周長(zhǎng)吉，高賀昌，李 艷，張 柏，李曉明（.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 005；.北京華美沃龍農(nóng)業(yè)科技有限公司，北京 0005）

隨著國(guó)家對(duì)耕地用途管理的要求越來(lái)越嚴(yán)格，對(duì)土地破壞比較嚴(yán)重的傳統(tǒng)土墻或磚墻結(jié)構(gòu)日光溫室在基本農(nóng)田，甚至在一般農(nóng)田上建設(shè)的難度越來(lái)越大。為此，行業(yè)內(nèi)已經(jīng)開(kāi)啟了對(duì)日光溫室墻體的革命，其中墻體占地面積小的輕型組裝結(jié)構(gòu)日光溫室是一個(gè)發(fā)展方向。組裝結(jié)構(gòu)日光溫室墻體圍護(hù)采用輕質(zhì)柔性或剛性保溫材料，墻體厚度大多可控制在10～30 cm，與機(jī)打土墻結(jié)構(gòu)日光溫室（墻體厚度在5～7 m）相比，墻體厚度僅是其1/70～1/15，與最薄的外貼保溫板的磚墻結(jié)構(gòu)日光溫室（墻體厚度在50 cm左右）相比，墻體厚度也僅是其1/5～3/5。這種結(jié)構(gòu)不僅可顯著減少溫室墻體建設(shè)的占地面積，而且建筑材料為工業(yè)化產(chǎn)品，標(biāo)準(zhǔn)化水平高、建設(shè)施工速度快。

目前在生產(chǎn)中研究和推廣的組裝結(jié)構(gòu)日光溫室使用的墻體保溫圍護(hù)材料主要有剛性的EPS空心模塊[1-2]、彩鋼板、擠塑板等和柔性的草苫[3]、噴膠棉[4]、滌棉[5]、紡織工業(yè)下腳料制成的針刺保溫被[6]等。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，單純采用保溫隔熱材料做墻體圍護(hù)材料的日光溫室雖然具有良好的保溫隔熱性能，但失去了墻體的儲(chǔ)放熱功能，很多地區(qū)溫室室內(nèi)溫度難以達(dá)到果菜安全生產(chǎn)的要求。此外，很多柔性保溫材料難以解決吸水吸潮的問(wèn)題，亦導(dǎo)致自身保溫性能逐年下降。為此，進(jìn)一步的深入研究是在保溫墻體組裝結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增設(shè)主動(dòng)儲(chǔ)放熱設(shè)備，比較成功的案例是在溫室后墻張掛水膜板[7]和擺放水箱[8]。前者采用循環(huán)水白天將儲(chǔ)水池中的水通過(guò)水泵提送到張掛在溫室后墻內(nèi)表面的水膜板中（此時(shí)的水膜板為吸熱板），吸收墻面太陽(yáng)輻射和室內(nèi)空氣對(duì)流傳熱熱量后回流到儲(chǔ)水池，從而提高儲(chǔ)水池中的水溫；夜間溫室需要補(bǔ)溫時(shí)再將儲(chǔ)水池中的熱水重新提送到溫室墻面上的水膜板（此時(shí)的水膜板為散熱板）向溫室內(nèi)散熱，提高溫室室內(nèi)空氣溫度。儲(chǔ)水池為保溫水池，一般設(shè)置在室內(nèi)地面以下，一是不占用溫室生產(chǎn)用地；二是可依靠溫室土壤穩(wěn)定且較高的溫度場(chǎng)，減少儲(chǔ)水池的熱損失。后者則是用厚度20～30 cm充滿水的黑色塑料水桶內(nèi)貼支撐在溫室后墻形成“水墻”，如土墻或磚墻一樣，水桶中的水被動(dòng)儲(chǔ)放熱。水體不循環(huán)，可減小水循環(huán)設(shè)備的投資和運(yùn)行費(fèi)用，但這種方式被動(dòng)儲(chǔ)放熱不能自主控制室內(nèi)溫度的劣勢(shì)也顯而易見(jiàn)。

采用柔性保溫被做墻體保溫圍護(hù)材料，施工速度快、維修更換方便，但大部分材料使用壽命短，幅與幅之間的連接有的采用搭接，有的采用縫合，接縫處的防水和密封問(wèn)題經(jīng)常是延長(zhǎng)材料使用壽命、提高溫室保溫性能的“短板”，為此，找到一種使用壽命長(zhǎng)的保溫被材料及其拼接嚴(yán)密的密封方式一直是當(dāng)前行業(yè)內(nèi)探索的一個(gè)焦點(diǎn)問(wèn)題。

