河北省日光溫室現(xiàn)狀及改進(jìn)措施

魏瑞江　王　鑫　狄政敏（河北省氣象科學(xué)研究所，河北石家莊 0500；河北省氣象與生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北石家莊0500；河北省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，河北石家莊 0500）

?

河北省日光溫室現(xiàn)狀及改進(jìn)措施

魏瑞江1，2王鑫1，2狄政敏3
（1河北省氣象科學(xué)研究所，河北石家莊 050021；2河北省氣象與生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北石家莊050021；3河北省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，河北石家莊 050021）

通過(guò)對(duì)河北省日光溫室的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)查，闡述了河北省日光溫室結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，指出部分日光溫室結(jié)構(gòu)存在跨度過(guò)大、墻體厚度欠合理、溫室內(nèi)地面下沉深度過(guò)深等問(wèn)題，并針對(duì)河北省各地實(shí)際地理位置，計(jì)算出河北省由南向北合理的前屋面角為26.97°～32.47°，土墻日光溫室的墻體最小厚度為1.1～1.8 m，10 m跨度的下沉式日光溫室內(nèi)地面適宜下沉深度最大為0.5～0.8 m。

魏瑞江，女，正研級(jí)高工，主要從事設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害及設(shè)施農(nóng)業(yè)小氣候資源高效利用技術(shù)研究，E-mail：weirj6611@sina.com

河北省設(shè)施農(nóng)業(yè)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，已經(jīng)具有一定規(guī)模。截止到2014年末，河北省日光溫室面積達(dá)240 000 hm2，僅次于遼寧省和山東省，居全國(guó)第3位；蔬菜總產(chǎn)量近2 000萬(wàn)t，為豐富人們菜籃子起到了巨大的作用。為充分了解河北省日光溫室現(xiàn)狀，筆者對(duì)河北省日光溫室的結(jié)構(gòu)進(jìn)行普查，以便找出其中存在的問(wèn)題并進(jìn)行改進(jìn)，為優(yōu)化日光溫室結(jié)構(gòu)、保障設(shè)施農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 河北省日光溫室現(xiàn)狀

表1 河北省不同區(qū)域日光溫室結(jié)構(gòu)參數(shù)

通過(guò)調(diào)查得到（表1），河北省日光溫室長(zhǎng)度50～150 m，跨度6.3～18.0 m，脊高1.75～5.00 m，高跨比為0.2～0.5。墻體材料主要以土或磚為主，即土墻日光溫室和磚墻日光溫室（磚墻中另加保溫材料，如苯板等），還有少量的土、磚結(jié)合墻體或土、石頭結(jié)合墻體或秸稈墻體。日光溫室的后墻最厚處厚度為0.3～7.0 m，最薄處0.3～3.0 m；山墻最厚處厚度為0.3～6.5 m，最薄處0.3～5.0 m。日光溫室內(nèi)地面與溫室外地面相比較，有下沉和不下沉2種，在下沉的溫室中下沉深度0.25～1.50 m。

根據(jù)2013～2015年對(duì)承德、廊坊、保定、石家莊、邢臺(tái)等地日光溫室內(nèi)小氣候的觀測(cè)得出，承德市的石頭+土墻日光溫室內(nèi)冬季最低氣溫在5 ℃以上，廊坊、石家莊等地的土墻日光溫室內(nèi)冬季最低氣溫在5 ℃以上，冀中南磚墻日光溫室內(nèi)冬季最低氣溫為0 ℃左右，可見(jiàn)磚墻日光溫室和磚+苯板墻體的日光溫室冬季不能滿(mǎn)足果菜類(lèi)蔬菜生長(zhǎng)，石頭+土墻日光溫室和土墻日光溫室一般年份冬季熱量能夠滿(mǎn)足果菜類(lèi)蔬菜生長(zhǎng)，但個(gè)別年份也會(huì)出現(xiàn)熱量不足狀況。

2 存在問(wèn)題

2.1 部分日光溫室跨度過(guò)大

冀中南地區(qū)部分日光溫室跨度達(dá)16～18 m，高跨比有的僅0.2～0.3。雖然日光溫室跨度大土地利用率高，但在溫室高度和后屋面高度一定的情況下，溫室跨度越大采光面的角度越小，不利于白天采光增溫（劉志杰 等，2007；劉彥辰 等，2013；唐中祺 等，2014），同時(shí)散熱面增大，不利于保溫。根據(jù)實(shí)際觀測(cè)得出，11月至翌年3月在連續(xù)寡照天氣下，無(wú)論是大跨度日光溫室還是小跨度日光溫室，溫室內(nèi)的氣溫不能滿(mǎn)足果菜類(lèi)蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育需求，連續(xù)寡照持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，溫室內(nèi)氣溫就越低（魏瑞江 等，2010）。如2015年11月4日至25日，河北省出現(xiàn)持續(xù)霧霾、陰雨（雪）等寡照天氣，冀中南43個(gè)縣（市）持續(xù)20多天無(wú)日照，9 m跨度日光溫室和12 m跨度日光溫室內(nèi)的最低氣溫均降到0 ℃左右，果菜類(lèi)蔬菜遭遇凍害。

