壽光內保溫九好溫室及其特點

劉立功 魏 珉 劉 超 丁 卓 王俊英

1 日光溫室結構的現狀

日光溫室是一種以太陽能作為基本能量來源的溫室，主要用于農業生產。現有溫室的大體結構一般為：東西北三面墻體，由北面的主墻體和東西兩側的輔助墻體圍合而成，溫室南邊沒有墻體。在溫室內排布水泥立柱支撐骨架，或者使用非常堅韌的架空鋼骨架，骨架外鋪透光膜，用南北向壓膜繩壓住，夜間在透光膜外覆蓋稻草苫、棉被、無紡布、浮膜等保溫，白天將保溫物卷起至溫室頂部。現有的日光溫室基本上都采用外保溫形式，100 m 長的溫室，保溫草苫的重量在10 t 左右，加上10 t 的抗積雪能力和4～6 t 的吊秧重量，溫室的骨架需要堅強有力。為了提高工作效率和減輕人工勞動強度，收放透光膜外的保溫物大多使用電動卷簾機，重量超過100 kg，也對骨架要求較高。因此，現有的日光溫室具有保溫材料龐大厚重、骨架密集笨重、怕風、怕雨、怕雪、安裝和操作困難、使用和維護成本高、采光和保溫性能不足等缺點，尤其是當前農民的平均年齡不斷上升，勞動能力不斷下降，使用這種重型溫室越來越吃力。

在日光溫室發展過程中，體積變大是其最顯著的特點，尤以壽光為典型代表，日光溫室的長度從40 m 發展到150 m 以上，跨度從7 m 發展到13 m左右，高度從2.8 m 發展到5.8 m 左右，深度從0 發展到地下1.6 m，墻體厚度從0.6 m 發展到6 m。這些變化使溫室采光、蓄熱性能提高，也使土地和土壤資源利用率低、筑造成本越來越高，但日光溫室怕風、怕雨、怕雪、壽命短、需要每年檢修等各種缺點始終存在。同時，后屋面的材料以土面為主，難以延伸加長，只在1.5～2.0 m 之間，隨著溫室高度的增加，后墻后仰的水平寬度必然增加，后屋面的水平投影越來越小，甚至為負數，使整個溫室實質上成為單坡面溫室。在溫室結構的發展變化中，呈現出了這樣一種慣性思維：為了采光和蓄熱必須加高墻體、加寬墻底寬度，進而，為了墻體寬厚必須深挖取土。當這一趨勢發展到一定程度后，出現了一系列新的問題。如墻體對土質要求高，易塌毀；種植面上易積澇，在地下水位較高的地區和沿河地帶及雨季等情況下，甚至由下向上透水。

隨著新材料的應用，近幾年溫室結構開始出現模式上的變化，如內保溫日光溫室。目前，國內極少數的日光溫室采用內保溫形式——即在溫室薄膜以下鋪設和收放保溫材料。但總的來看，技術不夠成熟、成本高，性能不及外保溫的溫室，尤其是雙層骨架式的內保溫溫室，其成本顯著高于現有溫室，并有保溫材料易跑偏、難校正等缺點，因此未得到大量普及應用。

2 壽光內保溫九好溫室的設計

壽光內保溫九好溫室是經過幾年的研究，不斷改進，形成的一種與常見日光溫室區別較大的溫室，其結構主要由東西北三面墻體、南北向的凌空骨架、骨架上鋪放的薄膜、骨架下吊掛的內保溫被及其卷放系統、墻體外側的圍護保溫層等部分構成。其結構參數因地域差異而有所不同，一般地，墻體高度為1.5～2.5 m，溫室跨度11～14 m，后屋面長3～5 m，前屋面角22°～30°。與當前流行建造的溫室相比，在墻體形狀與保護、骨架功能、保溫材料與設置方式、前后屋面的角度和寬度、卷簾方式等方面進行了多方面的、較大幅度的、相互關聯的改進，甚至出現了本質的不同。一是溫室墻體變矮，后屋面加長，最高點南移，前屋面更陡。二是保溫物吊掛和運行于骨架之下，輕薄軟暖不怕水。三是溫室后屋面有固定的透明隔熱材料，置于骨架和薄膜之間。四是可筑有南墻，墻體外側設置隔熱保護層。

圖1 是適合北緯37°左右一帶的典型的壽光內保溫九好溫室的設計截面圖，該溫室凈跨度12.6 m，脊高5.33 m，下挖0.7 m，后屋面仰角30°，前屋面角22°，土地利用率超過60%。

圖1 壽光內保溫九好溫室設計圖（單位：mm）

3 壽光內保溫九好溫室的優點

壽光內保溫九好溫室在設計結構和建造技術上的不同，實現了其九大優點。

3.1 土地和光能利用率高 九好溫室最高點南移使得溫室后遮陰減少，溫室間距減小，大幅度提高了土地的種植面積比例。其土地利用率約為60%，最大可達70%以上，遠遠高于現有溫室48%左右的土地利用率。同樣，溫室對光照資源的利用率也得到了提高。

3.2 采光性能好，適用范圍廣 九好溫室后屋面透光后，采光面積增加20%～30%，充分利用散射光；前屋面更陡，在山東可以設計前屋面角為22～28°，略大于生產中現有的日光溫室，這樣可以兼顧到土地利用率和直射光的透光率。在壽光，九好溫室中設計了一層骨架一層保溫簾和一層薄膜的結構，但實際上，一層骨架也可輕易地架起兩層保溫物和兩層透光膜，以適應高寒地區的要求。