北京華美沃龍農(nóng)業(yè)科技有限公司（由北京臥龍農(nóng)林科技有限公司和華美節(jié)能科技集團(tuán)投資創(chuàng)辦，以下簡(jiǎn)稱(chēng)“華美沃龍”）長(zhǎng)期以來(lái)一直致力于柔性保溫被材料及其安裝方式的研究和推廣，發(fā)明了用改性橡塑板為保溫芯材、抗老化PE膜為保護(hù)面層的輕質(zhì)全閉孔發(fā)泡自防水保溫被[9]，幅與幅之間的連接采用橡塑保溫芯材膠粘對(duì)接、PE膜面層搭接現(xiàn)場(chǎng)熱合方式，使覆蓋溫室的全部保溫被可形成一個(gè)整幅，完全消除了傳統(tǒng)保溫被幅與幅之間難以搭接嚴(yán)密、縫隙易漏風(fēng)的問(wèn)題，而且外觀平整、光滑，不論對(duì)風(fēng)力的氣流還是雨雪的水流都不會(huì)形成任何那怕是局部的阻擋，不僅使用壽命長(zhǎng)（廠家保證10年以上使用壽命），而且防水防潮、防風(fēng)密封性能好，保溫隔熱能力強(qiáng)，是目前行業(yè)內(nèi)一種保溫、防水、耐老化性能非常優(yōu)異的保溫被材料。

為配合這種保溫被的推廣和應(yīng)用，華美沃龍結(jié)合行業(yè)組裝式日光溫室發(fā)展的要求，研究開(kāi)發(fā)了一套以橡塑保溫被為柔性保溫材料的組裝結(jié)構(gòu)日光溫室[10]，并配套發(fā)明了墻面和土壤兩組主動(dòng)儲(chǔ)放熱系統(tǒng)[11]，形成了一套完整的柔性保溫材料圍護(hù)、具有主動(dòng)儲(chǔ)放熱功能的輕型組裝結(jié)構(gòu)日光溫室。該溫室在北京、內(nèi)蒙古、寧夏、新疆、河北等地推廣，能夠在最冷季節(jié)使溫室室內(nèi)外溫差達(dá)到38℃以上、根系土壤溫度保持在17℃以上。其熱工性能達(dá)到了目前國(guó)內(nèi)同類(lèi)技術(shù)的領(lǐng)先水平，為國(guó)內(nèi)日光溫室技術(shù)的發(fā)展和推廣增添了一種高性能的“家族成員”。此外，該溫室在一些細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)中也有多處創(chuàng)新。本文就該溫室的結(jié)構(gòu)、保溫及儲(chǔ)放熱設(shè)備及其性能做一系統(tǒng)介紹，供業(yè)界同仁們研究和推廣。

溫室建筑結(jié)構(gòu)

溫室建筑

溫室總體尺寸順應(yīng)當(dāng)前日光溫室向大型化發(fā)展的潮流，采用跨度12 m，脊高5.5 m，后墻高4.0 m，后屋面投影寬度2.0 m。單棟溫室長(zhǎng)度以100 m為單元，軸線面積為1200 m2，可根據(jù)溫室建設(shè)地的用地條件和溫室建設(shè)者的投資能力改變溫室長(zhǎng)度和面積。

為了提高溫室前部的操作空間，將傳統(tǒng)的距離溫室前沿0.5 m處的拱架高度由1.0 m[11]提高到了2.2 m。溫室內(nèi)無(wú)立柱，更便于機(jī)械化作業(yè)和室內(nèi)種植布局（圖1a）。此外，為便于溫室運(yùn)行期間作業(yè)機(jī)具以及溫室施工期間設(shè)備和材料進(jìn)入溫室，設(shè)計(jì)在溫室山墻上專(zhuān)門(mén)開(kāi)設(shè)了機(jī)具進(jìn)出的大門(mén)（圖1b），溫室日常管理期間該門(mén)常閉，只有在大型機(jī)具和材料進(jìn)出溫室時(shí)才打開(kāi)使用。這種做法解決了溫室作業(yè)機(jī)具從前屋面進(jìn)出溫室需要打斷溫室拱架可能會(huì)削弱溫室結(jié)構(gòu)承載能力的問(wèn)題，而且大門(mén)門(mén)洞開(kāi)設(shè)大小不受屋面拱架間距的限制，機(jī)具從山墻出入溫室也避免了過(guò)多的轉(zhuǎn)彎路徑，較門(mén)斗上開(kāi)設(shè)機(jī)具進(jìn)出門(mén)工程量小，運(yùn)行管理方便。

溫室外圍護(hù)全部采用柔性保溫被覆蓋（圖1b、圖1c），保溫被材料采用華美沃龍開(kāi)發(fā)的改性橡塑保溫被材料，其導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)到 0.032 W/（m·K），外表面采用白色紅外線反光膜，可有效降低材料的輻射散熱，而且表面光滑、美觀，使用壽命長(zhǎng)久。溫室門(mén)斗在建筑尺寸上和傳統(tǒng)日光溫室相同，但門(mén)斗結(jié)構(gòu)和圍護(hù)與新型溫室一樣，采用組裝式輕鋼結(jié)構(gòu)和相同的保溫被圍護(hù)（圖1b）。

圖1 溫室建筑

溫室結(jié)構(gòu)