2.2 日光溫室墻體厚度欠合理

機(jī)筑土墻日光溫室是河北省普遍存在的溫室類(lèi)型，河北省土墻日光溫室有的墻體最厚處達(dá)6～7 m。日光溫室墻體的厚度決定了溫室的保溫效果，墻體過(guò)薄，溫室的保溫效果就差，墻體越厚，儲(chǔ)熱保溫效果越好，但當(dāng)達(dá)到一定厚度后，厚度增加對(duì)溫室增溫的作用不大（楊建軍 等，2009；李建設(shè)等，2010）；而且日光溫室墻體過(guò)厚，土地利用率低。

2.3 日光溫室內(nèi)地面下沉深度過(guò)深

目前河北省日光溫室內(nèi)地面下沉深度為0.25～1.50 m。就日光溫室的保溫性來(lái)說(shuō)，溫室內(nèi)地面下沉深度越大，夜間溫室內(nèi)的溫度波動(dòng)越小，其土壤的保溫效果也越好，但白天溫室內(nèi)接受太陽(yáng)輻射時(shí)，隨著下沉深度的增大，溫室南部的陰影區(qū)面積也隨之增大，給溫室內(nèi)土壤蓄熱及溫室南部蔬菜的生長(zhǎng)帶來(lái)較大的不利影響（張峰 等，2008；王思倩，2012），而各地接受太陽(yáng)輻射與其地理緯度、太陽(yáng)高度角、太陽(yáng)方位角、溫室前屋面角等因素有關(guān)，所以不同的區(qū)域溫室內(nèi)適宜下沉深度是不同的（佟國(guó)紅 等，2010；李清明 等，2011；王思倩 等，2012；郭芬芬 等，2014）。

3 改進(jìn)措施

3.1 合理設(shè)計(jì)溫室的高度和跨度

在日光溫室前屋面角一定的情況下，跨度越大，要求溫室的脊越高，但一般情況下，溫室不可能太高；在高度一定的情況下，跨度越大，前屋面角越小，從而影響溫室內(nèi)采光。在溫室設(shè)計(jì)中，應(yīng)保證冬至日（光照最弱時(shí)）日光溫室能獲得最大采光，即前屋面角應(yīng)合理（魏曉明 等，2010）。根據(jù)魏曉明等（2010）的研究成果，得出河北省各地合理的前屋面角在26.97°～32.47°之間（表2）。在保證合理的前屋面角的情況下，當(dāng)溫室的跨度分別為8、10、12 m時(shí)，日光溫室的脊高（H）也逐漸增大，在3.6～6.3 m之間（表2）。

表2 河北省各地日光溫室合理的前屋面角、不同跨度下的脊高和墻體最小厚度

3.2 合理規(guī)劃溫室的墻體厚度

日光溫室墻體厚度的確定應(yīng)在滿(mǎn)足其承載能力的前提下，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的保溫蓄熱能力，對(duì)于土墻而言，還應(yīng)結(jié)合土質(zhì)狀況。目前日光溫室墻體厚度設(shè)計(jì)所采用的方法主要為凍土層法和低限熱阻法（李明 等，2014）。凍土層法主要用于土墻的設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)原則是使土墻體厚度不小于當(dāng)?shù)貎鐾翆?，且越厚越好（聶和民?990；岳玲 等，2005），但該方法目前尚缺乏相應(yīng)的理論依據(jù)。低限熱阻法要求墻體熱阻或熱惰性指標(biāo)應(yīng)不低于日光溫室結(jié)構(gòu)（JB/T 10286—2001）與夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（JGJ 134—2001）中規(guī)定的低限熱阻和熱惰性（柴立龍 等，2007；周長(zhǎng)吉和丁小明，2008）。根據(jù)周長(zhǎng)吉和丁小明（2008）、劉加平（2009）的研究成果，確定日光溫室圍護(hù)結(jié)構(gòu)的低限熱阻值，按照低限熱阻法計(jì)算河北省各地土墻日光溫室墻體的最小厚度為1.1～1.8 m（表2）。

3.3 合理調(diào)整溫室內(nèi)地面的下沉深度

研究表明，下沉深度所致的溫室內(nèi)陰影率以不超過(guò)15%為宜（李霞 等，2011）。根據(jù)河北省各地地理緯度、前屋面角、太陽(yáng)高度角、方位角等的不同及其隨時(shí)間的變化情況，得出當(dāng)日光溫室內(nèi)的跨度分別為8、10、12 m時(shí)，河北省11個(gè)市及最北端和最南端的縣所在地的日光溫室內(nèi)最大下沉參考深度（表3）。以10 m跨度的下沉式日光溫室為例，河北省日光溫室內(nèi)地面適宜下沉深度最大為0.5～0.8 m，就各縣來(lái)說(shuō)，最北邊的圍場(chǎng)縣日光溫室內(nèi)適宜最大下沉深度為0.5～0.6 m，最南端的大名縣則為0.7～0.8 m。另外，溫室內(nèi)地面下沉深度還應(yīng)考慮當(dāng)?shù)氐叵滤坏母叩秃蜏厥彝馀潘纫蛩?，視具體情況而定。

