節(jié)能日光溫室的優(yōu)化建造

黃若忱

（山西省農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展中心，山西 太原 030002）

1 我國(guó)日光溫室的現(xiàn)狀和特點(diǎn)

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，日光溫室能充分利用太陽(yáng)光熱資源，減少環(huán)境污染，在一定程度上實(shí)現(xiàn)土地利用的高效化。目前，我國(guó)日光溫室發(fā)展迅速，建造面積已經(jīng)達(dá)到了近16×104hm2，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。隨著日光溫室建造技術(shù)的不斷提高和發(fā)展，日光溫室科技含量也不斷提升，節(jié)能智能型的日光溫室將逐步形成規(guī)模。

2 節(jié)能日光溫室的建造原則

節(jié)能型日光溫室的建造要具有以下要求：一是要有良好的透光性能，保證太陽(yáng)光利用率比較高；二是要有良好的增溫和保溫性能，保證日光照射下增溫加快；三是要有良好的通風(fēng)和排濕性能，保證日光溫室內(nèi)的濕度在合理要求范圍內(nèi)；四是要有良好的防風(fēng)性能，保證日光溫室的結(jié)構(gòu)牢固和使用壽命長(zhǎng)；五是要易于操作、易于建設(shè)、便于管理，并且投資較少。

3 節(jié)能日光溫室的建造技術(shù)

3.1 節(jié)能日光溫室的方位選擇

節(jié)能日光溫室的方位選擇主要是指節(jié)能日光溫室的朝向根據(jù)實(shí)地太陽(yáng)光照射情況做出的選擇，節(jié)能日光溫室的朝向應(yīng)該坐北朝南、東西延長(zhǎng)，保證接受陽(yáng)光時(shí)間長(zhǎng)、光照利用率高。在冬天氣溫不太低的地方，并且太陽(yáng)升起得早，上午太陽(yáng)光照射比較充足，選擇的方位南偏東；在冬天氣溫比較低的地方，而且太陽(yáng)升起得比較晚，上午太陽(yáng)光照射時(shí)間不長(zhǎng)，應(yīng)選擇的方位南偏西。節(jié)能日光溫室偏向的選擇不管是南偏西還是南偏東，都應(yīng)根據(jù)實(shí)地的氣候、地形、地勢(shì)等條件做出科學(xué)合理的選擇，且偏東或偏西都不要超過(guò)10°。如果在選擇方位的實(shí)際操作中，由于地理?xiàng)l件等原因不能按照以上要求施工，應(yīng)根據(jù)以下方法措施做出調(diào)整。在日光溫室的建造實(shí)地，樹立一個(gè)與地面垂直的標(biāo)桿，觀察晴朗天氣下12：00—12：30區(qū)間的標(biāo)桿投影，選取最短的標(biāo)桿投影并做出它的垂線，以該垂線的垂足為基點(diǎn)，該垂線旋轉(zhuǎn)科學(xué)合理的角度，此時(shí)旋轉(zhuǎn)后的垂線為后墻方向的基準(zhǔn)線，以此基準(zhǔn)線確立節(jié)能日光溫室的方位。節(jié)能日光溫室不僅要考慮方位的選擇，同時(shí)也要考慮選地的交通是否發(fā)達(dá)、土壤墑情如何、是否在較高的地勢(shì)、土質(zhì)透氣性能如何、防洪防澇能力如何、土壤肥力怎么樣等等。

3.2 節(jié)能日光溫室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

節(jié)能型日光溫室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要素包括前屋面及前屋面傾角、后屋面及后屋面傾角、后屋面水平投影長(zhǎng)度、跨度、高度、溫室面積、溫室墻體厚度等。這些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要素的優(yōu)化，能極大地提高日光溫室的光照利用率、保溫性能、增溫速度、抗風(fēng)性能和使用壽命等。

3.2.1 前屋面及前屋面傾角

節(jié)能型日光溫室的前屋面為采光面，它的形狀有立坡式、二折式、三折式及拱圓形，拱圓形又有拋物線、擺線、圓弧線等形狀。目前經(jīng)常采用的有立坡式和拋物線兩種形式，立坡式日光溫室由于結(jié)構(gòu)限制，必須用竹竿壓膜并用鐵絲纏繞綁縛，鐵絲穿過(guò)膜使得膜上有了孔洞，降低了日光溫室的保溫效果，同時(shí)也在竹竿上形成水滴，水滴從竹竿上滴下將影響到日光溫室內(nèi)蔬菜作物的生長(zhǎng)。拋物線日光溫室相比較立坡式日光溫室有許多優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)牢固、抗壓性好，采光面積大、增溫速度快，采光面向上凸起、透光性能好、光照利用率高，拉起和放下保溫覆蓋物方便、便于用壓膜繩壓膜，拋物線型不易形成水滴、即使有也會(huì)順拋物線流走，拋物線型積雪少、清掃比較方便。前屋面傾角是通過(guò)計(jì)算得到的，根據(jù)計(jì)算得到的前屋面傾角可以對(duì)照日光溫室的跨度、高度與前屋面傾角的對(duì)應(yīng)關(guān)系表選配適當(dāng)?shù)目缍扰c高度。前屋面傾角用αF表示，合理的前屋面傾角應(yīng)符合式（1）條件。