溫室結(jié)構(gòu)采用完全組裝結(jié)構(gòu)（圖2a），前屋面和后屋面拱架采用單管拱架，可用閉口截面的橢圓管或開(kāi)口截面的外卷邊C形鋼，在前屋面和后屋面之間設(shè)有屋脊拉桿（圖2b）。溫室前屋面設(shè)6道縱向系桿，后屋面設(shè)2道縱向系桿，此外在溫室的縱向方向還設(shè)有屋脊梁和柱頂梁，在溫室后墻立柱上還設(shè)有2道縱向系桿。溫室的后墻和山墻采用雙立柱格構(gòu)結(jié)構(gòu)（圖2c），立柱和腹桿均采用方管，結(jié)構(gòu)承載能力強(qiáng)，更有利于抗風(fēng)。

圖2 溫室結(jié)構(gòu)

所有結(jié)構(gòu)材料均采用熱浸鍍鋅管材，其中山墻和后墻格構(gòu)柱可采用工廠焊接后整體熱浸鍍鋅，也可采用鍍鋅鋼管現(xiàn)場(chǎng)焊接并剔除焊渣后現(xiàn)場(chǎng)噴鋅或涂刷防銹漆進(jìn)行表面防護(hù)，顯然前者的整體防腐效果更好，結(jié)構(gòu)使用壽命也更長(zhǎng)，但加工、運(yùn)輸成本高，而后者則現(xiàn)場(chǎng)安裝工作量大，焊接和防腐質(zhì)量不能有效保證。

結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)

溫室結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)主要包括屋面拱桿與基礎(chǔ)的連接、屋面拱桿與縱向系桿之間的連接以及屋面拱桿與屋脊拉桿的連接等。這些連接節(jié)點(diǎn)因拱桿的用材不同而有差異，一般輕型組裝結(jié)構(gòu)日光溫室拱桿多用橢圓管和外卷邊C形鋼。

對(duì)于橢圓管拱桿，拱桿與基礎(chǔ)的連接一般采用連接板連接，即用角鐵連接板通過(guò)自攻自鉆螺絲將屋面拱桿與基礎(chǔ)頂面的地梁連接在一起，地梁臥鋪固定在基礎(chǔ)上即可（圖3a）；與圓管縱向系桿之間的連接多采用銷(xiāo)栓連接，即在拱桿上用自攻自鉆螺釘固定銷(xiāo)座，將縱向系桿插入銷(xiāo)座孔口后用鍵銷(xiāo)扣緊系桿（圖3b）；與屋脊拉桿之間的連接基本采用抱箍連接，即用抱箍環(huán)抱拱桿后，將屋脊拉桿的端頭壓扁插入抱箍的開(kāi)口“鴨嘴”中，用螺栓連接抱箍和屋脊拉桿即可（圖3c）。

圖3 橢圓管拱桿連接節(jié)點(diǎn)

對(duì)于外卷邊C形鋼拱桿，與基礎(chǔ)的連接多采用內(nèi)插管的連接方式，即在基礎(chǔ)上預(yù)埋一根截面外形尺寸與外卷邊C形鋼內(nèi)徑尺寸相匹配的矩形管，將外卷邊C形鋼拱桿外套在矩形預(yù)埋管上，從C形鋼的兩側(cè)壁開(kāi)孔穿螺栓將C形鋼與矩形預(yù)埋管連接在一起（圖4a）；與縱向系桿的連接，由于縱向系桿多選配外卷邊或內(nèi)卷邊C形鋼，所以可直接用螺栓或自攻自鉆螺絲將縱向系桿固定在外卷邊C形鋼拱桿的翼緣上（圖4b）；拱架與屋脊拉桿的連接可采用將拉桿插入外卷邊C形鋼拱桿內(nèi)腔的做法，在C形鋼的兩側(cè)翼開(kāi)孔，通過(guò)螺栓將二者連接在一起（圖4c）。

圖4 C形鋼拱桿連接節(jié)點(diǎn)

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

溫室的基礎(chǔ)分為兩種：一種是拱桿與基礎(chǔ)一一對(duì)應(yīng)；另一種是獨(dú)立基礎(chǔ)上設(shè)縱向地梁，拱桿連接在縱向地梁上。拱桿與基礎(chǔ)一一對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)一般為每個(gè)拱桿下設(shè)獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)多用200 mm×200 mm方形截面或ф200 mm圓形截面鋼筋混凝土材料，基礎(chǔ)埋深視溫室建設(shè)地點(diǎn)的最大凍土層深度和地基持力層位置，一般應(yīng)將基礎(chǔ)坐落在持力層的老土上，且不小于最大凍土層深度。這種基礎(chǔ)施工對(duì)土地的破壞最小，可在基礎(chǔ)位置鉆孔，然后在鉆孔內(nèi)澆筑鋼筋混凝土基礎(chǔ)，施工不需要模板，施工土方量小，是組裝結(jié)構(gòu)日光溫室適應(yīng)土地管理政策最好的工程措施之一。