3.3 全天保溫好，升溫快，見光早

①白天的保溫和升溫。九好溫室的前后屋面都可以采光，后屋面還兼具保溫作用，確保了溫室即使在陰天也有較好的保溫和升溫效果；前屋面是散熱高的區域，但其面積減少了，使溫室在白天的散熱面積減少，且溫室的墻體小、進光多，溫室早上提溫快，為提前打開保溫簾受光提供了基礎。

②夜間的保溫和熱源。九好溫室的墻體全部實行外圍隔熱保護，墻體凍土層厚度比露地減小60%左右。培筑溫室前墻時增加設置隔熱層，使前墻真正成為蓄熱體，夜間為溫室提供熱量來源，整個溫室的保溫和蓄熱效果更好。保溫簾采用配套專用的保溫設計，分2～7 層，從而進一步利用層間空隙阻斷熱傳導作用；保溫材料移至薄膜內，不僅使其本身保溫，而且能形成與透光膜之間的封閉保溫層，使空氣處于相對靜態，夜間保溫效果好于現有溫室。

③自動化雪與升溫保溫。保溫簾可以設計為吸收夜間各種射線加強保溫性能的方式，也可專門針對多雪地區設計自動化雪功能，對于這一點經過了實踐檢驗。在2012年初，該溫室在陰天的情況下成功融化了20 mm 厚的積雪，膜下溫度最高至25 ℃。同時，其內保溫層具有早上迅速升溫功能，即每天拉開保溫簾前利用漫射光或尚微弱的陽光將保溫簾和透光膜之間的空氣加熱，使作物不至于在拉開保溫簾后突然遭受冷氣。

3.4 溫室使用壽命長、免檢修 九好溫室的保溫簾選擇使用PE、PVC 或者EPE、噴膠棉等材料組合制作而成，輕薄軟暖，質量僅相當于草苫的1/10，總厚度為2～10 mm，具體厚度根據溫室所在地區的氣候決定。保溫簾的質量決定了其操作系統（卷簾機、軌道、卷簾繩、骨架等）可以是低強度、低成本的。保溫簾使用壽命可達6 a（年）以上，相當于草苫的2 倍，易于保存，無需每年拆下和裝上，能夠降低使用成本。其他材料使用壽命可達10 a（年）以上，骨架全部為金屬，也基本不需要檢修，省去了大量的檢修工作。其吊掛安裝保溫簾的方式決定了它不會跑偏，省去了調整草苫的工作。

3.5 抗災能力強 九好溫室透光膜外沒有保溫物，不再怕風雨；整個溫室的拱頂弧形根據空氣動力學原理設計，對風力有良好的適應性。還可以設計有自動化雪功能，但即使用戶不等化雪而選擇掃雪，也較容易打掃。在墻體培筑上，增加了對前墻的設計，并形成排水溝，溫室區排水更流暢，不容易進水，同時，與壽光下挖建造的現有溫室相比，同樣有1.2 m 高的前墻，而種植面只低于地平面0.7 m，大大減小了地下水位對種植生產的影響。當然，在南方及其他不適合下挖建棚的地區，可以借用壽光內保溫九好溫室的設計原理平地建造溫室。

3.6 溫室輕便 九好溫室在設計風雪壓力、草苫重力、吊秧重力時分別可以減少50%、80%～90%和100%，總體減少70%～80%，大幅度降低骨架強度和卷簾機的重量，整個溫室輕便易用，折舊少。

3.7 改善通風效果 九好溫室最高點前移，風口南移，將風口與溫室南邊的距離縮短10%～20%，能在一定程度上改善溫室南邊的通風降濕效果，減輕病害發生。

3.8 墻體易筑并牢固 九好溫室北墻高度僅為現有溫室的45%～60%，同樣在下挖建造的情況下，動用土方數量為現有技術的50%左右。在降低建筑成本的同時，棚體更加牢固，不易坍塌，對土質的要求也有所降低。

3.9 利于土壤高溫處理 現有溫室在每年夏季一般會將保溫物收起放妥，用薄膜封嚴，以防見濕霉變。而九好溫室不需要特意存放，在夏季高溫悶棚時，可用于夜間保溫，次日的升溫可以有更好的基礎。對于土壤的高溫處理來說，大有益處。

4 應當注意的問題

①內保溫九好溫室的保溫物為化學材料，盡量避免在強光下長時間暴曬，以免影響使用壽命。

②不同地域的自然條件不同，應當在內保溫九好溫室原理下結合實際情況進行設計建造。

③內保溫九好溫室對于棚膜的密閉性要求比普通溫室要高，如果薄膜上有孔洞，對保溫效果的影響較大。

5 應用效果

經過2010～2011年在壽光的大量試驗，對很多設計和建造細節進行了改進，使得此種溫室更加完善和實用。在試驗中，以上優點除需要多年驗證的以外，都得到良好的驗證，溫室內升溫快降溫慢，種植的黃瓜、茄子、辣椒、番茄等作物生長狀況和單位面積產量略好于普通溫室。

誠然，壽光內保溫九好溫室建筑成本比壽光流行溫室高30%～50%，在個別細節上還需要進一步的研究和完善，但綜合比較，該溫室是一種采光好、保溫好、安全、輕便、省工、省心、抗災、種植面積比例高、利于防病和無公害生產的高性能新型溫室，其使用成本低于當前流行溫室15%左右，單位土地面積上的蔬菜種植效益提高30%左右，可以作為各地建造溫室的重點選擇對象。