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一  概述

溫室又稱為暖房，是一種以玻璃或塑料薄膜等材料作為屋面，用土、磚做成圍墻，或者全部以透光材料做為屋面和圍墻的房屋，具有充分采光、防寒保溫能力。溫室內(nèi)可設(shè)置一些加熱、降溫、補光、遮光設(shè)備，使其具有較靈活的調(diào)節(jié)控制室內(nèi)光照、空氣和土壤的溫濕度、二氧化碳濃度等蔬菜作物生長所需環(huán)境條件的能力，成為當(dāng)今蔬菜保護地設(shè)施之一。

日光溫室是一種在室內(nèi)不加熱的溫室，即使在最寒冷的季節(jié)，也只依靠太陽光來維持室內(nèi)一定的溫度水平，以滿足蔬菜作物生長的需要。
由于塑料工業(yè)的發(fā)展，加之玻璃易破損，農(nóng)村日光溫室大多以塑膜為屋面材料。特別是我國北方在土溫室基礎(chǔ)上興起的塑料日光溫室，具有明顯的高效、節(jié)能、低成本的特點，深受菜農(nóng) 及消費者的歡迎，是發(fā)展高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效農(nóng)業(yè)的有效措施之一，將會得到更快的發(fā)展。

實踐證明，凡室外最低溫度不低于－25℃的，利用塑料日光溫室的特殊結(jié)構(gòu)性能，可使室內(nèi)保持5℃以上的溫度時，均可獲得滿意結(jié)果。
我國日光溫室及栽培技術(shù)獨具特色，在發(fā)展中國家處領(lǐng)先水平。其工藝路線與發(fā)達(dá)國家沒有可比性，發(fā)達(dá)國家以鋼結(jié)構(gòu)、大型日光溫室為主，我國以中小型為主；發(fā)達(dá)國家覆面材料以聚酯為基材的透光材料為主，我國以塑膜(聚乙烯膜和多功能膜、無滴PVC棚膜)為主要覆面材料。我國日光溫室投資回收期短，竹木結(jié)構(gòu)的當(dāng)年可收回投資，鋼結(jié)構(gòu)的投資回收期一般為2～4年。我國日光溫室的調(diào)控手段落后于發(fā)達(dá)國家。

日光溫室是四位一體生態(tài)型大棚模式的重要組成部分之一。它的建造是在沼氣池、豬舍及廁所建造的基礎(chǔ)上進行的。所以，沼氣池要先建，豬舍與溫室同步進行。當(dāng)然，若將現(xiàn)有日光溫室改建成“模式”也是可以的，在日光溫室的一端建造沼氣池和豬舍即可。因此，對沼氣池、廁所、豬舍、日光溫室的建造順序也需根據(jù)具體條件靈活掌握。

二  日光溫室的類型

日光溫室通常坐北朝南，東西延長，東、西、北三面筑墻，設(shè)有不透明的后屋面，前屋面用塑料薄膜覆蓋，作為采光屋面。

日光溫室從前屋面的構(gòu)型來看，基本分為一斜一立式和半拱式。由于后坡長短、后墻高矮不同，又可分為長后坡矮后墻溫室、高后墻短后坡溫室、無后坡溫室(俗稱半拉瓢)。從建材上又可分為竹木結(jié)構(gòu)溫室、早強水泥結(jié)構(gòu)溫室、鋼鐵水泥磚石結(jié)構(gòu)溫室、鋼竹混合結(jié)構(gòu)溫室。

決定溫室性能的關(guān)鍵在于采光和保溫，至于采用什么建材主要由經(jīng)濟條件和生產(chǎn)效益決定，比較常用的溫室有一斜一立式溫室和半拱式溫室�！澳Ｊ健比展鉁厥乙话悴捎脦в泻髩昂� 坡的半拱式日光溫室，這種溫室既能充分利用太陽能，又具有較強的棚膜抗摔打能力。因此，溫室結(jié)構(gòu)設(shè)計及建造以半拱式為好。

1  一斜一立式溫室

一斜一立式溫室是由一斜一立式玻璃溫室演變而來的。70年代以來，由于玻璃的短缺，塑料工業(yè)的興起，塑膜代替玻璃覆蓋一斜一立式日光溫室最初在遼寧省瓦房店市發(fā)展起來�，F(xiàn)在已輻射到山東、河北、河南等地區(qū)。

