設施溫室材料選擇及建造模式

趙洪滿

（中機建工有限公司，北京 100083）

0 引言

溫度是農(nóng)作物生長的關鍵條件，適宜的溫度可以使作物保持良好的生長態(tài)勢，生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)好。隨著人們生活水平的提高，應季農(nóng)產(chǎn)品尤其是蔬菜已經(jīng)無法滿足市場需求，反季農(nóng)產(chǎn)品發(fā)展迅速。設施溫室是反季農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的主要形式，可以為農(nóng)產(chǎn)品生長提供良好的溫度、濕度和光照條件。保溫性是衡量溫室質(zhì)量的關鍵因素，溫室材料對保溫性有重要影響，如何根據(jù)不同地區(qū)、不同作物選擇不同的溫室材料，以確保溫室的保溫性能滿足需求是種植戶考慮的關鍵問題。本文重點分析不同溫室覆蓋材料、保溫被材料和墻體材料的研究現(xiàn)狀及特點，以及不同溫室的建造模式，為種植戶建造溫室提供參考。

1 溫室材料種類

溫室材料主要包括覆蓋材料、保溫被材料和墻體材料等。常見的溫室覆蓋材料有3 種：玻璃、日光板和薄膜；常用的墻體材料主要有土坯墻、磚墻和預制保溫板等。選擇不同溫室材料對溫室生長環(huán)境有重要影響，如何根據(jù)生產(chǎn)地區(qū)的天氣、地理環(huán)境等正確選擇使用值得重點關注。

1.1 溫室覆蓋材料

溫度是衡量溫室環(huán)境條件的重要指標，國內(nèi)在溫室材料的研究方面重點關注材料的保溫性。周大綱[1]研究分析了透光覆蓋聚烯烴材料的性能及在溫室中的應用效果，指出我國溫室聚烯烴材料在國內(nèi)市場占有一定的地位，未來應向多功能方向發(fā)展。王宇欣等[2]研究了DRP 溫室透光覆蓋材料性能表征，指出自然老化的DRP 薄膜仍然具有較好的透光率和很強的紅外阻隔能力，其熱穩(wěn)定性較好，在透光、保溫、力學性能和耐老化方面具有突出優(yōu)勢。陳淑琴等[3]研究了相變材料在南方塑料大棚中的冬季使用策略及效果，設計一種集熱裝置，將黑色封裝相變材料放在溫室中，無論在白天還是夜間均可顯著提高大棚內(nèi)的溫度。謝珣[4]研究設計了基于光譜分離的植物溫室覆蓋材料，提出了可見光-近紅外光譜分離的覆蓋材料與太陽能溫室相結(jié)合的解決方案，設計的具有近紅外屏蔽和紫外屏蔽功能的溫室覆蓋材料在理論上實現(xiàn)了工作頻段的光譜分離。宋兵偉等[5]研究了不同覆蓋材料對Venlo 型連棟溫室熱負荷的影響，得出透光性排序為4 mm 單層浮法玻璃>雙層中空浮法玻璃>8 mm 陽光板>10 mm 陽光板。

根據(jù)使用壽命、透光率、保溫性等指標，對常用的塑料薄膜、玻璃和陽光板3 種溫室覆蓋材料進行對比分析。塑料薄膜使用壽命5 年左右，壽命較短，適用于短期使用的溫室大棚，價格便宜，透光率在80%以上；一層膜保溫效果不理想，許多溫室采用多層或雙層薄膜結(jié)構(gòu)，有利于增加溫室保溫效果。玻璃使用壽命20年以上，年限較長；從玻璃的透光率分析，普通白玻璃透光率在85%以上，低鐵超白玻璃透光率在90%以上，超白玻璃雙面鍍膜透光率更高，對喜光作物的增產(chǎn)顯著；玻璃保溫性介于塑料薄膜和陽光板之間，單層玻璃保溫系數(shù)較差，通常使用雙層中空玻璃。陽光板的優(yōu)點是保溫性能好、質(zhì)量小、建造簡單；使用壽命10 年左右，透光率79%左右，透光性適中。

1.2 溫室保溫被材料

保溫被一般由多層材料構(gòu)成，包括保溫主芯材、防水層和面層等，其中主芯材對溫室的保溫性影響較大。目前市場上銷售的保溫被主芯材主要有無紡布、再生纖維針刺氈、聚乙烯微孔泡沫塑料、橡塑保溫材料、聚乙烯發(fā)泡棉和噴膠棉等。無紡布不屬于織造材料，溫室中用的無紡布通過熱壓或化學粘合制造而成，用作保溫芯材較多。再生纖維針刺氈也是一種非織造材料，主要通過將廢棄纖維物品通過一系列處理后再加工出新的纖維，然后通過針刺機加工出毛氈，這類材料制造成本低，保溫效果好，主要用于保溫被的主芯材。聚乙烯微孔泡沫塑料以聚乙烯樹脂為主體，化學性能較穩(wěn)定，不易被腐蝕，保溫性與防水性良好，缺點是強度較低，對面層材料抗拉強度要求較高。橡塑保溫材料主體是丁腈橡膠與聚氯乙烯，較為柔軟，卷放整理方便，防火阻燃性好，適用溫度范圍廣，耐酸抗堿，還可以防止霉菌生長，但價格相對較高。聚乙烯發(fā)泡棉的特點是密度小、不太吸水，化學性能相對穩(wěn)定，通常與其他保溫被主芯材料組合使用，具有保溫、防水和隔氣作用。噴膠棉也被稱為太空棉，主要由天然棉纖維、人造纖維或合成纖維經(jīng)過處理后制作而成，噴膠棉氣孔較多、彈性好、透氣性好，不足之處是抗拉強度低，抗變形能力差，用作保溫被材料時，需與抗拉強度高的面層材料組合使用[6]。

