冀北越冬型單棟節(jié)能日光溫室的設(shè)計(jì)與建造

李兵 吳效楠 王玉宏 孫周平 閆立英 陳立海 董巖 劉斯超

摘? ? 要： 針對(duì)農(nóng)業(yè)設(shè)施的發(fā)展與需要，將基層農(nóng)技推廣體系的實(shí)踐積累與大專院校、科研院所的研究成果相結(jié)合，制定完成了越冬型單棟節(jié)能日光溫室設(shè)計(jì)建造規(guī)范，主要內(nèi)容包括基本構(gòu)造及性能要求、采光結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、 場(chǎng)地及布局、主體建造要求、覆蓋物等方面。該規(guī)范是對(duì)已有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、成果、技術(shù)的一些補(bǔ)充與細(xì)化，更適用于冀北山區(qū)及同等類型地區(qū)參考使用。

關(guān)鍵詞： 日光溫室; 單棟; 越冬; 節(jié)能; 建造規(guī)范

中圖分類號(hào)： S625.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： C 文章編號(hào)： 1673-2871（2020）11-123-03

承德地處京津冀都市圈和環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈之中，是銜接關(guān)內(nèi)外的關(guān)鍵地區(qū)之一，這里四季分明，光照充分，氣候條件優(yōu)越，日光溫室建設(shè)發(fā)展迅速，目前已成為承德市設(shè)施農(nóng)業(yè)的重要組成部分，是承德市高效園藝產(chǎn)業(yè)的一大亮點(diǎn)。承德跨越北緯39°～42°，地勢(shì)縱橫，山巒跌宕，節(jié)能型日光溫室在這里已經(jīng)具有一定規(guī)模，但隨著設(shè)施園藝的發(fā)展，原有日光溫室的性能指標(biāo)已逐漸不能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)需要，因此，由承德市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局提出，由承德市蔬菜技術(shù)推廣站、沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)負(fù)責(zé)起草，聯(lián)合河北科技師范學(xué)院、承德石油高等?？茖W(xué)校、承德市農(nóng)林科學(xué)院的有關(guān)專家，編制完成了承德市地方標(biāo)準(zhǔn)《越冬型單棟節(jié)能日光溫室設(shè)計(jì)建造規(guī)范》（DB 1308/T 271—2020），該標(biāo)準(zhǔn)提出了承德越冬型單棟日光溫室采光結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)約定模型，規(guī)范了日光溫室農(nóng)用建造指標(biāo)，進(jìn)一步挖掘了日光溫室效能，增強(qiáng)了日光溫室的使用效果。 為了便于讀者使用該標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。

1 構(gòu)造及性能要求

日光溫室主要具有前屋面（南）、后屋面（北）、后墻（北）、山墻（東、西）、骨架、透明覆蓋物、保溫覆蓋物等基本結(jié)構(gòu)，配有緩沖間（門斗），前屋面在冬至日正午前后能夠保持 4 h 以上的合理采光時(shí)間，可以截獲充分的太陽(yáng)輻射量，要求溫室室內(nèi)溫度不低于10 ℃，10 cm 地溫不低于15 ℃。

2 采光結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 前屋面采光角

2.1.1 前屋面采光角關(guān)系模型 越冬型單棟節(jié)能日光溫室要求其前屋面在冬至日午時(shí)前后的4 h左右時(shí)間內(nèi)可以獲得充分的光照，可以截獲更為充分的太陽(yáng)輻射量。因太陽(yáng)光的透過(guò)率和太陽(yáng)輻射的截獲量與太陽(yáng)直射光線在前屋面的投射角度、太陽(yáng)高度角、太陽(yáng)方位角和溫室方位角有關(guān)，其關(guān)系模型可由sinβ=sinhcosθ+coshsinθcos（A-a）表達(dá)，式中：θ為日光溫室前屋面采光角，β為太陽(yáng)直射光線投射角，其取值在47°～50°的范圍為佳，A為太陽(yáng)方位角，a為溫室方位角，正南北建造時(shí)為0°。

