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、承德石油高等專科學(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輻射量。因太陽光的透過率和太陽輻射的截獲量與太陽直射光線在前屋面的投射角度、太陽高度角、太陽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為太陽直射光線投射角，其取值在47°～50°的范圍為佳，A為太陽方位角，a為溫室方位角，正南北建造時(shí)為0°。

2.1.2 參數(shù)太陽高度角、太陽方位角、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)太陽高度角計(jì)算公式sinh=sinφsinδ+cosφcosδcosω計(jì)算出10：00的最小太陽高度角，式中：h為太陽高度角，ω為太陽時(shí)角，φ為溫室所在地理緯度。

太陽方位角A可由sinA=[cosδsinωcosh]計(jì)算，式中：δ為太陽赤緯，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太陽高度、10：00太陽方位、溫室方位以太陽投射角等參數(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柛叨冉谴?0°～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，無災(zāi)害發(fā)生，無污染;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°可提早接受太陽照射4 min，有利于早晨溫室內(nèi)提溫，偏西1°可延后太陽照射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太陽高度角，A9-10為冬至日上午9：00—10：00太陽方位角。

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120 m，一般溫室長(zhǎng)度應(yīng)為骨架開間的整數(shù)倍，骨架開間宜取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，要求覆蓋防蟲網(wǎng)，網(wǎng)眼密度22～40目，兼顧防蟲與通風(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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