對(duì)于拱桿安裝在地梁上的基礎(chǔ)，基礎(chǔ)一般也采用獨(dú)立基礎(chǔ)，但基礎(chǔ)之間的間距可拉大到1.5～3 m，相應(yīng)基礎(chǔ)的截面加大，多在（300 mm×300 mm）～（500 mm×500 mm）?；A(chǔ)表面預(yù)埋件上焊接短柱，短柱頂面焊接地梁，地梁上按照拱桿的間距和布置位置焊接拱桿連接插管，拱桿連接在插管上（圖5）。在基礎(chǔ)與拱桿結(jié)構(gòu)安裝完成后或者基礎(chǔ)與拱架地梁施工完成后，在相鄰基礎(chǔ)之間安裝保溫板，保溫板用硬質(zhì)再生橡塑材料，厚度在100～200 mm，埋深達(dá)到基礎(chǔ)底面，上部與拱桿地梁下表面齊平。實(shí)踐中，基礎(chǔ)頂面的地梁也可以用鋼筋混凝土圈梁替代，圈梁的截面尺寸一般不小于200 mm×200 mm，在圈梁上埋預(yù)埋件焊接鋼管地梁或直接焊接連接屋面拱桿的短柱。由于基礎(chǔ)截面加大，施工時(shí)需要開(kāi)挖基礎(chǔ)基坑，對(duì)土地的破壞較上述與拱架一一對(duì)應(yīng)基礎(chǔ)嚴(yán)重，對(duì)土地破壞要求嚴(yán)格的地區(qū)可能不太適合。

圖5 拱桿連接地梁的基礎(chǔ)做法

保溫系統(tǒng)

日光溫室的保溫系統(tǒng)由固定保溫和活動(dòng)保溫兩部分組成。固定保溫就是用柔性保溫被對(duì)溫室墻面（包括后墻和山墻）和后屋面的固定圍護(hù)和保溫。活動(dòng)保溫是對(duì)前屋面的夜間覆蓋保溫，在卷簾機(jī)的驅(qū)動(dòng)下白天卷起、夜間展開(kāi)，故稱(chēng)為活動(dòng)保溫。除了基本的墻面和屋面圍護(hù)保溫外，華美沃龍公司還根據(jù)傳統(tǒng)日光溫室南側(cè)地溫低、作物生產(chǎn)邊際效應(yīng)顯著的特征專(zhuān)門(mén)增設(shè)了南側(cè)基礎(chǔ)的保溫。

固定保溫在溫室結(jié)構(gòu)上的安裝

由于溫室采用了柔性保溫被覆蓋的組裝結(jié)構(gòu)形式，溫室除了采光前屋面外，其他所有的外圍護(hù)面，包括溫室后屋面、后墻、山墻以及門(mén)斗屋面和圍護(hù)墻，都是柔性保溫被固定覆蓋。固定保溫被在溫室結(jié)構(gòu)上的安裝步驟，首先是在平地上把單幅的保溫被拼接后將其通過(guò)搭接裙邊熱合成多幅一體的大幅寬保溫被（連接保溫被幅數(shù)的多少根據(jù)施工場(chǎng)地大小和溫室長(zhǎng)度確定）。

其次是將拼接的大幅寬保溫被覆蓋在溫室墻面和屋面骨架的外表面。溫室后墻和后屋面保溫被為一張整幅被，其上邊通過(guò)卡槽壓緊后用自攻自鉆釘固定在溫室拱架的屋脊梁上（圖6a），整幅被覆蓋溫室后屋面和后墻后將其下邊延伸到溫室基礎(chǔ)頂面。溫室兩側(cè)山墻以及門(mén)斗各平面分別為一張整幅被（門(mén)斗的屋面和后墻可為一幅被），從墻面頂部用卡槽固定后自然下垂一直延伸到基礎(chǔ)頂面。將各表面覆蓋的保溫被拉緊整平后再用間隔一定距離水平布置的卡槽從外側(cè)壓緊，通過(guò)自攻自鉆螺釘將其固定在溫室骨架上。根據(jù)溫室的高度不同，溫室墻面上可設(shè)置2～3道水平卡槽（圖6b、圖6c）。垂落到地面以下部分的保溫被可用基礎(chǔ)回填土填埋、壓實(shí)。

圖6 固定保溫被的安裝

第三，是在全部表面固定保溫被安裝并熱合接縫后，再在保溫被外表面整體鋪設(shè)一層防水、耐老化保護(hù)膜（圖6b、圖6c）。覆蓋這層保護(hù)層不僅可保護(hù)保溫被延長(zhǎng)其使用壽命，而且表面光滑、防水、導(dǎo)流，外觀也整潔美觀。溫室墻面和后屋面固定保溫被的厚度一般為6 cm，寒冷地區(qū)可采用9 cm。門(mén)斗由于對(duì)保溫要求不高，保溫層的厚度可選用3 cm，最多不超過(guò)6 cm。

活動(dòng)保溫被及其防護(hù)設(shè)施

活動(dòng)保溫被是用于溫室夜間覆蓋保溫，白天卷起溫室采光的保溫材料。卷簾機(jī)采用了常規(guī)的中卷式二連桿卷簾機(jī)，保溫被仍然使用與溫室后屋面和墻體固定保溫被相同材料的橡塑保溫芯熱合多層共擠防老化聚乙烯薄膜的新型保溫材料。為了保證卷簾機(jī)的安全運(yùn)行以及保溫被的嚴(yán)密密封，華美沃龍的設(shè)計(jì)者附加了卷簾機(jī)防過(guò)卷?yè)鯒U、觸碰式限位器、山墻防風(fēng)擋板以及保溫被活動(dòng)邊固定密封帶，這些措施的使用有效保證了溫室活動(dòng)保溫被的安全運(yùn)行和溫室的保溫性能。