2.1.2 參數(shù)太陽(yáng)高度角、太陽(yáng)方位角、時(shí)角的計(jì)算 在設(shè)計(jì)溫室前屋面采光角時(shí)，將10：00—14：00確定為合理采光時(shí)段，根據(jù)太陽(yáng)高度角計(jì)算公式sinh=sinφsinδ+cosφcosδcosω計(jì)算出10：00的最小太陽(yáng)高度角，式中：h為太陽(yáng)高度角，ω為太陽(yáng)時(shí)角，φ為溫室所在地理緯度。

太陽(yáng)方位角A可由sinA=[cosδsinωcosh]計(jì)算，式中：δ為太陽(yáng)赤緯，冬至日為-23.45°。

時(shí)角ω可由ω=15°×（ST-12）計(jì)算，式中：ST為真太陽(yáng)時(shí)，以 24 h 計(jì)時(shí)。

2.1.3 前屋面采光角的選用方法 當(dāng)溫室正南北設(shè)置，東西延長(zhǎng)建造時(shí)，將10：00太陽(yáng)高度、10：00太陽(yáng)方位、溫室方位以太陽(yáng)投射角等參數(shù)代入關(guān)系模型，計(jì)算得到河北承德北緯39°～42°地區(qū)的溫室采光屋面角在30°～38°范圍內(nèi)能兼顧采光與建筑的要求，使用時(shí)以中間數(shù)值為基準(zhǔn)，高緯度地區(qū)選偏大值，低緯度地區(qū)選偏小值，溫室方位南偏東選偏小值，南偏西選偏大值，相同條件下選偏大值可獲得更高的太陽(yáng)能截獲量。

2.2 前屋面設(shè)置

溫室主采光屋面采用拱圓形設(shè)計(jì)，可以同時(shí)滿足作物生長(zhǎng)、人工作業(yè)和采光、捕獲太陽(yáng)輻射的設(shè)計(jì)要求。在南端設(shè)置不低于1.0 m的最低作業(yè)高度，最低作業(yè)點(diǎn)與主采光面形成連續(xù)圓弧，使前屋面底角處坡度不小于60°，加大落差，增強(qiáng)前屋面采光，且易于勞作;屋脊處坡度不小于8°，前屋面弧長(zhǎng)與溫室跨度1.0～1.2的比例，可獲得更好的采光保溫效果，同時(shí)有利于前屋面雨雪清理、鋪放保溫棉被和卷簾機(jī)操作等農(nóng)事要求。

2.3 脊位比

越冬型單棟節(jié)能日光溫室，要求具有在日間采光、保溫、蓄熱，夜間釋熱、保溫的基本功能，但其又存在對(duì)外界散熱的不利因素。溫室地面、墻體為主要的蓄熱保溫面，后屋面具有一定保溫功能，但會(huì)產(chǎn)生遮光陰影，前采光屋面是主要的對(duì)外散熱途徑。通過(guò)脊位比控制前后屋面大小，達(dá)到增強(qiáng)保溫蓄熱，降低對(duì)外散熱的效果，脊位比是前屋面水平投影與凈跨度的比值，本地合理的脊位比范圍0.80～0.85，按大跨度選大值，小跨度選小值，溫暖地區(qū)選大值，寒冷地區(qū)選小值的原則選取。

2.4 后屋面角度

后屋面仰角大小對(duì)溫室后墻采光蓄熱和后排作物光照有影響，其設(shè)置應(yīng)滿足冬至至春秋兩分期間后墻和后排作物可獲得充分光照，同時(shí)考慮保溫被卷起位置的遮光，后屋面仰角應(yīng)適當(dāng)加大，取值應(yīng)比當(dāng)?shù)囟寥照缣?yáng)高度角大10°～20°為宜，一般取35°～45°，緯度高的地區(qū)選小值，緯度低的地區(qū)選大值，保溫被折疊區(qū)域大的選大值，保溫被折疊區(qū)域小的選小值。

