新疆非耕地日光溫室標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計探討

張彩虹+姜魯艷+鄒平+吐爾遜娜依+馬彩雯

【摘要】為了提高新疆非耕地日光溫室的綜合性能，根據(jù)新疆自然氣候條件，對戈壁地、鹽堿地日光溫室建造參數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，通過對兩種非耕地日光溫室性能的測試分析，結(jié)果表明：標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的非耕地日光溫室在喀什、克州兩地冬至日時溫室內(nèi)的平均溫度可達(dá)到18.9、20.6℃，最低氣溫10.6、14.3℃，最高氣溫達(dá)32.2、35.6℃。標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計建造的非耕地日光溫室保溫性能好，在新疆喀什、克州地區(qū)冬季不加溫條件下可實現(xiàn)越冬生產(chǎn)。

新疆處于中國西北地區(qū)，北緯32°22′～

49°33′，東經(jīng)73°21′～96°21′，面積166萬hm2，約占全國總面積的1/6，屬于干旱區(qū)，降雨少，晝夜溫差大，光熱資源豐富，全年日照時間在2550～3500 h，非常利于農(nóng)作物的生長和有機質(zhì)積累。在這樣優(yōu)厚的條件下，作物果實籽粒飽滿、含糖量高、品質(zhì)優(yōu)良，是發(fā)展園藝和設(shè)施種植的適宜區(qū)域。

截止2013年底，新疆設(shè)施農(nóng)業(yè)總面積達(dá)到91.4萬畝（約6.09萬hm2，數(shù)據(jù)源自新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)業(yè)廳），而設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展用地主要集中在農(nóng)區(qū)土壤肥沃的老農(nóng)田和熟地，與大農(nóng)業(yè)爭地矛盾日益突出。如何開發(fā)和利用廣袤的戈壁地、荒漠地是破解新疆地區(qū)耕地資源不足、產(chǎn)業(yè)整體效益不高的重要措施。據(jù)統(tǒng)計，新疆戈壁、鹽堿、荒漠地等和短期內(nèi)難以開發(fā)利用的土地13.7億畝（約0.91億hm2），占全疆土地面積的54.91%；農(nóng)林牧用地合計10.51億畝（約0.70億hm2），占全疆土地面積的42.13%，是全國土地利用率最低的省區(qū)。

為適應(yīng)現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展需求，依托“十二五”設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)成果和前期工作基礎(chǔ)，開展戈壁地、荒漠地日光溫室結(jié)構(gòu)、材料及建造技術(shù)的溫室研究，開展戈壁地、荒漠地就地取材墻體結(jié)構(gòu)及建造技術(shù)研究日光溫室合理采光區(qū)域配置、日光溫室標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計以及災(zāi)害應(yīng)急加固技術(shù)的研究；形成環(huán)境調(diào)控與建造材料、經(jīng)濟性能等方面的最佳模式；建立適合新疆戈壁地日光溫室設(shè)計及建造標(biāo)準(zhǔn)，推進(jìn)新疆非耕地設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，對確保農(nóng)民增收、提高設(shè)施經(jīng)濟效益、增強設(shè)施農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力具有重要意義。

非耕地日光溫室標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

新疆喀什、克州地理氣候信息

新疆南北跨越15個緯度，南北東疆氣候特點、地理、光熱條件均有著極大的差異，本文采集南疆克州、北疆塔城兩地區(qū)的地理緯度、日照時數(shù)、極端最低氣溫、冬至日太陽高度角等氣象數(shù)據(jù)（表1）。

非耕地日光溫室設(shè)計

非耕地日光溫室結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計

日光溫室的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計主要包括溫室方位角、室外設(shè)計溫度、溫室面積（A）、溫室跨度（B）、溫室長度（L）、溫室間距（D）、溫室脊高（H）、墻體厚度、后墻高度（h）、后屋面水平投影（b）、前屋面角（α）、后屋面角（β）等，可根據(jù)本地區(qū)地理緯度選擇合適的溫室結(jié)構(gòu)參數(shù)。非耕地溫室標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計考慮到新疆北疆地區(qū)光照資源豐富，日照時間較長，跨度選擇在7 m，南疆地區(qū)北緯35?～40?，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計從經(jīng)濟角度考慮，適當(dāng)增加其跨度，從而擴大栽培面積，因此跨度選擇8 m較為適宜。