卷簾機(jī)防過(guò)卷?yè)鯒U

卷簾機(jī)防過(guò)卷?yè)鯒U就是沿溫室長(zhǎng)度方向間隔一定距離安裝在溫室屋脊部位的豎直立桿。其作用是當(dāng)卷簾機(jī)運(yùn)行到溫室屋脊位置后控制限位的開(kāi)關(guān)損壞或發(fā)生故障失效后阻擋卷簾機(jī)使其停止前進(jìn)。增設(shè)這一設(shè)施，可有效避免卷簾機(jī)控制失效后保溫被卷過(guò)屋脊，甚至卷出溫室后屋面等事故的發(fā)生，不僅可以保證卷簾機(jī)的有效運(yùn)行，而且也可以保證溫室保溫的可靠和有效性。

卷簾機(jī)防過(guò)卷?yè)鯒U采用與溫室拱架相同規(guī)格的橢圓管材料，其下部穿過(guò)屋脊焊接固定在溫室屋面拱桿和屋脊拉桿上（圖7a），上端則豎直直立在溫室的屋脊上（圖7b）。擋桿的間距一般控制在10 m之內(nèi)。

圖7 防過(guò)卷?yè)鯒U

防風(fēng)護(hù)板

對(duì)于輕質(zhì)保溫被，防風(fēng)是保證溫室前屋面活動(dòng)保溫被安全覆蓋的一項(xiàng)基本要求。我國(guó)北方地區(qū)冬季大部地區(qū)以西北風(fēng)為主導(dǎo)風(fēng)向，因此，在風(fēng)荷載作用下日光溫室的采光屋面基本承受負(fù)壓作用，也就是說(shuō)保溫被覆蓋后可能會(huì)被風(fēng)從溫室屋面“吸起”。防止屋面保溫被被“吸起”的措施一般采用壓被繩，即在保溫被展開(kāi)后在其外表面鋪壓麻繩或扁帶，其上端固定在溫室屋脊或是后屋面、后墻，下端則在保溫被展開(kāi)后固定在溫室前底腳基礎(chǔ)或散水的預(yù)埋勾（環(huán)）上。早上需要卷起保溫被時(shí)，人工手動(dòng)解開(kāi)繩索，解除對(duì)保溫被的緊壓，保溫被在卷簾機(jī)的驅(qū)動(dòng)下可自由卷起。壓被繩一般安裝在溫室兩側(cè)山墻頂面，在壓緊保溫被的同時(shí)還可防止從山墻側(cè)向來(lái)風(fēng)從保溫被的底部吹入保溫被與屋面塑料薄膜之間，從而避免保溫被雙面承受風(fēng)荷載的危險(xiǎn)和冷風(fēng)直接吹襲屋面塑料薄膜增大溫室屋面散熱的風(fēng)險(xiǎn)。

用壓被繩壓緊和固定保溫被的措施投資少、固被效果好，但鎖緊和放松壓被繩需要人工作業(yè)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)卷簾機(jī)的自動(dòng)控制，對(duì)于組裝結(jié)構(gòu)日光溫室，實(shí)際上在屋脊、后屋面或后墻上固定壓被繩也比較困難。為了解決卷簾機(jī)自動(dòng)控制的問(wèn)題，華美沃龍公司徹底摒棄了壓被繩固被的做法，在溫室兩側(cè)山墻上加裝了防風(fēng)護(hù)板（圖8）。該護(hù)板為一弧形平面板，沿溫室山墻頂面弧線設(shè)置，護(hù)板高度與保溫被卷起時(shí)的被卷直徑一致，護(hù)板采用鋼架支撐，用保溫被和塑料薄膜等不透風(fēng)柔性材料圍護(hù)形成實(shí)體擋板。從山墻側(cè)來(lái)風(fēng)在擋板的導(dǎo)流作用下，氣流將在擋板的內(nèi)側(cè)形成渦流，即貼近保溫被面層的位置氣流向溫室山墻外旋轉(zhuǎn)，正好形成對(duì)保溫被的活動(dòng)邊壓緊的效果，從直觀的效果看，由于擋板的阻擋，山墻側(cè)來(lái)風(fēng)實(shí)際上也難以進(jìn)入保溫被與塑料薄膜之間的間層。這種措施在大風(fēng)地區(qū)效果尤其顯著，更適合于自動(dòng)化控制的卷簾機(jī)運(yùn)行和管理。

圖8 防風(fēng)護(hù)板

保溫被的搭接密封

密封嚴(yán)密是保溫的基礎(chǔ)。對(duì)于中卷式卷簾機(jī)卷被系統(tǒng)，在卷簾機(jī)所在位置溫室的中部，由于卷簾機(jī)兩側(cè)為兩幅獨(dú)立的保溫被，為保證兩幅保溫被之間的密封，一般在卷簾機(jī)運(yùn)行軌跡的下方要鋪設(shè)一幅固定幅保溫被（圖9a）。卷簾機(jī)兩側(cè)保溫被展開(kāi)時(shí)，該固定幅保溫被正好彌補(bǔ)了相鄰兩幅保溫被之間的空隙，由此，使卷簾機(jī)兩側(cè)的保溫被得到嚴(yán)密密封。

