設施農業(yè) 2025 01 設施農業(yè) 2025 01 38 39 農業(yè)工程技術 設施農業(yè) 光溫室 墻體隔熱層放置于兩層墻體中間 圖 1 這種建造方 法有利于墻體后期維護 但夾芯復合墻體減少了蓄熱層厚度 在 生產中應用情況并不理想 溫室保溫性能不佳 若增加墻體蓄熱 層厚度 必然將增加建造成本 基于保證墻體蓄熱能力的考慮 將夾芯復合墻體改變?yōu)橥獗貜秃蠅w 圖 2 通過墻體結構 優(yōu)化 即增加了墻體蓄熱層厚度 又保障了墻體整體保溫性能 而增加的外保溫材料表面防護處理費用和節(jié)省的墻體建造人工費 相抵 建造成本基本沒有增加 在生產中取得一定的應用效果 摘要 日光溫室的發(fā)展為豐富甘肅省城鄉(xiāng)居民菜籃子 精準扶貧 和鄉(xiāng)村振興工作出了巨大貢獻 該文針對目前甘肅省日光溫室建 設中存在結構不規(guī)范 不適宜機械操作的問題 根據甘肅省不同 氣候類型區(qū)的氣候特點 進行了日光溫室墻體結構參數和前屋面 最低作業(yè)高度的規(guī)范設計 提出了適宜的日光溫室建造參數 并 在生產中進行應用 取得了良好的應用效果 對甘肅省日光溫室 規(guī)范建造 具有一定的借鑒意義 關鍵詞 甘肅省 日光溫室 標準化 結構建造 探索與實踐 甘肅省地處中國西部地區(qū)東部 是中國西菜東調和北菜南 運五大商品蔬菜基地之一 被農業(yè)農村部列為西北內陸出口蔬菜 重點生產區(qū)域 設施農業(yè)的發(fā)展 為甘肅省精準扶貧和鄉(xiāng)村振興 產業(yè)作出了重大貢獻 在設施蔬菜主產區(qū) 蔬菜收入占農戶總收 入的 60 以上 1 日光溫室是我省反季節(jié)生產的重要設施類型 溫室性能的優(yōu)劣 直接影響到農民的生產效益 為提高日光溫室 生產性能 甘肅省科研工作者研究設計了大跨度節(jié)能日光溫室 在生產中應用取得了良好的效果 2 近年來 農村地區(qū)人口 空 心化 青壯年勞動力外流等問題限制了設施園藝的發(fā)展 因而 在提高設施性能的同時 進行設施結構宜機化設計 設施裝備智 能化應用的現代設施園藝技術研究 是提高日光溫室勞動生產率 解決農村勞動人口短缺的有效途徑 國內學者針對日光溫室宜機 化改進開展了大量研究 研究出適宜日光溫室的耕作機械和配套 的栽培模式 在生產中取得良好的效果 3 6 甘肅省設施園藝要 向現代化方向發(fā)展 就必須解決設施結構標準化和宜機化的問題 本文從甘肅省日光溫室墻體標準化建造參數和結構宜機化兩個方 面進行分析和設計 通過優(yōu)化設計的日光溫室在生產實踐中取得 良好的應用效果 對甘肅省日光溫室標準化建造和宜機化使用 都有非常好的借鑒意義 1 日光溫室墻體結構優(yōu)化設計 1 1 墻體結構優(yōu)化設計 日光溫室的墻體 應該兼具保溫和蓄熱的雙重功能 即墻體 由蓄熱層和保溫隔熱層組成 甘肅省早期建造的復合保溫墻體日 DOI 10 16815 ki 11 5436 s 2025 03 010 甘肅省日光溫室標準化建造的探索與實踐 null 宋明軍 1 王佐偉 2 趙 鵬 1 張旭林 1 1 甘肅省農業(yè)科學院蔬菜研究所 甘肅 蘭州730070 2 甘肅省農業(yè)科學院科技成果轉化處 甘肅 蘭州730070 圖1 夾芯復合保溫墻體 圖2 外保溫復合墻體 2019年筆者對金昌市修建的10 m跨度復合保溫墻體日光 溫室進行環(huán)境性能監(jiān)測 墻體結構為37 cm黏土磚墻 20 cm 聚苯乙烯板 外界最低溫度出現在 1 月 31 日 為 22 12 溫 室內最低溫度為 6 99 室內外溫差 29 11 1 月和 2 月平均 設施農業(yè) 2025 01 設施農業(yè) 2025 01 40 41 設施裝備工程Agricultural Equipment 最高溫度分別為34 07 31 37 1月份溫室管理溫度高于2 月份 