式中：h min——當(dāng)?shù)囟琳缣?yáng)高度角，h min可由式（2）求得。

式中：Φ——當(dāng)?shù)氐乩砭暥取?/p>

3.2.2 后屋面及后屋面傾角與水平投影長(zhǎng)度

日光溫室設(shè)計(jì)了后屋面，采用平面形或稍微起拱即可。后屋面可以對(duì)北方冬季里寒冷的西北風(fēng)產(chǎn)生導(dǎo)向，使得冷空氣沿著后屋面流走，對(duì)提高日光溫室的保溫有著顯著的效果。后屋面不僅可以提高日光溫室的高度、增大采光面的角度、有利于太陽(yáng)光的射入，也可以使采光面上的保溫覆蓋物（草墊、棉被等）揭蓋后的擺放方便。但是后屋面阻擋了天空中的散射光從日光溫室的北面射入，影響了日光溫室后面的光照條件，造成日光溫室后面的作物在生長(zhǎng)發(fā)育情況、產(chǎn)量、質(zhì)量等方面明顯不如前面的作物。為保障寒冷冬季時(shí)期日光溫室的室內(nèi)溫度，平衡利弊，設(shè)計(jì)后屋面是必不可少的。

后屋面傾角即后坡仰角，應(yīng)該大于當(dāng)?shù)囟琳缣?yáng)高度角的5°～8°，后屋面傾角大小決定了冷空氣流的速度，傾角過(guò)大不利于冷空氣沿后面流走，傾角過(guò)小影響到太陽(yáng)光不能直接照射到后屋面的內(nèi)面，不利于提高日光溫室內(nèi)的溫度，影響了日光溫室后面的光照效果。太陽(yáng)高度角是指地球上的某個(gè)地點(diǎn)太陽(yáng)光線與通過(guò)該地點(diǎn)與地心相連的地表切面的夾角。太陽(yáng)高度角由所在地點(diǎn)的緯度決定，在北緯35°左右的地區(qū)，太陽(yáng)高度角31.6°，后坡仰角應(yīng)該在36.6°～39.6°，后屋面的水平投影長(zhǎng)度應(yīng)該在1 m左右，減少遮光。

3.2.3 日光溫室的高度與南北跨度

日光溫室的高度與南北跨度決定了溫室的采光面積、采光面角度、溫室結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。日光溫室的高度是前屋面和后屋面的交點(diǎn)處（日光溫室最高點(diǎn)）到基準(zhǔn)地面的距離。南北跨度是日光溫室的后墻到前屋面骨架最南端的距離。日光溫室的高度與南北跨度的比例要通過(guò)科學(xué)的計(jì)算得出，這個(gè)比例形成的形狀要通過(guò)力學(xué)分析，進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核，具備足夠的安全系數(shù)。這個(gè)比例所決定的采光面積、采光面角度（決定著陽(yáng)光入射角的大?。┮惨?jīng)過(guò)升溫、保溫、陽(yáng)光利用率等指標(biāo)科學(xué)計(jì)算，使其符合節(jié)能日光溫室的建造要求。南北跨度可用公式算出：

3.2.4 日光溫室面積

日光溫室面積要設(shè)計(jì)在一個(gè)科學(xué)合理的范圍內(nèi)，一般為0.067 hm2～0.034 hm2。合理面積的日光溫室能使保溫性能增強(qiáng)、管理操作方便、工作效率提高，合理的面積能有效降低嚴(yán)寒天氣下冷害或凍害的發(fā)生，減少冬季拉起、放下覆蓋物的時(shí)間，日光溫室面積參數(shù)是一個(gè)重要的經(jīng)濟(jì)、節(jié)能指標(biāo)。

3.2.5 后墻高度

后墻高度是指日光溫室的后坡內(nèi)表面和后墻內(nèi)表面的交線與溫室內(nèi)地平面之間的距離。后墻高度可按式（5）確定，日光溫室的后墻高度一般應(yīng)在2.5～4.5 m。

3.2.6 拱架間距和墻體厚度

拱架間距由拱桿強(qiáng)度、覆蓋材料性能及當(dāng)?shù)仫L(fēng)雪荷載情況確定。日光溫室墻體厚度由當(dāng)?shù)氐膬鐾翆雍穸却_定，一般是凍土層厚度的兩倍。

3.3 節(jié)能型日光溫室的覆蓋材料

日光溫室采光面透明覆蓋材料，通過(guò)優(yōu)化選擇使其具有節(jié)能效果，并且也具有透光性好、抗壓抗拉性強(qiáng)、保溫性能良好、使用時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)。一般使用的有聚乙烯無(wú)滴膜、三層共擠復(fù)合膜、聚乙烯無(wú)滴轉(zhuǎn)光膜、乙烯—醋酸乙烯三層共擠無(wú)滴保溫防老化膜、聚氯乙烯無(wú)滴膜等多功能復(fù)合膜。

3.4 節(jié)能日光溫室的墻體

日光溫室的墻體不僅具有保溫、支撐、封閉等作用，同時(shí)也會(huì)保存白天太陽(yáng)能的熱量，到了夜間把白天儲(chǔ)存的熱量釋放出來(lái)，起到夜間增溫的作用。墻體分為實(shí)心墻與空心墻兩種類型，空心墻又可分為有保溫填充材料和無(wú)保溫填充材料兩種類型。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)日光溫室的方位選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、覆蓋材料和基礎(chǔ)墻體的優(yōu)化分析，提高了日光溫室的光照利用、保溫、排濕、防風(fēng)性能，提升了日光溫室的節(jié)能效果。