保溫被的活動(dòng)邊除了靠近卷簾機(jī)一側(cè)外，還有遠(yuǎn)離卷簾機(jī)的遠(yuǎn)端邊。對(duì)遠(yuǎn)端邊的密封，實(shí)踐中也采用與卷簾機(jī)所在位置一樣的處理方式，在靠近山墻的一個(gè)開(kāi)間屋面鋪設(shè)一幅固定保溫被（圖9b、圖9c），當(dāng)活動(dòng)保溫被夜間展開(kāi)保溫時(shí)，正好搭接覆蓋在此固定保溫被上，形成對(duì)活動(dòng)保溫被遠(yuǎn)端側(cè)的密封。由此，形成了一個(gè)完整的前屋面活動(dòng)保溫被密封保溫系統(tǒng)。

圖9 溫室前屋面活動(dòng)保溫被密封措施

值得說(shuō)明的是，該設(shè)計(jì)的山墻側(cè)固定保溫被是安裝在透光塑料薄膜之下的（圖9b）。這種設(shè)計(jì)，一是為了保護(hù)保溫被不受室外風(fēng)雨雪的影響，保證保溫被的保溫性能和使用壽命；二是不影響溫室采光面底腳卷膜器的卷放；三是不影響后續(xù)棚膜更換。施工安裝中應(yīng)高度重視這種細(xì)節(jié)構(gòu)造。

此外，用于活動(dòng)保溫被密封的固定保溫被白天如果不能卷起會(huì)在溫室內(nèi)形成一個(gè)陰影帶，影響溫室作物的采光。所以，很多卷簾機(jī)還針對(duì)溫室中部固定保溫被附加設(shè)置了一套密封保溫被隨卷簾機(jī)卷放的繩卷系統(tǒng)，白天固定保溫被可隨活動(dòng)保溫被一起卷起，夜間隨保溫被一起展開(kāi)，從而既保證了溫室白天的采光，也保證了溫室夜間的保溫。在今后的溫室保溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)積極采用。

基礎(chǔ)保溫

傳統(tǒng)的日光溫室前屋面底腳的基礎(chǔ)基本不做保溫。研究和生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，對(duì)于不做基礎(chǔ)保溫的日光溫室，其南部地溫較中后部明顯偏低，而且隨室外氣溫變化呈周期變化。這種地溫變化的邊際效應(yīng)隨溫室跨度減少影響面積增大。邊際效應(yīng)的影響范圍一般在距離前底腳2～5m范圍，對(duì)溫室內(nèi)生產(chǎn)作物的產(chǎn)量和商品性都有極大的影響。

為了盡量減少這種邊際效應(yīng)對(duì)溫室作物生產(chǎn)帶來(lái)的負(fù)面影響，華美沃龍公司在溫室基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中增設(shè)了溫室基礎(chǔ)保溫（圖5b），即在溫室拱架的獨(dú)立基礎(chǔ)之間設(shè)置了8 cm厚的硬質(zhì)再生橡塑保溫板，保溫板的深度與基礎(chǔ)埋深齊平，一般在地表以下50～80 cm。

通風(fēng)系統(tǒng)

溫室通風(fēng)采用了傳統(tǒng)的屋脊通風(fēng)和前屋面底腳通風(fēng)相結(jié)合的通風(fēng)方式，通風(fēng)口的啟閉采用電動(dòng)卷膜器卷膜通風(fēng)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制（圖10a）。為防止屋脊通風(fēng)口處積水形成水兜，在屋脊通風(fēng)口塑料薄膜下設(shè)置了防兜水的支撐鋼絲網(wǎng)；為防止害蟲(chóng)進(jìn)入溫室，在溫室的兩個(gè)通風(fēng)口均安裝了相應(yīng)目數(shù)的防蟲(chóng)網(wǎng)，這些都是傳統(tǒng)的設(shè)備配置。所不同的是由于在溫室的山墻上設(shè)計(jì)了防止保溫被被風(fēng)卷起的防風(fēng)擋，該防風(fēng)擋高出溫室屋面50 cm以上，給安裝在溫室屋面上的卷膜軸的運(yùn)行形成了障礙。為此，設(shè)計(jì)者在溫室屋脊通風(fēng)口卷膜軸行程范圍內(nèi)的防風(fēng)擋上開(kāi)設(shè)了一個(gè)狹長(zhǎng)孔口（圖10b），而在前屋面底腳通風(fēng)口卷膜軸行程范圍內(nèi)直接切斷了防風(fēng)擋（圖10c），從而保證了溫室上下通風(fēng)口啟閉的順暢，而且防風(fēng)擋上部窄小的風(fēng)口進(jìn)風(fēng)量很小，下部近地面風(fēng)力較小防風(fēng)擋局部截?cái)嘁膊粫?huì)給保溫被形成太大風(fēng)壓，因此，這種設(shè)計(jì)兼顧了卷膜器啟閉和保溫被防風(fēng)，是該特定條件下的一種恰當(dāng)選擇。