溫室跨度7米左右，脊高3～3.2米，前立窗高80～90厘米，后墻高2.1～2.3米。后屋面水平投影1.2～1.3米。前屋面采光角達(dá)到23°左右。

一斜一立式溫室多數(shù)為竹結(jié)構(gòu)，前屋面每3米設(shè)一橫梁，由立柱支撐。
這種溫室空間較大，弱光帶較小，在北緯40°以南地區(qū)應(yīng)用效果較好。但前屋面壓膜線壓不緊，只能用竹竿或木桿壓膜，既增加造價又遮光。

80年代中期以來，遼寧省瓦房市改進了溫室屋面的結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造了琴弦式日光溫室。前屋面每 3米設(shè)一桁架，桁架用木桿或用25英寸鋼管、用直徑為14毫米鋼筋作下弦，用直徑10毫米鋼筋作拉花。在桁架上按30～40厘米間距，東西拉8號鐵線，鐵線東西兩端固定在山墻外基部，以提高前屋面強度，鐵線上拱架間每隔75厘米固定一道細(xì)竹竿，上面覆蓋薄膜，膜上再壓細(xì)竹竿，與膜下細(xì)竹竿用細(xì)鐵絲捆綁在一起。蓋雙層草苫�？缍�7.0～7.1米，高2.8～3.1米，后墻高1.8～2.3米，用土或石頭壘墻加培土制成，經(jīng)濟條件好的地區(qū)以磚砌墻。近年來溫室壘墻又出現(xiàn)了用使用過的編織袋裝土塊速壘墻的作法。
近兩年來一斜一立式或琴弦式溫室又發(fā)展成前屋面向上拱起，以便更好地壓膜和減輕棚膜的摔打現(xiàn)象。

2  半拱式溫室

半拱式溫室是從一面坡溫室和北京改良溫室演變而來。70年代木材和玻璃短缺，前屋面改松木棱為竹竿、竹片作拱桿，以塑料薄膜代替玻璃，屋面構(gòu)型改一面坡和兩折式為半拱型。溫室跨度多為6～6.5米，脊高2.5～2.8米，后屋面水平投影1.3～1.4米。這種溫室在北緯4℃以上地區(qū)最普遍.

三  日光溫室的結(jié)構(gòu)設(shè)計與建造

1  日光溫室的幾何尺寸

(1)跨度(L)  后墻內(nèi)側(cè)至前屋面骨架基礎(chǔ)內(nèi)側(cè)的距離；

(2)后墻高(h)  基準(zhǔn)地面至后坡與后墻內(nèi)側(cè)交點

(3)溫室高度(H)  基準(zhǔn)地面至屋脊骨架上側(cè)的距離；

(4)后坡仰角(а)  后墻內(nèi)側(cè)斜面與水平面夾角；

(5)溫室長度(M)  兩山墻內(nèi)側(cè)距離；

(6)溫室面積  溫室跨度L與長度M的乘積。

2  日光溫室建筑設(shè)計原則

(1)溫室方位  日光溫室要盡量減少后墻遮蔭。一般應(yīng)座北朝南，但對高緯度(40°以北) 和晨霧大、氣溫低的地區(qū)，冬季日光溫室不能日出即揭簾受光，這樣，方位可適當(dāng)偏西。偏離角應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)鼐暥群徒液煏r間確定，一般不宜大于10°。溫室方位的確定尚應(yīng)考慮當(dāng)?shù)?nbsp;冬季主導(dǎo)風(fēng)向，避免強風(fēng)吹襲前屋面。

(2)溫室間距  間距的確定應(yīng)以前棟不影響后棟采光為前提。丘陵地區(qū)可采用階梯式建造；平原地區(qū)，也應(yīng)使冬至日上午10時陽光能照射到溫室的前沿，即使土地資源非常寶貴的地區(qū)，也應(yīng)保證冬至日中午陽光能照射到溫室前防寒溝。

(3)溫室總體尺寸  主要指剖面尺寸。一般根據(jù)溫室的跨度和高度，組成標(biāo)準(zhǔn)溫室，而后墻高度和后坡仰角應(yīng)根據(jù)操作空間要求和當(dāng)?shù)貧夂驐l件確定。有關(guān)溫室總體尺寸的確定將在后面加以介紹。

為了便于操作，溫室長度不宜大于100米，溫室面積以小于667平方米(1畝)為宜。

3  溫室構(gòu)造

(1)溫室周圍或一側(cè)應(yīng)設(shè)置防寒溝，深度一般應(yīng)為0.5米，寬度宜0.3～0.5米，內(nèi)填保溫材料。保溫材料熱阻應(yīng)接近或達(dá)到后墻熱阻，并應(yīng)保持干燥，防水防潮。防寒溝可設(shè)在溫室內(nèi)、外，但室內(nèi)效果更佳。

