烟台市日光温室建造技术现状及对策研究

烟 台市日光温室建造技术现状及对策研究张敬夫 ，马前磊 ，安 毅 ，刘曙光 ，马云飞（中国农业大学烟台研究院，山东 烟台 264670）摘 要 为全面了解烟台市日光温室的结构类型 、建造技术现状以及存在的问题，为当地日光温室的规范化建设与发展提供参考，于 20152016 年对烟台市的典型日光温室进行了现场调研和测试，明确了烟台市日光温室的建筑材料 、构造参数以及环境条件等技术现状 。结果表明，目前烟台市日光温室整体上规模较大 、形式多样，也存在着由于缺乏规范 、合理的建造标准而导致的温室墙体构造不合理 、墙体厚度及后屋面角比较随意 、温室骨架制作工艺粗糙等问题，并提出了烟台市日光温室建造技术的相关建议 。关键词 日光温室；调研；烟台中图分类号 S625.1 文献标识码 A 文章编号 1002-2481（ 2017） 05-0839-05Present Situation and Countermeasure Research of the ConstructionTechnology of Solar Greenhouse in YantaiZHANGJingfu， MAQianlei， ANYi， LIUShuguang， MAYunfei（ Yantai Research Institute， China Agricultural University， Yantai 264670， China）Abstract To provide a holistic understanding of the construction and development of local greenhouses, an investigation of thestructural type, construction technology status and existing problems of solar greenhouses in Yantai was conducted in 2015-2016. Theresults of the on-site investigations and surveys of the greenhouses building materials, structural parameters and environmentalconditions demonstrated that the solar greenhouses in Yantai were highly diversified and constructed at a large scale, but still hadproblems that need tobe immediatelysolved. A lack ofstandardization, an unreasonable thickness ofthe back wall, and an unreasonableangle ofthe back roofofgreenhouses in Yantai were amongsome ofthe problems that need tobe urgentlyaddressed.Key words solar greenhouse; investigation; Yantai收稿日期 2016- 12- 14基金项目 烟台市科技计划项目（ 2013ZH083）；中国农业大学烟台研究院本科生 URP 计划（ U2016019）作者简介 张敬夫（ 1995-），女，山东烟台人，在读本科，研究方向设施农业科学与工程 。马云飞为通信作者 。doi10.3969/j.issn.1002-2481.2017.05.41烟台市位于东经 11934′～12157′，北纬 3616′～3823′，属温带季风气候，是山东省东部地区对日本 、韩国蔬菜出口的重要基地 。据统计，截至 2015 年，烟台市拥有冬暖式日光温室 7 万余个，设施蔬菜产值达到 4.5 亿元，占烟台蔬菜产业总产值的 85[1]，已成为烟台市农业的支柱产业 。为全面了解烟台市日光温室的结构类型 、建造技术现状以及存在的问题，本研究对烟台市的典型日光温室建造技术现状进行了现场调研和测试，针对烟台市日光温室的建筑材料 、构造参数以及环境条件等技术现状，提出了烟台市日光温室建造技术的相关建议，旨在为烟台市日光温室的规范化建设与设施蔬菜产业的可持续发展提供参考和借鉴 。1 研究方法本次调查时间为 20152016 年，选取了烟台市的 57 栋日光温室作为调研对象，调研的内容包括日光温室的建筑材料 、基本构造参数 、构造特点及存在的问题等 。采用走访各地农业局及农户，通过交流 、访谈以及现场测量等方法进行调查，调查地点分别在烟台市的牟平区 、福山区 、莱山区 、海阳市和莱阳市 5 个区县 。