非耕地日光溫室前屋面角的大小直接影響到溫室的采光性能，是非耕地日光溫室結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵，根據(jù)不同區(qū)域地理緯度不同，日光溫室標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的前屋面角南疆地區(qū)為31?，北疆地區(qū)為32?～33.5?。對于新疆非耕地日光溫室來講，根據(jù)南北疆地理氣候特點，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的后屋面角分別為南疆40?、北疆45?，一方面降低后墻高度，減少建設(shè)成本；另一方面增加后屋面蓄熱面積，提高整個溫室蓄熱能力。但是后屋面投影長度不能過長，否則會使栽培區(qū)形成遮光區(qū)。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《日光溫室和塑料大棚結(jié)構(gòu)與性能要求》（GB/T 19165-2003）及地方標(biāo)準(zhǔn)《北疆地區(qū)干打壘墻體春提早、秋延晚蔬菜生產(chǎn)型日光溫室設(shè)計與建造規(guī)程》（DB65/T 3377-2012）中的規(guī)定，后屋面投影與跨度之比在0.17～0.25，同時依照兩地區(qū)氣候條件，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的非耕地日光溫室后屋面投影長度南北疆均可為1.6 m。

非耕地日光溫室跨度、前屋面角及后屋面投影確定后，可計算出脊高，合理的脊高取值應(yīng)達(dá)到光照條件和保溫效果相互協(xié)調(diào)的目的。南疆地區(qū)非耕地日光溫室標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的脊高為3.9 m，北疆地區(qū)為3.6～4.0 m。兩地溫室結(jié)構(gòu)參數(shù)（表2）。

非耕地日光溫室墻體設(shè)計

新疆非耕地日光溫室墻體結(jié)構(gòu)所選用的材料，既要符合就地取材，如戈壁料、砂石土等非耕地材料，降低建設(shè)成本，又要有保溫蓄熱性能。按照材料的熱阻及新疆南北疆日光溫室墻體結(jié)構(gòu)的低限熱阻計算出墻體厚度（表3）。

戈壁地日光溫室以就地取材的戈壁土為主要材料，當(dāng)室外設(shè)計溫度為-21℃，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計3種類型的墻體，第1種采用戈壁土1.68 m，第2種采用外層戈壁土1.3 m、里層砌體護(hù)坡0.37 m，第3種采用里層磚砌體0.24 m、第2層戈壁土0.5 m、第3層磚砌體0.24 m、第4層聚苯乙烯板（戈壁土添加固化劑）0.03 m；鹽堿地日光溫室標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計采用里層聚苯乙烯板0.1 m、外層磚砌體0.3 m。

新疆非耕地日光溫室標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

性能測試

對標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的非耕地日光溫室的氣溫、地溫、濕度、光照等性能參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測和室內(nèi)外對照。通過設(shè)施環(huán)境因子的統(tǒng)計和分析來驗證標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的溫室性能。測試時間為2016年12月31日～2017年2月24日，采用杭州路格科技有限公司L99系列智能溫濕度光照記錄儀。溫室內(nèi)測點選擇溫室中心，高度1.5 m。室外設(shè)1個溫濕度測點，布置在高度1.5 m，周圍無遮擋物的空地。測試結(jié)果如下：

室內(nèi)外最值與平均值

通過表4可以看出，溫室日氣溫最低溫度為9.78℃，與室外最低溫-15.3℃相比，溫差達(dá)到25.08℃，而室內(nèi)最高溫30.82℃同室外最高溫23℃相比，溫差達(dá)到7.82℃。確保了溫室作物在一個相對均衡的環(huán)境中生長，不會出現(xiàn)大幅的氣溫變動。endprint

室內(nèi)外濕度變化

隨機抽取一個晴天，對比室內(nèi)外濕度變化情況發(fā)現(xiàn)室內(nèi)外濕度變化規(guī)律基本一致（圖1），隨著白天掀開棉被，溫室內(nèi)的濕度逐漸下降，室內(nèi)最低濕度在14：00左右持續(xù)至17：00左右，隨著棉被蓋上，室內(nèi)濕度逐漸升高，直至飽和。