室內1月和2月份平均溫度分別為15 75 16 50 圖3 均達到春秋溫度劃分標準 選取 2019 年 1 月 11 日 09 00 12 日 09 00 晴天 不同深度墻體溫度變化分析 溫室墻體表面溫度 隨室內空氣溫度變化 隨墻體深度增加 墻體溫度變化幅度逐 漸減小 峰值隨墻體深度增加而延遲 墻體0 10 20 30 37 cm 及外表面溫度變化幅度 分別為 28 86 8 72 3 57 1 60 0 71 和 19 60 晴天 37 cm 深度磚墻體溫度變化幅度 僅有 0 71 圖4 說明磚墻體外貼20 cm厚聚苯乙烯泡沫 板具有很好的隔熱保溫性能 厚度應使墻體的總導熱熱阻不低于設計低限熱阻 R min 即應滿足 R R min 的要求 墻體的熱阻由以下計算式計算確定 1 式中 為第 i 層材料的厚度 m 為第 i 層材料的導 熱系數 W m 日光溫室墻體應有足夠的蓄熱層 墻體蓄熱層為墻體保溫 層以內的墻體 墻體蓄熱層的總厚度應滿足對墻體蓄熱容量參數 F h F hmin 的要求 F h 計算式如下 2 式中 為墻體中各蓄熱層材料厚度 m 為墻體中各 蓄熱層材料的比熱容 J kg 為蓄熱層各材料的密度 kg m 3 F h 為蓄熱容量參數 kJ m 2 參照日光溫室常用墻體材料熱工參數 表1 依據甘肅省 不同地區(qū)日光溫室墻體熱阻和熱容量參數計算方法和取值 表2 通過計算滿足甘肅省不同地區(qū)復合墻體蓄熱容量參數的黏土磚墻 厚度在 0 31 0 42 m 在此黏土磚墻厚度條件下 滿足復合保 溫墻體低限熱阻的聚苯板厚度在0 10 0 25 m 根據計算結果 組合出甘肅省主要地區(qū)復合保溫墻體結構組合 而甘肅省不同地 區(qū)土墻日光溫室墻體的厚度 需滿足單一材質低限熱阻 通過計 算得出甘肅省不同地區(qū)土墻日光溫室墻體厚度 表3 在此厚 度條件下 對其進行熱容量參數計算 均滿足墻體蓄熱要求 圖3 室內最低 最高 平均溫度及外界最低溫度變化曲線 圖4 墻體不同深度溫度變化曲線 2019 01 11 2019 01 12 表1 日光溫室常用墻體材料熱工參數 表2 甘肅省不同地區(qū)日光溫室保溫設計參數 30 20 10 0 10 20 30 40 50 1 11 1 15 1 19 1 23 1 27 1 31 2 4 2 8 2 12 2 16 2 20 2 24 2 28 溫度 日期 最低溫度 最高溫度 平均溫度 室外最低溫度 20 10 0 10 20 30 40 09 00 10 00 11 00 12 00 13 00 14 00 15 00 16 00 17 00 18 00 19 00 20 00 21 00 22 00 23 00 00 00 01 00 02 00 03 00 04 00 05 00 06 00 07 00 08 00 09 00 溫度 時刻 0cm 10 cm 20 cm 30 cm 37cm 57cm 室內溫度 1 2 溫室墻體蓄熱保溫設計 為了進一步優(yōu)化外保溫復合墻體日光溫室建造參數 以生產 中應用最多的黏土磚墻和聚苯板組合墻體為研究目標 進行溫室 復合墻體保溫蓄熱結構參數設計 主要參數包括墻體總熱阻 低 限熱阻和蓄熱容量參數等指標 通過這些參數的計算 提出甘肅 省不同氣候類型區(qū)日光溫室復合墻體的合理組合 為甘肅省日光 溫室優(yōu)化建造提供依據 參考 節(jié)能日光溫室設計建造規(guī)程 7 溫室墻體結構阻止熱量傳遞的能力可用熱阻 R 來評價 熱阻越 大 保溫能力越強 滿足溫室保溫要求所必需的最小熱阻 叫作 溫室圍護結構的低限熱阻 溫室墻體應具有足夠的保溫性 其總 墻體材料 密度 kg m 3 導熱系數 W cm 比熱容 J kg 實心黏土磚墻 1700 1800 0 76 0 81 880 1050 聚苯板 15 40 0 027 0 047 1380 2470 土墻 900 1800 0 6 1 4 1200 