姜魯艷等[7]基于保溫被各層材料性能特點，通過試驗對同層保溫材料的性能進行對比分析，發(fā)現(xiàn)芯層為太空棉時保溫性能最佳，表層為覆膜黑氈和PE 織布時防水性能相近，覆膜黑氈的抗拉強度更好。朱耀宗[8]以甘肅河西地區(qū)戈壁環(huán)境為研究對象，對日光溫室保溫被保溫性能進行了測試，研究了導熱系數(shù)和水分參數(shù)對日光溫室保溫被保溫性能產(chǎn)生的影響，同時探討了保溫被的抗老化性。禹夏青等[9]研究證明保溫被外設PE 黑膜對冬季日光溫室的增溫效果明顯。

1.3 溫室墻體材料

日光溫室在建設中常用的墻體材料主要有土墻、磚墻和預制保溫板。土墻在日光溫室設計中出現(xiàn)最早，建設成本低，但是承重性較差，土墻厚度較大，占地面積大，減少了作物種植面積，在雨季容易被雨水沖塌，需要定期翻修，保溫性也較差，目前已逐步被磚墻或預制保溫板代替。磚墻設計壽命一般10 年左右，承重較好，尤其北方地區(qū)冬季的大雪天氣，可以避免被大雪壓塌，不足之處是建設磚墻需要打基礎，尤其是有凍土層的地區(qū)，一定要把基礎打好，保溫性好。預制保溫板墻體保溫性非常好，由于價格太高，目前在日光溫室上使用并不多。對于如何選擇溫室墻體材料，要綜合考慮多種因素，如地區(qū)、使用年限和保溫性等，從目前市場上銷售的溫室墻體材料看，采用磚墻結(jié)構(gòu)的墻體占多數(shù)，主要因為磚墻在保溫性、使用年限上都較好。

在溫室墻體材料的研究方面，顧金壽[10]研究了復合相變墻體材料在溫室大棚后墻中的應用，通過對溫室大棚進行改進，利用復合相變墻體材料建筑溫室大棚后墻可以使大棚夜間維持在適合作物生長的溫度，對農(nóng)作物生長有利。李鵬等[11]研究了將相變材料應用于日光溫室梯形墻體后對室內(nèi)熱環(huán)境的影響，結(jié)果表明，相變涂層墻體可有效增加墻體蓄放熱量，提高溫室環(huán)境溫度。米興旺等[12]對河西走廊地區(qū)混凝土墻、法蘭墻、石砌墻、全鋼架裝配型和磚框架5 種不同墻體材料的日光溫室進行冬季環(huán)境監(jiān)測，分析了溫室內(nèi)部的溫度變化，綜合分析，混凝土和石砌墻溫室保溫性能較好。

2 溫室建造模式

目前，常用的設施溫室主要有日光溫室、連棟溫室、塑料大棚和小拱棚4 種類型。其中日光溫室應用較多，小拱棚屬于一種簡陋的溫室類型，本文重點分析前3 種溫室。

2.1 日光溫室

日光溫室根據(jù)墻體結(jié)構(gòu)不同分為土墻日光溫室、磚墻日光溫室和新型日光溫室。土墻日光溫室主要用于種植價格較高的蔬菜，保溫被使用卷簾機拉放，造價較低，但是占地面積較大，會減少作物種植面積，且墻體容易被雨水沖壞，需要定期維修保護。磚墻日光溫室不僅可以種植蔬菜，還可以用來栽培食用菌、花卉、果樹等，特點是堅固耐用，使用壽命長，可達20年以上，但是建造成本高，投資回收期長。新型日光溫室由于建造難度大、成本比磚墻溫室更高等原因，目前主要用于科研，有待進一步推廣應用。目前，土墻日光溫室仍占多數(shù)，性價比較高。

2.2 連棟溫室

連棟溫室與日光溫室相比更加先進和智能，并且使用壽命長、適用范圍廣，分為玻璃連棟溫室和塑料板連棟溫室兩種。玻璃溫室的特點是設計先進，外觀視覺檔次高，但是玻璃比較容易損壞，有安全隱患，如果使用鋼化玻璃，成本太高，未得到普遍使用。塑料板連棟溫室與玻璃連棟溫室類似，使用壽命長，穩(wěn)定性好，并且具有防雨、抗風等功能，自動化程度較高，不足之處仍然是投資大，回報期長，并且對操作技術和管理人員要求較高，目前主要用于現(xiàn)代設施農(nóng)業(yè)的示范和推廣，未在小規(guī)模個體用戶中推廣應用。

2.3 塑料大棚

塑料大棚建造容易、成本低、使用方便，是一種簡易實用的栽培方式，是北方地區(qū)較為傳統(tǒng)的溫室。塑料大棚雖然沒有連棟溫室的現(xiàn)代化程度高，但是與中、小拱棚相比，較為堅固耐用，使用壽命長，安裝拆卸、環(huán)境調(diào)控和作業(yè)操作比較方便，不足之處是棚內(nèi)設有多個立柱，不適宜機械化作業(yè)[13]。

3 結(jié)束語

溫室作為設施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要載體和方式，近年來發(fā)展迅速。介紹了覆蓋材料、保溫被材料和墻體材料等溫室材料的特點和研究現(xiàn)狀，以及溫室建造模式。溫室材料不斷融入新技術、溫室建造模式不斷創(chuàng)新，溫室逐步向自動化、智能化方向發(fā)展，未來溫室產(chǎn)業(yè)也將步入快速發(fā)展的通道，蔬菜、水果、花卉及藥用植物等高附加值作物品種也將越來越多，設施農(nóng)業(yè)的發(fā)展前景廣闊。