室內(nèi)外月溫度變化

該非耕地日光溫室采取冬季不加溫生產(chǎn)，故溫室內(nèi)氣溫完全受溫室的保溫性能所決定。由圖2、圖3可知溫室內(nèi)外最大值溫差在5℃左右，最小值溫差在15℃左右，室外1個月內(nèi)最高溫度上升4.2℃左右，室內(nèi)上升5.1℃；而1個月內(nèi)室外最低溫提高11.5℃，室內(nèi)上升5.1℃；室內(nèi)始終保持一種穩(wěn)定的環(huán)境。

室內(nèi)外溫度的日變化

隨機抽取一天，對比室內(nèi)外溫度的變化規(guī)律，由圖4可以看出溫室內(nèi)隨著外界氣候變化明顯，每天有一個最高值和一個最低值，室內(nèi)最低溫10.7℃出現(xiàn)在6：00～7：00，此時也出現(xiàn)了室外最低溫為-9.4℃，溫差20.1℃；室內(nèi)最高溫出現(xiàn)在17：00左右為32.5℃，同時出現(xiàn)的室外最高溫為9℃，相比溫差為23.5℃。約在12：00左右溫室通風(fēng)，氣溫出現(xiàn)小變化。溫室內(nèi)的最低氣溫為10.7℃，高于茄果類作物越冬生產(chǎn)溫室10℃，可以滿足作物生長需求。

溫室內(nèi)氣溫從17：00～24：00，下降緩慢，最大溫差僅為3.01℃，平均每小時下降0.38℃，說明溫室的保溫性能良好。

討論

在進(jìn)行非耕地日光溫室標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計時應(yīng)考慮溫室跨度、長度、前屋面角、后屋面角、后屋面水平投影、脊高、就地取材的墻體等溫室參數(shù)之間的相互影響、相互制約，應(yīng)尋找溫室各項參數(shù)之間的最佳平衡點進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，以便達(dá)到新疆非耕地日光溫室高效、節(jié)能、低成本生產(chǎn)的最終目標(biāo)。新疆非耕地地理環(huán)境復(fù)雜，氣候條件特殊，南北東疆不同區(qū)域差異很大。因此，要針對不同區(qū)域進(jìn)行設(shè)計，不能照搬國內(nèi)其他省份或某個地區(qū)非耕地日光溫室設(shè)計建造的模式。

通過性能測試實驗，南疆地區(qū)戈壁地和鹽堿地日光溫室標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計參數(shù)分別為溫室方位角正南偏西7°～9°，溫室室內(nèi)面積400～640 m2，溫室跨度8 m，溫室長度50～80 m，溫室脊高3.9 m，后屋面水平投影1.6 m，前屋面角31°，后屋面角40°；北疆地區(qū)戈壁地和鹽堿地日光溫室標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計參數(shù)分別為溫室方位角正南偏西7°～10°，溫室室內(nèi)面積400～640 m2，溫室跨度7 m，溫室長度50～80 m，溫室脊高3.6、4.0 m，后屋面水平投影1.6 m，前屋面角33.5°、32°，后屋面角45°。

經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計建造的非耕地日光溫室，結(jié)構(gòu)優(yōu)異、采光保溫效果良好，土地利用率高。截止到2016年12月，新疆南北疆采用經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計建造的非耕地日光溫室分別達(dá)到3.2萬畝（約0.21萬hm2，數(shù)據(jù)源自新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)業(yè)廳）、1.6萬畝（約0.1萬hm2，數(shù)據(jù)源自新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)業(yè)廳）。

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Discussion on the Standardization Design of Non-cultivated Land in Xinjiang

Zhang Caihong， Jiang Luyan， Zou Ping， Tu Erxunnayi， Ma Caiwen**

（ Institute of Agricultural Machinery， Xinjiang Academy of Agricultural Science， Urumqi， Xinjiang 830091， China）

【Abstract】In order to improve the non-cultivated land the comprehensive performance of solar greenhouse in Xinjiang， according to the natural climate condition in Xinjiang， saline-alkali land to gobi， sunlight greenhouse construction parameters for standardization design， through to the performance of the two kinds of non-cultivated land greenhouse test analysis， the results show that the standardized design of non-cultivated land greenhouse in kashgar， Basque winter solstice when the average temperature in greenhouse can reach 18.9、20.6°C， the minimum temperature of 10.6、14.3°C， the highest temperature of 32.2、35.6°C. The standard design of non-cultivated daylight greenhouse heat insulation is good， which can be produced in winter without heating in the Xinjiang region of kashgar and kstate.endprint