高溫高濕地區 主流大型連棟溫室型式及性能

李葦 王巖

|摘要|設施農業是現代化農業重要手段，進行高溫高濕地區主流大型連棟溫室型式和性能研究分析，可以為實現降溫降耗提供參考。文章整理總結了主流大型連棟溫室的建造型式、結構參數、屋面開窗特點及通風降溫設施，探討了典型溫室及配套設施的應用場景，結合區域氣候特點及溫室建設要求，積極示范推廣先進溫室設施及科學設計思路，促進溫室高效節能生產。

設施農業是綜合農業工程、生物技術工程、環境工程等多門學科，采用現代化科技手段，一定程度上擺脫自然條件制約，使作物獲得最適宜的生長條件，從而獲得最佳產出的作物保護性栽培方式[1-2]。大力推廣設施農業，是發展現代化農業的重要手段，同時也是調整中國農業生產結構，實現農業增效、農民持續增收的有效途徑[3]。

中國區域自然條件差異大，氣候自西北向東南由干到濕，從北向南由冷到熱分布。南方以熱帶、亞熱帶季風氣候為主，冬溫夏熱，夏季高溫多雨，冬季溫和少雨。北方氣候以溫帶大陸性氣候為主，冬季寒冷干燥，年溫差較大。因此，南方和北方的溫室設施類型、結構形式、覆蓋材料、配套設施以及應對區域氣候特征的技術措施有明顯的差別。北方地區主要考慮溫室保溫性能，減少冬季的熱損耗，南方地區則主要考慮溫室夏季通風降溫，減少夏季溫室內高溫高濕對作物生長的影響[4-5]。

華南地區，以廣東、廣西和海南為例，一年當中以高溫高濕天氣為主，在該區域發展設施農業，重點需要解決的問題就是降溫[6]。因而，文章對高溫高濕地區典型連棟溫室類型及性能進行了整理總結，以期對大型連棟溫室設計建設、區域適應性、通風降溫、節能降耗等方面的改進提供參考。

典型溫室型式

坡面溫室

坡面溫室主要有屋面全開啟溫室和屋面蝶形開窗溫室類型，主體覆蓋材料一般為玻璃，透光性好，造型美觀，內部空間大，使用壽命長，內部配套設施齊全，展示效果好，但溫室鋼結構復雜，建造成本較高，一般更適合光照需求量大、經濟價值高、需要展示示范的作物品種。

屋面全開啟溫室常見外觀型式見圖1。建設該類溫室初始投入較高，但其通風降溫性能和耐久性較好，且維護成本較低，廣泛應用于各類蔬菜、瓜果、花卉的育種育苗及工廠化生產、科學研究、休閑旅游等領域。該類溫室屋頂為連棟小尖頂結構，溫室主體采用輕型鋼結構，可以減少骨架承重，并經熱浸鍍鋅處理，以提高抗腐蝕能力。溫室內熱量主要集聚在溫室頂部，因而在溫室頂部設立天窗，利于溫室內部通風降溫，而在僅開天窗的情況下，溫室通風效果還不是十分顯著，當同時打開天窗與側窗時，溫室通風效果最佳[7-8]。圖2a是全開啟天窗裝置，以天溝為固定軸旋轉，天窗啟閉采用先進的扭矩分配式齒輪齒條開窗機構，一臺電機可控制多組天窗啟閉，最大開啟角度可達70°，當天窗裝置開至最大角度時，溫室內外環境變化基本一致，溫室密閉性基本消失[6，9]。溫室四周設置電動連續外翻側窗，如圖2b所示，一般為雙層連續結構，采用齒輪齒條驅動，與天窗裝置聯合使用，可實現溫室高效通風換氣，最大開啟角度可達60°。溫室天窗、側窗通常覆蓋6 mm厚PC中空板，其余覆蓋材料采用透明浮法玻璃。該類型溫室自然通風降溫效率高，溫室節能效果顯著。屋面全開啟溫室主要技術參數見表1。

屋面蝶形開窗溫室主要有大跨度和文洛小尖頂類型，常見外觀型式如圖3和圖4。大跨度蝶形開窗溫室采用單脊雙坡面“人”字型連棟結構，主體構架采用各種專用型材，結構緊湊、外形整齊。溫室頂部設2 m寬的雙翼連續外翻天窗，如圖5所示，天窗閉合時與溫室屋面貼合，全開時成“一”字型，有效保證室內通風，同時防止陽光直射灼傷作物，以及暴雨天氣下對作物造成的直接損害。溫室四周設雙層連續外翻窗，側窗覆蓋6 mm厚PC中空板，其余覆蓋5 mm厚透明浮法玻璃，溫室整體剛性好，抗風能力強。溫室內外空氣對流充分，自然通風降溫效果明顯，運行費用較低。大跨度蝶形開窗溫室主要技術參數如表2。

文洛小尖頂蝶形開窗溫室采用連棟小尖頂屋面結構，溫室主體構架采用各種專用型材，結構緊湊、外形整齊，整體剛性好，防水、透光性強。溫室頂部設雙翼連片式外翻天窗，可開至水平狀態，四周設高約1.5 m連續外翻窗，最大開啟角60°。文洛小尖頂蝶形開窗溫室室內空間更大，利于種植一些需要向上延伸的作物，如番茄、甜椒等。溫室主要技術參數如表3。