(2)冬季以北風(fēng)或偏北風(fēng)為主導(dǎo)風(fēng)向的地區(qū)，溫室北側(cè)應(yīng)設(shè)風(fēng)障。

(3)為了方便操作，溫室前屋面骨架在距溫室前沿0.5米水平距離處的高度不應(yīng)低于0.7米，宜在0.7～0.8米。

(4)為適應(yīng)目前草苫的規(guī)格和便于壓膜線固膜，溫室骨架間距應(yīng)在0.6～1.2米，推薦在0.75～1.0米。

(5)山墻上應(yīng)設(shè)置上人臺階，高于2米的山墻和后墻應(yīng)設(shè)安全防護欄，欄高不低于0.9米。

4  塑膜覆蓋日光溫室結(jié)構(gòu)設(shè)計與建造

(1)塑膜對直射光光線透過率特性  不同投射角射光對塑膜的透過率如圖4.8所示。由圖4.8可知塑膜光線透過率與直射陽光的投射角不呈單調(diào)的線性關(guān)系。當(dāng)投射角在0°～40° 時，直射光的透過率變化不大，能保證透過率大于80%，只有投射角大于45°時，透過率才明顯減小，大于60°時，急劇減小，故直射光線對棚面的投射角在40°以內(nèi)時，即能獲得較好的光線透過效果。

(2)日光溫室斷面形狀  日光溫室斷面尺寸如圖4.9所示。日光溫室跨度L、后墻高h(yuǎn)、后坡仰角а、高度H、南屋面角度а0是決定日光溫室結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)。

(3)南屋面角度а0研究表明，采光總量的多寡與采光屋面形狀無關(guān)，而是由透明屋面最高點到其前棚著地點處的直線與水平地面夾角а0來決定。

(4)棚面形狀  雖然棚面形狀與采光量多寡無關(guān)，但從棚面牢固性出發(fā)，棚面摔打現(xiàn)象與棚面弧度有關(guān)。棚面摔打現(xiàn)象是由棚內(nèi)外空氣氣壓不等造成的。當(dāng)棚外風(fēng)速大時，空氣壓強(靜壓)減小，棚內(nèi)產(chǎn)生舉力，棚膜向外鼓起；但在風(fēng)速變化的瞬間，由于壓膜線的拉力，棚膜又返回棚架，如此反復(fù)，棚膜就反復(fù)摔打。

根據(jù)理論分析可知，對于跨度為5.5米和6.0米的溫室，棚面曲線的合理軸線設(shè)計公式為： 

Yi＝[H/ (L１+0.25)2]×(Xi+0.25)×

［2(L1＋0.25)－(Xi＋0.25)］

式中：Yi為棚面對應(yīng)于Xi的弧線點高；Xi為距溫室南端的水平距離；L1 為日光溫室棚膜在水平方向上的投影寬度。對跨度為6.5米和7.0米的溫室，用下述公式計算：

Yi＝[H/ (L1＋0.30)2]×(Xi＋0.30)×

[2(L1＋0.30)－(Xi＋0.30)]

(5)溫室的高度與跨度  溫室的高度與跨度是密切相關(guān)的。目前“模式”中的溫室設(shè)計普遍是高度矮、跨度增大。它帶來的弊端有許多人已認(rèn)識到了，而在實際做的時候絕大多數(shù)人又把它忽視了。這是人們希望溫室內(nèi)可播種面積越大越好，而導(dǎo)致跨度增大。

(6)溫室的后墻、山墻的建造  日光溫室后墻高度一般為1.8～2.2米，不宜低于1.6米。后墻要距房屋3～4米外，沿著溫室延長方向劃線。后墻、山墻按建筑材料可分為泥垛、磚石兩種。無論是用泥還是用磚，基礎(chǔ)最好是用磚或石頭砌0.5米高，這樣可有效地抗伏雨淋沖水泡，延長溫室的使用壽命。墻體若用磚砌，內(nèi)層磚墻24厘米，中間保溫夾層12厘米，外層磚墻厚12厘米。保溫夾層可填充珍珠巖、爐灰碴等如圖4.10所示，若用泥垛，要用揚腳泥垛，底寬1米、頂寬0.8米。后墻可培土，以便增強保溫效果。

