德州市蔬菜生產(chǎn)型日光溫室優(yōu)化設(shè)計(jì)

高方勝　王磊　王明友

摘要：針對德州市目前日光溫室應(yīng)用中普遍存在的結(jié)構(gòu)不合理、建造技術(shù)落后、生產(chǎn)性能較差等問題，在理論設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，立足德州，本著科學(xué)合理、尊重實(shí)際、易于建造、成本經(jīng)濟(jì)、便于管理的原則對德州市蔬菜生產(chǎn)型日光溫室進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過對日光溫室墻體材料、后屋面材料、前屋面支撐及骨架材料、覆蓋材料等的合理選擇，以及對日光溫室長度、凈寬度、屋脊和后墻高度、墻厚度、后屋面仰角、前屋面角、下挖深度的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使日光溫室的溫度環(huán)境得到較大改善，最低氣溫和最低地溫分別提高35.0%～237.5%和21.4%～142.9%，保證了溫室內(nèi)蔬菜生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：德州；蔬菜；日光溫室；優(yōu)化

中圖分類號：S626.5 文獻(xiàn)標(biāo)識號：A 文章編號：1001-4942（2015）11-0047-03

德州市位于山東省西北部，黃河下游北側(cè)。四季分明、冷熱干濕界限明顯，具有顯著的大陸性氣候特征。光照資源豐富，年平均日照時數(shù)、日照率、太陽總輻射量均處全國、全省的較高值區(qū)。充足的光熱資源為德州地區(qū)反季節(jié)設(shè)施栽培提供了天然保障。

近幾年，以日光溫室為代表的蔬菜栽培設(shè)施在德州迅速發(fā)展。2013年，德州市有農(nóng)業(yè)設(shè)施14.7萬個，同比增長13.3%，其中日光溫室為3.4萬個，占農(nóng)業(yè)設(shè)施的23.2%。種植蔬菜的設(shè)施（包括瓜類和食用菌）14.69萬個，幾乎占到100%，產(chǎn)值位列全省第三。但以日光溫室為主的設(shè)施普遍存在結(jié)構(gòu)落后、性能較差的現(xiàn)象。生產(chǎn)中大量結(jié)構(gòu)陳舊的溫室還在繼續(xù)應(yīng)用，新建的溫室又存在照搬照抄壽光溫室形式的問題，與溫室性能和建造密切相關(guān)的地域位置、氣候特點(diǎn)、土壤特性等因素往往被忽略。這就造成溫室結(jié)構(gòu)性能較差，極端天氣下破壞嚴(yán)重；同時，現(xiàn)有日光溫室的采光與保溫性能一般，常造成低溫冷害的發(fā)生，在低溫弱光的冬季不得不被動地采取臨時性措施以確保蔬菜正常生長，生產(chǎn)效益大大降低。因此，本項(xiàng)目根據(jù)德州市氣候特點(diǎn)和限制日光溫室蔬菜生產(chǎn)的關(guān)鍵因素，對本地日光溫室進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期為德州市設(shè)施蔬菜的健康持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持。

1.優(yōu)化設(shè)計(jì)依據(jù)

1.1德州市地理位置和氣候特征

根據(jù)德州市所處的地理環(huán)境，對該地區(qū)和日光溫室建造相關(guān)的環(huán)境因素進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，見表1。

1.2德州市日光溫室材料及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

對德州市主要蔬菜產(chǎn)區(qū)日光溫室進(jìn)行走訪調(diào)查，通過歸類總結(jié)對主要日光溫室類型進(jìn)行了現(xiàn)場資料搜集。

1.2.1結(jié)構(gòu)材料 德州市日光溫室從結(jié)構(gòu)材料組成來看主要有兩類，類型I和類型Ⅱ（表2），實(shí)際應(yīng)用中又以類型Ⅰ為主。墻體以土墻為主，少量夾層墻；后屋面材料以土和秸稈（或草苫）為主，將秸稈（或草苫）鋪在水泥柱架成的斜坡上，再鋪一定厚度的土層，上蓋薄膜；前屋面立柱為水泥立柱，屋面骨架為竹木結(jié)構(gòu)，建造時間較短的溫室部分為鋼管三腳架和竹木結(jié)合的混合結(jié)構(gòu)；透明材料主要為PE膜；保溫材料皆為草苫，外覆以薄膜防雪、保溫。

1.2.2結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 由表3可以看出，德州市目前應(yīng)用的日光溫室的參數(shù)變化范圍較大。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，德州市不同地區(qū)因設(shè)施蔬菜發(fā)展程度不同，日光溫室結(jié)構(gòu)參數(shù)不同，發(fā)展速度越快的地區(qū)，像齊河、臨邑、平原等縣市，其參數(shù)變化范圍越大，且建造時間越近其長度、凈跨度、屋脊高度、后墻高度越大，即溫室向大型化發(fā)展。一般建造時間較近者室內(nèi)地面下沉深度較大。