3 場(chǎng)地及布局

3.1 場(chǎng)地選擇

宜選擇在種植季節(jié)日照百分率高于50%，且南、東、西側(cè)沒(méi)有高大遮擋物的地區(qū)，建設(shè)場(chǎng)地地質(zhì)條件好，分區(qū)平整，地下水位適中，無(wú)災(zāi)害發(fā)生，無(wú)污染;修建溫室群或較大型的溫室園區(qū)要做好溫室排列以及配套給排水、道路、電力等設(shè)施的規(guī)劃建設(shè);溫室的選址建設(shè)應(yīng)符合國(guó)家相關(guān)規(guī)定。

3.2 溫室方位

單體日光溫室坐北朝南建造，東西向延長(zhǎng)線與真子午線之間的夾角宜≤10°，室外最低溫度高于-10℃的地區(qū)宜南偏東布置;室外最低溫度低于-20℃或冬季晨霧較多的地區(qū)宜南偏西布置，每偏東1°可提早接受太陽(yáng)照射4 min，有利于早晨溫室內(nèi)提溫，偏西1°可延后太陽(yáng)照射4 min，有利于下午溫室內(nèi)溫度的積累，各地在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)考慮當(dāng)?shù)販厥疑a(chǎn)及作息情況等影響因素確定溫室方位，保證日光溫室能更好地接受陽(yáng)光照射。

3.3 溫室間距

日光溫室建筑地周邊在上午揭簾后至下午放簾前無(wú)遮光物影響，溫室群體之間相互不遮擋，溫室之間或溫室與其他建筑之間的合理間隔可依據(jù)L=Htg（90°-h9-10）cos（A9-10-a）計(jì)算，式中：L為遮光點(diǎn)（圖1）至溫室前沿之間的距離，H為溫室或其他建筑最高遮光點(diǎn)高度，h9-10為冬至日上午9：00—10：00太陽(yáng)高度角，A9-10為冬至日上午9：00—10：00太陽(yáng)方位角。

4 主體建造要求

4.1 基本要求

日光溫室主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的使用壽命不應(yīng)低于10 a（年），一般將溫室外標(biāo)高確定為±0.00，室內(nèi)標(biāo)高與室外標(biāo)高相同，也可根據(jù)需要將溫室內(nèi)地坪降低0.4～0.5 m，設(shè)計(jì)荷載應(yīng)符合 GB/T 51183—2016的要求，熱工設(shè)計(jì)應(yīng)符合 GB 50176—2016的要求，

主體結(jié)構(gòu)的施工與安裝應(yīng)符合 NY/T 2134—2012的要求，灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)符合 NY/T 2533—2013的要求，建筑設(shè)計(jì)應(yīng)符合 NY/T 3223—2018的要求。

4.2 主體尺寸

由于受緯度、氣候、氣象、地理等綜合因素影響，承德日光溫室建設(shè)跨度在8～10 m更為合理，不宜小于6 m或超過(guò)12 m，溫度低的地區(qū)宜取偏小值，溫度高的地區(qū)宜取偏大值。為了便于管理，溫室長(zhǎng)度80～100 m為宜，不宜小于 60 m或超過(guò)120 m，一般溫室長(zhǎng)度應(yīng)為骨架開(kāi)間的整數(shù)倍，骨架開(kāi)間宜取0.8～1.2 m，便于設(shè)置栽培床、增加作物光照。

4.3 地基基礎(chǔ)

地基基礎(chǔ)按房屋建筑基礎(chǔ)設(shè)置。為了增強(qiáng)冬季保溫效果，緊貼基礎(chǔ)內(nèi)側(cè)埋置厚度5～10 cm 聚苯保溫板;或在基礎(chǔ)外側(cè)0.2 m 處建造防寒溝。防寒溝寬度0.4 cm，深度1.0 ～1.5 m，溝內(nèi)填充玉米秸、爐渣或珍珠巖，溝頂覆土塌實(shí)，頂面北高南低，防止雨水流入。

