干燥后在墙体外侧挂贴再生橡塑保温板（图5-b）。这种橡塑板是用废旧橡塑材料经过粉碎、粘合制成的具有一定柔韧性的保温板材，其内部为闭孔结构，可自防水；导热系数为0.03～0.09 W · （m · K）-1，保温性能好；在表面保护的条件下50 年不会分解，使用寿命长，是一种生态环保型材料。这种材料的最大缺点是抗紫外线能力还不够，为此，温室改造中挂贴橡塑保温板后，在其外表面再覆盖1 层防老化的白色塑料膜（图5-c），用卡槽、卡簧压紧塑料膜并将其用自攻自钻钉固定到砖墙上。再生橡塑保温板的厚度为8 cm，自身热阻至少为0.90 m2· K · W-1，山墙外贴橡塑保温板后总热阻可达1.35 m2· K · W-1，与原温室370 mm 厚砖墙热阻0.44 m2· K · W-1相比，保温性能提高了3 倍。

图5 山墙改造方法

后墙的改造模式基本和山墙相同。不同的是，原温室后墙为3 层复合墙体结构，改造中首先要拆除外层围护墙体，并清理两层墙体之间的炉渣保温材料。之后的改造工序基本和山墙改造完全相同，包括剔除墙面风化碎砖、表面抹灰、挂贴再生橡塑保温板、塑料膜罩面（图6）。其中再生橡塑保温板的厚度也采用与山墙相同的8 cm 厚板材，改造后后墙的热阻可达1.35 m2· K · W-1以上，与原3 层复合后墙体热阻1.41 m2· K · W-1基本相当。由于拆除了后墙的外层墙体，与之相关联的女儿墙也被一并拆除，由此也彻底消除了原温室屋面女儿墙阻水的问题。改造后温室的后墙厚度由原温室的810 mm 减薄到了450 mm，同时拆除女儿墙后使温室后墙高度显著降低，由此可大大延长后栋温室的采光时间。综上，改造方案减薄了温室后墙、提高了保温层防水性能、加强了温室保温、消除了女儿墙的阻水隐患、延长了后栋温室的光照时间，是一种优秀的改造方案。

图6 后墙改造方法

墙体采用双层复合结构，内层砖墙承重并被动储放热，外层结构保温隔热，完全符合以被动储放热理论为基础的现代日光温室建造模式，墙体占地面积小，各层功能明确。这种温室墙体改造方案不仅适用于同类温室的改造，而且也可以直接用于新建温室。

5 温室后屋面与保温被更换

原改造温室后屋面采用麦草保温屋面，从用材而言，材料来源丰富，充分利用了农作物的废弃物，是一种经济、环保、可持续的建筑材料；从保温效果讲，麦草松散，自身热阻也较大，是一种良好的保温材料；从使用寿命讲，由于麦草是有机材料，干燥状态下使用寿命可能较长，但在受潮或遇水后很容易发霉腐烂；此外，有机麦草中可能带有各种虫卵，这些虫卵孵化后也会蚕食分解秸秆，这些因素会直接影响其使用寿命。从支撑和保护保温层的屋面内层承重结构用材看，胶合板也是一种有机材料，但温室内的高温、高湿空气环境，太阳的直射和散射辐射，都会直接影响材料的使用寿命。从保护保温层的外层材料看，草泥是一种非常经济且环保的建筑材料，但在长期的风吹、雨淋等外界自然环境中，表面泥土被风蚀、雨水冲刷，也会直接影响其使用寿命。

从改造温室的现场看，温室的后屋面在经过10 多年的运行后，有的已经坍塌（图1-b、图2-a），有的经过风蚀和雨水冲刷表面泥土从草泥中分离（图2-b），有的由于麦草腐烂、压实，屋面局部塌陷或变形（图2-c），不仅导致温室后屋面保温性能下降，而且存在严重的安全隐患。为此，改造温室全部拆除了原温室后屋面，采用厚度3 cm 的柔性橡塑发泡保温被替代，保温被内外两侧用耐老化塑料膜热合保护（图7），材料导热系数为0.029～0.032 W · （m · K）-1。改造中，除固定的3 cm 厚保温被外，还将同样材料的前屋面保温被直接延伸到后屋面，覆盖在固定后屋面保温被之上，使后屋面保温层的厚度达到6 cm，总传热热阻达到2.0 m2· K · W-1，远超过墙体的总热阻。

图7 温室后屋面改造方案

这种改造方法不仅显著减轻了温室后屋面的荷载、提高了保温性能，而且内外表面防水、防老化的性能也大大提升，由此也将大大延长屋面材料的使用寿命。温室墙体保温层、后屋面保温层和前屋面保温层全部连接为一体，由此可显著提高温室覆盖材料的密封性能。

温室前屋面活动保温被，原温室采用针刺毡，使用多年后已经破损，达不到保温要求，本次改造直接进行了更换。更换的保温被为与后屋面保温被相同材料的橡塑发泡被，厚度3 cm，总热阻约1.0 m2· K · W-1。值得说明的是，这种保温被在安装过程中采用了整体热合的连接工艺，安装后的保温被为一幅整体无缝被（图8），完全消除了传统保温被由于幅宽小而导致的保温被幅与幅之间连接处密封不严的问题，使温室的保温性能和防水性能都得到了显著提升。

图8 温室外保温被更换

6 其他建筑构造改造

除了温室主体结构的改造外，本次改造还在温室山墙附加设置了防风挡板（图9-a），可有效阻挡侧风进入屋面保温被，防止保温被被风掀起；在温室屋脊处设置了卷帘机防过卷挡杆（图8），可有效避免卷帘机在操作过程中由于操作不当而造成保温被卷过温室屋脊的事故；在温室的墙体外侧设置防水地布材料覆盖的散水（图9-b），不仅解决了建设工程硬化地面的问题，而且有效疏解了屋面雨水对墙体的浸湿，同样的材料用于铺设室内走道（图7-b），完全解决了室内走道硬化的问题。

图9 其他建筑构造改造

为方便作业人员上屋面检查和维修卷帘机、更换塑料薄膜和保温被、维护后屋面，本项目在改造的过程中还借用温室门斗和后墙增加设置了屋面上人台阶（图9-c），极大地方便了作业人员的操作和作业的安全性。为统一温室的外观色调，改造温室的过程中也将门斗墙面进行了粉刷，使改造温室整体焕然一新。本次改造还同时更换了塑料薄膜和卷帘机，更新了屋脊通风口及开窗机构，设置了通风口防虫网，为防止屋脊部位兜水，在通风口还设置了防兜水网。

7 改造后温室及性能

该温室2021 年改造后当年即投入运营，室内种植番茄。图10 为2021 年12 月27 日一昼夜室内外温度变化曲线。由图可见，在室外最低温度达到-24 ℃的条件下，改造温室的室内夜间最低温度可保持在11.7 ℃，室内外温差达到35 ℃以上，基本保证了喜温果菜的越冬生产。与没有改造的对照温室相比，同期室内最低温度还提高了2 ℃。从2021 年12 月至2022 年2 月初的整个冬季温度变化看（表1），在室外温度-12～-24 ℃的条件下，改造温室内的温度始终保持在10 ℃以上，而没有改造的对照温室室内最低温度基本在10 ℃以下，两者温差为1.1～4.4 ℃。在温室采光性能不变的条件下，改造温室提高了室内温度，说明改造温室8 cm厚再生橡塑保温板的保温性能至少达到了240 mm厚砖墙 + 200 mm 厚炉渣的保温性能。说明此次温室保温系统的改造是成功的，且这种保温系统改造方法也可在类似温室和同等气候条件下推广应用。