1800 主要 地區(qū) 室外設計 溫度 復合墻體 低限熱阻 m 2 W 單一材質土墻 低限熱阻 m 2 W 最小蓄熱容量 參數 F hmin kJ m 2 蘭州 12 9 4 4 2 0 500 天水 10 1 4 0 1 9 450 平涼 14 9 4 5 2 2 550 酒泉 25 8 5 7 2 7 710 張掖 23 7 5 4 2 6 700 民勤 21 8 5 3 2 5 680 西峰 15 5 4 6 2 2 590 注 低限熱限和室外設計溫度參考 日光溫室設計規(guī)范 8 溫度 溫度 墻體由內向外深度 設施農業(yè) 2025 01 設施農業(yè) 2025 01 40 41 農業(yè)工程技術 設施農業(yè) 表3 甘肅省不同地區(qū)日光溫室墻體適宜厚度 主要地區(qū) 復合保溫墻體結構組合 土墻厚度 m 蘭州 0 50 m 黏土磚墻 0 10 m 聚苯板 1 86 天水 0 37 0 50 m 黏土磚墻 0 10 m 聚苯板 1 77 平涼 0 50 m 黏土磚墻 0 10 0 15 m 聚苯板 2 05 酒泉 0 50 m 黏土磚墻 0 20 0 25 m 聚苯板 2 51 張掖 0 50 m 黏土磚墻 0 20 m 聚苯板 2 42 民勤 0 50 m 黏土磚墻 0 20 m 聚苯板 2 33 西峰 0 50 m 黏土磚墻 0 10 0 15 m 聚苯板 2 05 注 土墻體導熱系數取 0 93 W m 1 3 日光溫室宜機化優(yōu)化設計 針對現有日光溫室結構不利于機械化作業(yè)的問題 以目前在 甘肅省中部地區(qū)建造的10 m跨度日光溫室為例 首先設計日光 溫室采光屋面角 a 保障越冬生產時冬至日正午前后4 h 10 00 14 00 太陽直射光的入射角 Q 在43 以內 在此基礎上適當加 大前屋面低角 使溫室前屋面最低作業(yè)高度不小于1 6 m 圖5 實踐證明在此高度上 能滿足小型機械在溫室內作業(yè) 為方便小型機械進出日光溫室 在溫室前屋面拱架上預留活 接 圖 6 溫室內需要耕作時拆掉下部拱架 揭開棚膜后 就 會形成 2 0 m 2 2 m 的通道 圖 7 可以方便機械進出 也 可將溫室門做成能進行機械進出的通道 但需要注意冬季溫室的 嚴密和保暖 圖5復合墻體日光溫室剖面結構圖 單位 mm 圖6 日光溫室前屋面拱架預留活接 圖7 日光溫室前屋面預留機械進出通道 設施農業(yè) 2025 01 設施農業(yè) 2025 01 42 43 設施裝備工程Agricultural Equipment 圖8 外保溫復合墻體溫室最低溫度變化 圖9 外保溫復合墻體溫室最高和平均溫度變化 依據以上日光溫室優(yōu)化建造參數 筆者所在團隊于 2023 年 在甘肅省蘭州市建造了2座復合保溫墻體日光溫室 分別 是2號溫室和3號溫室 溫室跨度10 m 脊高4 8 m 墻體結構為 0 5 m 黏土磚墻 0 1 m 聚苯乙烯板 后屋面覆 蓋 0 15 m 厚聚苯乙烯彩鋼板 經對新建的兩座復合保溫墻體 日光溫室于2023年冬季至2024年春季進行環(huán)境性能監(jiān)測 冬季溫室內最低溫度基本保持在10 以上 溫室保溫性能穩(wěn) 定 溫室內無大幅降溫情況 2 號溫室和 3 號溫室 1 月份平均 最低溫度分別為 14 23 12 57 平均溫度分別為 20 74 17 67 室內溫度條件均優(yōu)于改進前的溫室 表現出良好的 保溫性能 null null null null null null null null null nullnull nullnullnull nullnull nullnullnull nullnull nullnullnull nullnull nullnullnull nullnull nullnullnull nullnull nullnullnull nullnull nullnullnull