4.4 圍護(hù)墻體

墻體是日光溫室重要組件，應(yīng)同時(shí)滿足承重、保溫和蓄熱的要求。傳統(tǒng)土墻墻體建筑要求墻體頂部厚度1.5～2.0 m，底部厚度3.0～5.0 m，內(nèi)側(cè)墻體上下削齊，坡度10°～12°，外側(cè)墻體坡度約45°，山墻和后墻銜接處采用山墻包后墻的方式，以增加山墻的抗拉力。近些年，異質(zhì)復(fù)合墻體使用越發(fā)廣泛，其構(gòu)造應(yīng)由內(nèi)向外按蓄熱、承重、保溫、保護(hù)功能組成。蓄熱層可采用夯實(shí)黏土、實(shí)心磚砌體或石塊等蓄熱系數(shù)大的材料，保溫層宜采用導(dǎo)熱系數(shù)小的材料，采用夯實(shí)黏土或石塊做蓄熱層時(shí)，蓄熱層厚度大于等于0.50 m;采用實(shí)心磚砌體時(shí)，蓄熱層厚度大于等于0.37 m。墻體基部外側(cè)形成坡度不小于5%的散水，防止外部水倒流進(jìn)溫室內(nèi)部。

4.5 后屋面

后屋面采用多層結(jié)構(gòu)，由室內(nèi)向室外應(yīng)有防潮層、承重層、保溫層、調(diào)節(jié)層和防水層，各層之間錯(cuò)縫拼接，后屋面外側(cè)與外墻連接形成泛水構(gòu)造，防止雨水從后坡倒灌。

4.6 骨架

溫室骨架使用耐高溫、耐高濕、耐腐蝕的材料。骨架表面光滑，弧線均勻，宜于塑料薄膜鋪蓋和壓膜線壓實(shí)。整體骨架由縱向系桿連接，縱向系桿的間距不宜大于2 m，骨架與骨架、骨架與系桿之間相互支撐，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可靠固定。骨架應(yīng)表面光滑，弧線均勻，宜于塑料薄膜鋪蓋和壓膜線壓實(shí)。整體骨架相互支撐，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可靠固定。

4.7 緩沖間（門斗）

緩沖間設(shè)在溫室一側(cè)山墻外，朝南開(kāi)門，防止寒風(fēng)直接吹入溫室。日光溫室南北方向排列，緩沖間應(yīng)設(shè)置在同一側(cè);東西方向排列，緩沖間應(yīng)與道路相鄰。

5 覆蓋物

溫室覆蓋物主要分為透明覆蓋物和外保溫覆蓋物，日光溫室透明覆蓋物主要采用厚度0.08～0.12 mm，透光率不小于85%，且添加有少量復(fù)合穩(wěn)定劑和PVA（可提高膜的熱穩(wěn)定性和防霧效果）的PVC膜，PE膜，EVA膜，PO膜;外保溫覆蓋物主要有稻草簾（厚度5～6 cm）或防寒防水保溫棉被（厚度2～5 cm）等。溫室前屋面透明覆蓋物為主采光面，同時(shí)兼?zhèn)錅囟日{(diào)節(jié)功能，因此，應(yīng)在前屋面底部、中部或頂部設(shè)通風(fēng)口，通風(fēng)口寬度0.5～1.5 m，總面積不小于前屋面面積的15%，通風(fēng)口活動(dòng)膜和固定膜搭接寬度為0.2～0.3 m，要求覆蓋防蟲(chóng)網(wǎng)，網(wǎng)眼密度22～40目，兼顧防蟲(chóng)與通風(fēng)效果。

6 數(shù)據(jù)記錄

記錄設(shè)計(jì)參數(shù)，在圖紙對(duì)應(yīng)位置明確標(biāo)注，形成檔案材料存檔。

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