鋸齒型溫室

鋸齒型溫室主要有雙弧面小鋸齒溫室和單坡鋸齒型薄膜溫室類型，這類溫室的亮點是鋸齒形通風口既能最大程度滿足溫室通風需求，又能不受降雨影響，特別適合南方夏季多雨天氣。主體構架采用專用輕型鋼制造，結構緊湊、外形整齊、防銹能力強、經久耐用。屋面及四周覆蓋0.13～0.20 mm厚塑料薄膜，常見外觀型式如圖6～7。雙弧面小鋸齒溫室頂部設0.7 m高的手動/電動卷膜天窗，四周設2.5 m高的卷膜側窗，溫室主要技術參數如表4。單坡鋸齒型薄膜溫室又稱加強型薄膜溫室，抗臺風級數較高，頂部設1.5 m高的卷膜天窗，四周設2.5 m高的卷膜側窗，溫室主要技術參數如表5。鋸齒型溫室通風窗結構如圖8所示。

圓拱屋面溫室

圓拱屋面溫室采用雙弧面拱型連棟結構，南方圓拱型溫室增設了外翻天窗，通風降溫和保溫性能俱佳，但需要每跨度屋面增設一臺控制電機，增加了建設成本。屋面及四周覆蓋0.13～0.20 mm厚塑料薄膜，主體構架采用專用輕型鋼制造。溫室頂部設電動連片式外翻天窗，每組寬3.5 m，通過天窗減速電機帶動傳動軸轉動，經齒輪轉動使齒條運動帶動天窗開啟和關閉，形成通風口，如圖9所示，該類型天窗裝置屋面構架相對圖2a和圖5較簡單，建設和運行成本相對圖8較高。四周設2.5 m高的卷膜側窗。溫室外觀型式見圖10，主要技術參數見表6。

通風降溫設施

遮陽系統

溫室內熱量主要來自太陽輻射能量，設置遮陽系統可有效阻擋這部分能量[10]。溫室遮陽系統包括室外遮陽、室內遮陽及多層遮陽系統，可根據當地氣候條件及溫室建設結構要求選用，一般情況下，室外遮陽系統較室內的降溫效果更好，但外遮陽系統不適于臺風多發地區。

目前，溫室遮陽系統普遍采用的是鋼索拉幕和齒條拉幕。圖11是鋼索拉幕遮陽系統，主要利用鋼索和換向輪將電機旋轉運動轉化為鋼索的直線運動，實現遮陽網的收合。圖12是齒條拉幕遮陽系統，主要利用減速電機帶動驅動軸轉動，進而帶動齒輪轉動，使得齒條做往復運動，由于齒條與推拉桿連成一體，所以在推拉桿的帶動下，實現遮陽系統的開合。

強制降溫系統

考慮溫室生產成本及效益最大化，一般優先采用自然通風降溫，但當室外溫度在35°以上時，室內自然通風已不能滿足溫室降溫需求，且室內溫度還將在高于室外溫度的基礎上持續上升，不利于作物生長，此時，需要啟動強制降溫系統。溫室常用的強制降溫系統是風機濕簾降溫系統（圖13），主要利用風機使溫室處于負壓狀態，室外空氣經過濕簾進入室內，通過熱濕交換，達到降溫效果。通常溫室一面側墻安裝風機，另一立面安裝濕簾，形成對流。風機濕簾安裝間距一般在50 m內降溫效果較好，安裝高度根據溫室內種植作物而定。濕簾水采用循環水系統，節省運行成本。

結論

高溫高濕地區氣候特點決定溫室類型要注重通風降溫，節能降耗。使用連棟溫室具有土地利用率高、便于機械化操作和環境綜合調控的特點，是現代溫室發展的趨勢。溫室建設結構的優化改進，有利于降低溫室降溫能耗，采用高效降溫措施，有利于提高溫室作物產量，從而提高溫室生產經濟效益。基于上述濕熱地區典型溫室及配套設施調研基礎，提出以下建議：

（1）進一步加強溫室鋼結構數據研究，依據當地實際情況，建設所需類型，提高溫室綜合利用效益。坡面溫室造型美觀，結構結實，抗風等級強，保溫性能較好，但建造成本較大，建議在保證有效使用的前提下，通過精確計算，盡量減少鋼構架，降低成本，減少室內陰影區;鋸齒形溫室和圓拱屋面溫室一般采用薄膜覆蓋，減少了鋼材使用量，但其保溫性能和外觀檔次有所降低。

（2）進一步收集現有溫室應用的數據，包括環境數據、生長信息和管理信息，進行大數據分析和建模，為下一步溫室結構改進更新提供依據。溫室通風、遮陽、濕簾是濕熱地區常用的降溫措施，考慮風機濕簾耗電量大，增加了生產成本，華南地區一般在6月下旬～9月上旬才啟用風機濕簾強制降溫，其他時段主要是自然通風，采用通風窗配合遮陽系統，基本可以滿足作物降溫需求。

（3）進一步完善溫室智能化管理，逐步實現生產過程數字可視化及管理決策模型化。增強溫室自動化程度，實現溫室工廠化、規模化生產作業。

參考文獻

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[10]劉子揚.Venlo型玻璃溫室熱工特性研究[D].鄭州：鄭州輕工業大學，2019.

*項目支持：農業農村部重點實驗室開發課題“高溫高濕地區大型連棟溫室屋面開窗型式對通風效果的影響研究”（201902）;廣東省重點領域研發計劃項目“設施園藝物流化輸送智能裝備研究與示范”（2019B020222002）;廣州市院士專家工作站（穗科協[2019]48號）;廣東省鄉村振興戰略專項項目“設施作物生長信息感知系統項目”（粵財農[2019]73號）;廣東省農產品保鮮物流共性關鍵技術研發創新團隊（2020KJ145）。

作者簡介：李葦（1989-），女，安徽安慶人，工程師，主要從事現代設施農業裝備的研究與成果技術推廣。E-mail：1214107350@qq.com。

[引用信息]李葦，王巖.高溫高濕地區主流大型連棟溫室型式及性能[J].農業工程技術，2021，41（04）：59-63.