2.德州市日光溫室優(yōu)化設(shè)計(jì)

通過對德州市位置及氣候特點(diǎn)的調(diào)查分析，針對目前德州市日光溫室應(yīng)用中存在的問題，借鑒國內(nèi)日光溫室的先進(jìn)構(gòu)型，依據(jù)日光溫室的設(shè)計(jì)計(jì)算原理，對德州市的日光溫室進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.1優(yōu)化型日光溫室結(jié)構(gòu)材料

表4顯示，優(yōu)化型日光溫室保留了保溫、蓄熱性能好和易于取材的土墻作為墻體材料，但在施工過程中通過機(jī)械反復(fù)碾壓，其強(qiáng)度大大增加；棚室支撐材料和前屋面骨架相關(guān)，如果采用全鋼架結(jié)構(gòu)，僅保留后墻立柱即可，如采用鋼架（主拱梁）和竹木（副拱梁）混合結(jié)構(gòu)，則要根據(jù)各部分占有的比例在前屋面部分適當(dāng)增加水泥立柱，以提高其負(fù)荷能力；透明覆蓋材料采用透光、保溫、耐候性等好的EVA膜；外保溫材料根據(jù)經(jīng)濟(jì)條件可采用傳統(tǒng)的草苫外加防雨膜，也可采用質(zhì)量輕、保溫性能較好、應(yīng)用時間長、便于管理的自防水保溫被。

2.2優(yōu)化型日光溫室結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

與德州市原有日光溫室（表3）相比，優(yōu)化型日光溫室（表5）規(guī)模明顯增加，相應(yīng)的土地利用效率和室內(nèi)環(huán)境緩沖能力明顯增加，溫室內(nèi)生產(chǎn)作業(yè)輕簡化程度更高，建造技術(shù)的進(jìn)步和高強(qiáng)度骨架材料的應(yīng)用是溫室大型化的重要因素。在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上，結(jié)合溫室結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的難易度、建造成本的核算，通過對溫室性能和溫室結(jié)構(gòu)關(guān)系的實(shí)地調(diào)查分析，確定了德州市日光溫室結(jié)構(gòu)高度、屋面角、仰角等結(jié)構(gòu)尺寸。因德州耕地在雨季易造成內(nèi)澇，不易采用下挖式結(jié)構(gòu)，可根據(jù)建造地點(diǎn)的微地勢在0～30 cm范圍內(nèi)降低室內(nèi)地面高度。

2.3優(yōu)化前后日光溫室環(huán)境溫度比較

通過對德州目前主要日光溫室應(yīng)用者的走訪調(diào)查和對優(yōu)化型日光溫室的實(shí)地測量，由表6可以看出，在1月份的低溫季節(jié)，日光溫室優(yōu)化后可以明顯改善日光溫室的氣溫和地溫條件，最低氣溫和最低地溫分別提高35.0%～237.5%和21.4%～142.9%.

3.討論與結(jié)論

隨著消費(fèi)需求的提高、理論研究的深入、結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展、建造技術(shù)的進(jìn)步、生產(chǎn)實(shí)踐的驗(yàn)證，在不同時期、不同地域涌現(xiàn)出很多特征鮮明、結(jié)構(gòu)迥異的日光溫室類型，且隨時間的發(fā)展，日光溫室的生產(chǎn)能力越來越高，為保障中國城鄉(xiāng)居民“菜籃子”的穩(wěn)定供給、農(nóng)民增收發(fā)揮了重要作用。而日光溫室生產(chǎn)能力的提高是以太陽能利用為核心的采光、保溫、蓄熱和節(jié)能等內(nèi)部環(huán)境性能的合理設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)是影響日光溫室環(huán)境性能的重要因素，在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是調(diào)控日光溫室環(huán)境因子有效且經(jīng)濟(jì)的方式，對提高溫室生產(chǎn)率和資源利用率、降低成本、保障安全穩(wěn)定生產(chǎn)具有重要的意義。優(yōu)化設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是日光溫室前屋面透光率、北墻太陽輻射接收量、前屋面與墻體的保溫性及墻體和地面的蓄熱保溫等方面。

本研究通過對德州市日照溫室材料和結(jié)構(gòu)兩個方面的優(yōu)化改造，最低氣溫和最低地溫分別提高35.0%～237.5%和21.4%～142.9%，保證了設(shè)施蔬菜生產(chǎn)的正常進(jìn)行。endprint