圖10 溫室通風(fēng)系統(tǒng)

溫室主動(dòng)儲(chǔ)放熱系統(tǒng)

該溫室的主動(dòng)儲(chǔ)放熱系統(tǒng)包括安裝在溫室后墻表面的水循環(huán)儲(chǔ)放熱系統(tǒng)和安裝在地面土壤中的空氣循環(huán)儲(chǔ)放熱系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)均為華美沃龍公司專(zhuān)利技術(shù)[12]。

水循環(huán)后墻儲(chǔ)放熱系統(tǒng)

水循環(huán)后墻儲(chǔ)放熱系統(tǒng)由供水主管、水分配管、水袋、回水支管、集水槽以及補(bǔ)水和給水水泵等組成。其中滿鋪在溫室后墻的水袋是華美臥龍的專(zhuān)利產(chǎn)品[12]。該水袋為三層結(jié)構(gòu)，內(nèi)外兩側(cè)為黑色聚乙烯薄膜，中間為抗菌吸水無(wú)紡布。水袋外形為三邊封口、一邊敞口的長(zhǎng)方形平面結(jié)構(gòu)，每個(gè)水袋的長(zhǎng)度比溫室后墻高度短50 cm，寬度比溫室后墻立柱間距小5 cm左右。安裝時(shí)，每相鄰兩個(gè)溫室后墻立柱之間鋪設(shè)一個(gè)水袋，上部開(kāi)口邊纏繞供水管并吊掛其上，然后自由垂落緊貼溫室后墻垂掛在溫室后墻立柱間，并用后墻立柱的縱向系桿限制其向外的自由運(yùn)動(dòng)空間（圖11a）。每個(gè)水袋的底部接回水支管（圖11b），將水袋白天吸熱后的熱水集中匯流到集水槽中。

集水槽沿溫室后墻長(zhǎng)度方向設(shè)置。對(duì)于雙立柱的格構(gòu)結(jié)構(gòu)承重后墻，可將集水槽設(shè)置在雙立柱之間（圖11c），這樣完全不占用溫室室內(nèi)地面空間；對(duì)于單立柱結(jié)構(gòu)后墻，集水槽可設(shè)置在緊靠溫室后墻立柱的溫室走道下，也基本不影響溫室內(nèi)的生產(chǎn)和作業(yè)空間。集水槽由40 mm×40 mm×3.5 mm角鋼做支撐骨架，外貼60 mm厚硬質(zhì)再生橡塑保溫層，內(nèi)襯20 mm厚墻體保溫用柔性卷材，可有效保證集水槽的保溫。在集水槽的內(nèi)表面整體鋪設(shè)一層0.3 mm厚的塑料薄膜，可有效保證集水槽的防水，避免滲漏。集水槽有效截面尺寸以500 mm×500 mm為宜。

圖11 溫室后墻水循環(huán)儲(chǔ)放熱系統(tǒng)

集水槽內(nèi)設(shè)潛水水泵，通過(guò)供水主管將集水槽內(nèi)儲(chǔ)水輸送到纏繞和吊掛水袋的給水支管中。給水支管上間隔10 cm開(kāi)設(shè)向下噴水的噴水孔，噴水孔孔徑宜控制在ф1～2 mm。從供水支管?chē)娝讎姵龅乃髦苯訃娚湓谒鼉?nèi)層的無(wú)紡布上，通過(guò)無(wú)紡布水流逐步下滲并最終匯集到水袋下部的回水支管，再匯集到集水槽中形成一個(gè)完整的水循環(huán)系統(tǒng)。內(nèi)層無(wú)紡布的設(shè)置緩沖了水流，減少了袋內(nèi)水流對(duì)外層膜的壓力，這一點(diǎn)是區(qū)別于其他后墻儲(chǔ)放熱水袋的關(guān)鍵核心。

集水槽內(nèi)設(shè)置浮球閥控制水位，當(dāng)由于水分蒸發(fā)或滲漏集水槽內(nèi)水位低于設(shè)定水位時(shí)，從外界補(bǔ)水，補(bǔ)水達(dá)到設(shè)定最高水位后停止補(bǔ)水。此外，與固定式水箱儲(chǔ)熱不同，該套系統(tǒng)在早晨卷起保溫被后，水泵不啟動(dòng)，水袋表面產(chǎn)生的熱量可迅速釋放到室內(nèi)，提升室內(nèi)氣溫，當(dāng)室溫達(dá)到一定設(shè)定值后水泵才會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，進(jìn)行熱交換。當(dāng)夜間室內(nèi)氣溫低于設(shè)定的警戒值時(shí)，水泵自動(dòng)啟動(dòng)，保溫水槽內(nèi)的溫水再次流經(jīng)吊掛水袋，向室內(nèi)散熱。

集水槽內(nèi)的熱水除了用于冬季最冷月期間溫室的供熱外，還可用于溫室灌溉，提高灌溉水的水溫。同時(shí)，考慮到溫室的實(shí)際使用需要，華美沃龍公司還利用集水槽設(shè)計(jì)增加了棚膜沖刷和自救式應(yīng)急消防水功能。