(7)后坡及拱架  后坡與水平面夾角稱后坡仰角，一般а=35°～45°，不宜小于30°,坡長1.7米左右為好。溫室骨架可采用鋼管骨架、氧化鎂骨架及竹木結(jié)構(gòu)骨架。對于竹木結(jié)構(gòu)骨架，拱架采用直徑3～4厘米的竹架或4～5厘米寬的厚竹片制成，竹竿長5米，竹片長6米，間隔 0.8米左右。設(shè)兩排前柱，每3.3米遠(yuǎn)一根，支在懸梁上。懸梁與每個拱架之間安裝約15厘米長的吊柱，把拱架支起固定，這種結(jié)構(gòu)稱為懸梁吊柱。懸梁選8厘米粗、3.5米長的硬雜木。中柱支撐在后坡前部，應(yīng)選用粗10厘米以上、長2.5米以上的硬雜木，每隔3.3米一根，與前柱在一個平面上。后坡第一層是硬雜木搭在中柱與后墻上，稱柁木，數(shù)量同中柱。用材選粗12厘米、長大于2米(比后坡長度長0.4米左右)的。柁木上邊有4道粗10厘米、長度不小于3.5米的檁木，檁子上勒箔，可用玉米秸、秫秸等，箔上邊抹兩遍揚腳泥。抹第二遍時鋪一層廢舊塑料。揚腳泥上放一層蕘，再抹泥或培土，還可鋪整捆玉米秸、稻草等，總厚度達(dá)0.6 米以上。

(8)棚膜的選用  東北地區(qū)應(yīng)用的棚膜主要有聚氯乙烯膜(占4/5)、聚乙烯膜(占1/5) 。聚氯乙烯膜幾乎全是無滴膜。

四  日光溫室的熱工設(shè)計

日光溫室的保溫與采光占有同樣的地位，是日光溫室成敗的關(guān)鍵因素之一。目前對日光溫室的傳熱機理研究尚不成熟，各地建造日光溫室的用材也很不規(guī)范.
圍護結(jié)構(gòu)熱阻按R＝δ/λ計算。其中R為熱阻   (米2·℃/瓦)；δ為材料層厚度(米)；λ—材料導(dǎo)熱系數(shù)(瓦/米·℃)。對于多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，其總熱阻為各層熱阻之和。

五  日光溫室地下熱交換土壤蓄熱系統(tǒng)的設(shè)計

溫室的設(shè)計要求充分利用太陽能。在溫室中，在冬季，特別在晚秋或早春季節(jié)有時白天室內(nèi) 氣溫超過栽培合適溫度時，為了不使室內(nèi)氣溫過高，一般采用白天向室外放氣的方法來排除室內(nèi)的多余熱量以降低室溫，地下熱交換土壤蓄熱系統(tǒng)就是要把白天多余的熱量通過埋設(shè)在溫室地下的管道循環(huán)貯存在土壤中，在夜間再作為熱源向室內(nèi)放熱，把土壤作為蓄、放熱源的一種方法。

1  地下熱交換土壤蓄熱系統(tǒng)的工作原理

日光溫室地下熱交換土壤蓄熱系統(tǒng)工作原理就是利用風(fēng)機把太陽輻射產(chǎn)生的棚內(nèi)熱空氣，通過地下管道送入地下，在熱空氣通過地下時，由于土壤溫度低，就在地下產(chǎn)生熱量的交換，土壤吸收一部分熱空氣中的熱量，土壤溫度提高，將多余熱量貯存起來。氣溫與地下土壤溫度差越大則吸收的熱量就越多，當(dāng)氣溫與土壤溫度相等時，就不會產(chǎn)生熱交換，就不能起到貯存熱量的作用。

2  地下熱交換土壤蓄熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

地下熱交換土壤蓄熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由六部分組成：風(fēng)機；地下熱交換管道；出口；貯氣槽；地下隔熱層；自動控制裝置。地下熱交換管道沿溫室橫向(即東西方向)鋪設(shè)，距東墻內(nèi)側(cè)0.3米處砌有貯氣槽，貯氣槽兩側(cè)接近底部均勻開孔與地下熱交換管道相通，貯氣槽上部開口蓋以木板，中間開孔放置風(fēng)機。

3  地下熱交換土壤蓄熱系統(tǒng)主要參數(shù)的確定

主要參數(shù)包括管道材料與形狀，地下管道長度l，管道埋設(shè)深度(即管道中心至地表面距離)h，相鄰兩管道水平間距b，管道內(nèi)表面積Ap，貯氣槽的尺寸，隔熱層埋設(shè)深度H和風(fēng)機選擇等。在實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體溫室條件，適當(dāng)?shù)剡x擇地下熱交換土壤蓄熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

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