nullnull nullnullnull nullnull nullnullnull nullnull nullnullnull nullnull nullnullnull nullnull nullnullnull nullnull nullnullnull nullnull nullnullnull nullnull nullnullnull nullnull nullnullnull nullnull nullnullnull nullnull nullnullnull nullnull nullnullnull nullnull nullnullnull 最低溫度 null 日期 null號溫室 null號溫室 外界 null null nullnull nullnull nullnull nullnull nullnull nullnull nullnull nullnull nullnull nullnull nullnull nullnull nullnull nullnull nullnull nullnull nullnull nullnull nullnull nullnull nullnull nullnull nullnull nullnull nullnull nullnull nullnull nullnull nullnull 溫度 null 日期 月 null日 null號最高溫度 null號最高溫度 null號平均溫度 null號平均溫度 3 結語 甘肅省地域狹長 氣候類型多樣 日光溫室類型眾多 各地 建造水平參差不齊 造成溫室環(huán)境性能差異較大 面對當前發(fā)展 現代農業(yè) 設施生產要向機械化 輕簡化 智能化發(fā)展的大方向 為了規(guī)范甘肅省日光溫室建造技術 本文從日光溫室墻體標準化 和結構宜機化兩個方面入手 對日光溫室結構優(yōu)化進行了分析和 研究 通過實踐證明優(yōu)化后的日光溫室表現出良好的環(huán)境性能 經過甘肅省日光溫室建造標準化的探索和實踐 對規(guī)范我省日光 溫室建造起到一定的促進作用 參考文獻 1 張譯林 陳祖貴 任旭東 依托蔬菜產業(yè)譜寫甘肅現代高效農業(yè)發(fā) 展新篇章 J 發(fā)展 2017 10 42 44 2 宋明軍 趙鵬 西北XB G 大跨度日光溫室設計建造及實踐 J 農業(yè)工程技術 2006 7 28 29 3 陳永生 劉先才 2019 中國蔬菜機械化發(fā)展報告 J 中國農機化 學報 2020 41 3 46 53 4 張彩虹 姜魯艷 張小慧 等 設施農業(yè)機械裝備現狀分析 J 農 業(yè)工程技術 2023 43 27 5 8 21 5 宋衛(wèi)堂 設施蔬菜產業(yè)發(fā)展對機械化的需求 J 中國農機化學報 2017 38 11 112 115 6 孫周平 富宏丹 余朝閣 等 日光溫室番茄優(yōu)質輕簡高效生產技 術規(guī)程 J 中國蔬菜 2022 5 111 119 7 李天來 鄒志榮 馬承偉 等 節(jié)能日光溫室設計建造規(guī)程 M 西安 中國農業(yè)出版社 2017 45 48 8 農業(yè)部規(guī)劃設計研究院 NYT 3223 2018 日光溫室設計規(guī)范 S 北京 中國農業(yè)出版社 2018 項目支持 甘肅省農業(yè)科學院重點研發(fā)項目 2021GAAS26 甘 肅 省 自 然 科 學 基 金 項 目 23JRRA1794 作者簡介 宋明軍 1969 男 甘肅平涼人 研究員 研究方向 農業(yè)設施環(huán)境與工程技術 日光溫室設計與建造 溫室環(huán)境調控 設施農業(yè)新材料及新設備研發(fā)等 引用信息 宋明軍 王佐偉 趙 鵬 等 甘肅省日光溫室標準化建造的探索與實踐 J 農業(yè)工程技術 2025 45 3 39 42