空氣循環(huán)地中土壤儲(chǔ)放熱系統(tǒng)

空氣循環(huán)地中土壤儲(chǔ)放熱系統(tǒng)最早是日本在20世紀(jì)70年代用于塑料大棚的加溫。中國(guó)從20世紀(jì)80年代從日本引進(jìn)后先后在塑料大棚、日光溫室中試驗(yàn)研究，取得了一些成果，但至今未得到大面積推廣應(yīng)用。影響這項(xiàng)技術(shù)推廣應(yīng)用主要的限制因素可能是工程施工量大、土地耕整可能損壞通風(fēng)管，此外，提高土壤溫度的幅度不大以及風(fēng)機(jī)運(yùn)行的費(fèi)用也可能是限制這一技術(shù)推廣的影響因素。但研究發(fā)現(xiàn)，地下熱交換系統(tǒng)具有降低溫室空氣濕度的作用。白天高溫高濕的空氣在送入低溫土壤后，除了進(jìn)行空氣與土壤之間的熱交換外，空氣冷凝還可以析出水分，從而降低空氣濕度。這種附帶的功能對(duì)長(zhǎng)期高溫高濕環(huán)境的日光溫室具有非常重要的作用。為此，華美臥龍公司的工程師們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中作為一種儲(chǔ)熱與除濕功能兼顧的措施還是將其作為溫室的標(biāo)配設(shè)備進(jìn)行了配置。

空氣循環(huán)地中土壤儲(chǔ)放熱系統(tǒng)由循環(huán)風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)主管、分配管、換熱管和出風(fēng)管等組成（圖12a）。為減少管道鋪設(shè)的數(shù)量和施工的工程量，設(shè)計(jì)采用了換熱管沿溫室長(zhǎng)度方向縱向布置的形式，這樣，安裝在換熱管兩端的進(jìn)風(fēng)管和出風(fēng)管將分別布置在了溫室靠近兩堵山墻的附近。動(dòng)力風(fēng)機(jī)安裝在溫室垂直高度的中上部位置，這里白天空氣溫度較高，風(fēng)機(jī)抽取這個(gè)部位的高溫空氣通過(guò)直立的風(fēng)機(jī)主管（圖12b）將其導(dǎo)入埋設(shè)在地中的分配管，從分配管上接出換熱管并將熱空氣導(dǎo)入其中，在換熱管的末端連接與之垂直并通出地面的出風(fēng)管（圖12c），將經(jīng)過(guò)與地面土壤換熱降溫、除濕的干冷空氣重新釋放到溫室中，實(shí)現(xiàn)空氣的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到空氣降溫、除濕，并將空氣中熱量釋放儲(chǔ)存在地面土壤中的目的。夜間當(dāng)室內(nèi)空氣溫度降低到低于換熱管位置土壤溫度3℃以下時(shí)，開(kāi)啟風(fēng)機(jī)運(yùn)行，空氣沿白天相同的路徑流動(dòng)，吸收地面土壤中的熱量將循環(huán)空氣升溫并最終輸送到溫室，實(shí)現(xiàn)從地面土壤中取熱提升溫室空氣溫度的目的。

圖12 空氣循環(huán)地中土壤儲(chǔ)放熱系統(tǒng)

溫室熱環(huán)境性能

圖13為位于內(nèi)蒙古巴彥淖爾市臨河農(nóng)場(chǎng)五分場(chǎng)的巴彥淖爾市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)2021年新建溫室在2021年12月～2022年1月最冷的連續(xù)2周室內(nèi)外溫度的測(cè)試結(jié)果。由圖可見(jiàn)，在室外最低溫度達(dá)到-23.5℃的條件下，室內(nèi)空氣溫度始終保持在15℃以上，15 cm深度地溫保持在18～21℃范圍，完全保證了喜溫果菜不加溫安全越冬的生產(chǎn)條件。從溫室的保溫效果看，2021年12月26日最冷日室內(nèi)外溫差達(dá)到了38.5℃（受熱水循環(huán)系統(tǒng)室內(nèi)最低設(shè)定溫度的控制，室內(nèi)外溫差的最大潛力并沒(méi)有得到完全釋放），這樣的保溫效果在目前保溫被保溫的組裝結(jié)構(gòu)溫室中應(yīng)該處于全國(guó)領(lǐng)先水平。

圖13 溫室熱環(huán)境性能

從墻面水體儲(chǔ)放熱的情況看，一般水體放熱的降溫幅度在10℃以上，以儲(chǔ)水量20 m3計(jì)算（水槽儲(chǔ)水截面0.5 m×0.4 m，長(zhǎng)度100 m），一晝夜可向溫室釋放熱量2×105kcal的熱量，相當(dāng)于向溫室單位地面積釋放熱量167 kcal/m2，按14小時(shí)放熱時(shí)間計(jì)算，相當(dāng)于增加了12 kcal/（m2·h）的供熱量。按電加熱推算，1 m3水每升高1℃，約需消耗1.5 kW·h電力，升溫10℃計(jì)算，該套系統(tǒng)相當(dāng)于節(jié)約了300 kW·h的電力。