表3 河北省日光溫室內(nèi)最大下沉參考深度

4 結(jié)語(yǔ)

日光溫室為蔬菜反季節(jié)生產(chǎn)提供了小氣候環(huán)境，而日光溫室的結(jié)構(gòu)合理與否關(guān)系著溫室內(nèi)小氣候環(huán)境的優(yōu)劣，關(guān)系著蔬菜能否正常生長(zhǎng)發(fā)育。在溫室結(jié)構(gòu)方面許多專(zhuān)家進(jìn)行了多方面的研究，給出了日光溫室適宜的前屋面角、墻體厚度、溫室內(nèi)地面下沉深度等的計(jì)算公式，但由于公式中涉及參數(shù)較多，且在前人的研究中少有給出針對(duì)河北不同區(qū)域日光溫室結(jié)構(gòu)的適宜數(shù)值，不利于推廣。筆者針對(duì)河北省各地實(shí)際地理位置，計(jì)算出了不同區(qū)域、不同站點(diǎn)日光溫室適宜的前屋面角、墻體厚度、溫室內(nèi)地面下沉深度等，得出河北省由南向北合理的前屋面角為26.97°～32.47°，土墻日光溫室的墻體最小厚度為1.1～1.8 m，10 m跨度的下沉式日光溫室內(nèi)地面適宜下沉深度最大為0.5～0.8 m，為河北省日光溫室建造提供理論依據(jù)，減少盲目性和隨意性。

參考文獻(xiàn)

柴立龍，馬承偉，籍秀紅，楊仁全，周增產(chǎn)，卜云龍.2007.北京地區(qū)日光溫室節(jié)能材料使用現(xiàn)狀及性能分析.農(nóng)機(jī)化研究，（8）：17-21.

郭芬芬，宮彬彬，高洪波.2014.日光溫室下沉深度對(duì)地溫的影響分析——基于地下傳熱模型.農(nóng)機(jī)化研究，10（3）：321-326.

李建設(shè)，白青，張亞紅.2010.日光溫室墻體與地面吸放熱量測(cè)定分析.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，26（4）：332-336.

李明，魏曉明，齊飛，周長(zhǎng)吉.2014.日光溫室墻體研究進(jìn)展.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，51（6）：1162-1170.

李清明，艾希珍，于賢昌.2011.下挖深度對(duì)節(jié)能日光溫室環(huán)境因子日變化及空間分布的影響.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，22（8）：2061-2068.

李霞，于賢昌，艾希珍，李清明.2011.日光溫室采光與下挖深度優(yōu)化設(shè)計(jì).山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，（9）：35-40.

劉加平.2009.建筑物理·4版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社：61-62.

劉彥辰，鄒志榮，胡曉輝.2013.陜西關(guān)中地區(qū)不同跨度日光溫室光溫環(huán)境分析.西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，（6）：18-21.

劉志杰，鄭文剛，胡清華，史彥軍，滕弘飛.2007.中國(guó)日光溫室結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì).中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，23（2）：449-453.

聶和民.1990.我國(guó)北方日光溫室的結(jié)構(gòu)與建造.農(nóng)村實(shí)用工程技術(shù)，（4）：2-3，14.

唐中祺，頡建明，郁繼華，馮致，呂劍.2014.不同跨度日光溫室升溫保溫性能研究.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，13（3）：134-137.

佟國(guó)紅，羅新蘭，劉文合，李天來(lái).2010.半地下式日光溫室太陽(yáng)能利用分析.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，41（3）：321-326.

王思倩.2012.下沉式日光溫室南側(cè)邊際效應(yīng)初步研究〔碩士論文〕.鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué).

王思倩，張志錄，侯偉娜.2012.下沉式日光溫室南側(cè)邊際區(qū)域土壤溫度變化特征.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，28（12）：208-215.

魏瑞江，王春乙，范增祿.2010.石家莊地區(qū)日光溫室冬季小氣候特征及其與大氣候的關(guān)系.氣象，36（1）：97-103.

魏曉明，周長(zhǎng)吉，曹楠，丁小明.2010.基于光照的日光溫室總體尺寸確定方法研究.北方園藝，（15）：1-5.

楊建軍，鄒志榮，張智，王云冰，張志新，燕飛.2009.西北地區(qū)日光溫室土墻厚度及其保溫性的優(yōu)化.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，25 （8）：180-185.

岳玲，凌廣通，張振軍，張振輝，吳麗艷，宋洋.2005.赤峰市日光溫室厚墻體的建造技術(shù).內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技，（1）：44-45.

張峰，張林華，劉珊.2008.日光節(jié)能溫室下沉深度對(duì)其采光性能的影響.山東建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，23（6）：474-477.

周長(zhǎng)吉，丁小明.2008.溫室采暖設(shè)計(jì)室外計(jì)算溫度取值方法探討.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，24（10）：161-165.

收稿日期：2016-03-07；接受日期：2016-05-13

基金項(xiàng)目：公益性行業(yè)（氣象）科研專(zhuān)項(xiàng)（GYHY201306039），河北省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系蔬菜產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目