2 烟台市日光温室结构及建造技术现状2.1 日光温室墙体构造日光温室后墙构造调查的内容主要包括墙体类型 、墙体材料 、墙体厚度 、建造方式以及热阻情况，按照温室建造的年代及墙体构造的做法，可以归纳为 9 种典型的墙体构造，其中，单质材料构造的墙体有 4 种类型，复合材料构造的墙体有 5 种类型（表 1） 。山西农业科学 2017， 45（ 5） 839-842， 847 Journal of Shanxi Agricultural Sciences839 山 西农业科学 2017 年第 45 卷第 5 期注材料的热工参数及计算方法均参照 日光温室结构 （ JB/T102862001） 。表 2 同 。日光温室后墙要求砌筑材料传热系数低 、密度和比热容高，具有良好的保温蓄热性能[2]。从表 1 可以看出，烟台市日光温室后墙材料多样 、做法多样 、厚度不同 、保温效果也具有明显的差异 。单质材料墙体有水泥空心砖 、加气混凝土砌块 、红砖和土墙，用水泥砂浆抹面，占总量的 59.6。复合墙体的材料主要有红砖 、麦秸 、煤渣 、蒸压灰砂砖 、粉煤灰蒸压砖 、聚苯板 、毛石等，用水泥砂浆抹面或混合砂浆勾缝 。以红砖为后墙材料的日光温室占 12.3， 2003 年以前日光温室的后墙材料以红砖为主，随着烟台市禁止使用黏土机制红砖以及机制红砖价格的升高[3]， 2005 年以后农户开始对其他后墙砌筑材料进行探索，但在实践过程中普遍存在着重保温 、轻蓄热的误区 。黏土获取方便 、价格低廉 、蓄热及保温性较好 、易于施工，在山东省潍坊及鲁西北地区被大量应用于温室后墙[4-5]。以黏土为后墙材料的日光温室占7.0，烟台市属于丘陵地带，土地资源比较紧张，以黏土为后墙材料的日光温室土墙宽度为 5 m，使其土地利用率极低，建造的土方工程量也比较大，土墙淋湿后再干燥时，容易产生裂缝影响保温效果，因此，在烟台等沿海降雨多的地区，土墙作为温室后墙的日光温室受到一定的限制 。以加气混凝土砌块为后墙材料的日光温室占19.3，该类型的日光温室具有密度小 、尺寸大 、保温性能好 、砌筑效率高等优点，但使用加气混凝土砌块的温室后墙往往会出现大量裂缝，主要原因一是加气混凝土的干燥收缩值以及线膨胀系数较高，导致其干燥变形及温度变形值较大；二是加气混凝土砌块气孔率通常达到 70～80，且多数气孔呈封闭状，容易将砌筑砂浆中的水分吸走导致砌筑砂浆黏结性变差 、温室后墙出现大量裂缝，严重影响温室的美观及保温性能[6]。采用加气混凝土后墙的日光温室普遍夜间温度比较低，这是因为加气混凝土虽然保温性能好，但其蓄热系数较小，仅为砂浆黏土砖的 1/3 左右[7]，表面抵抗温度波动的能力较差 。采用水泥空心砖为日光温室后墙材料的占21，水泥空心砖同样具有质轻 、强度高等优点，但由于砖体空隙前面部分的实心部分厚度较薄，蓄热性能较差，因此，采用水泥空心砖后墙的温室普遍夜间温度比较低，甚至部分温室出现过冻害的现象 。采用复合异质墙体的日光温室表现出了良好的蓄热及保温性能，特别是采用聚苯板做为保温材料的日光温室，其保温性能远远高于其他单质墙体日光温室[8]。烟台市日光温室后墙材料采用蒸压灰砂砖及粉煤灰砖复合材料为后墙材料的日光温室各占 8.8，温室内冬季热环境比较好 。蒸压灰砂砖是以砂和石灰为主要原料，经坯料制备 、压制成型，再经高压蒸气养护而成的，粉煤灰砖则由大掺量粉煤灰混凝土制成，二者都具有较好的蓄热性和耐久性，并且这 2 种材料的生产均没有烧结过程，节能环保 、造价低廉，可以作为红砖的代替品进行推广 。烟台福山区有 3 栋日光温室后墙采用毛石砌筑，墙背面采用玉米秸秆沿墙堆垛保温的形式 。毛石具有保温蓄热效果好 、抗压强度高的特点，可用于砌筑日光温室墙体，但存在着砌体密度大 、砌筑效率低下以及砌筑人工费较贵的缺点，除了毛石产区外不适宜于进行推广 。2.2 日光温室后屋面2.2.1 日光温室后屋面构造 后屋面是日光温室围护结构保温设计中的重要组成部分，烟台市日光温室后屋面的构造有 6 种类型（表 2） 。第 2， 3 种类表 1 日光温室后墙构造情况计算热阻 /（（ m2k） /w）0.992.120.632.732.981.452.282.430.67低限热阻 /（（ m2k） /w）1.21.21.21.21.21.21.21.21.2编号123456789墙体类型单质墙体单质墙体单质墙体单质墙体复合墙体复合墙体复合墙体复合墙体复合墙体后墙构造做法及厚度48 cm水泥空心砖 ＋内外各 1 cm水泥砂浆抹面40 cm加气混凝土砌块 ＋内外各 1 cm水泥砂浆抹面37 cm红砖 ＋内外各 1 cm水泥砂浆抹面土墙，上端厚 1.7 m，下端厚 5 m24 cm红砖 ＋20 cm麦秸 ＋24 cm红砖 ＋内外各 1 cm水泥砂浆抹面24 cm红砖 ＋20 cm煤渣 ＋24 cm红砖 ＋内外各 1 cm水泥砂浆抹面37 cm蒸压灰砂砖 ＋6 cm聚苯板 ＋12 cm蒸压灰砂砖 ＋内外各 1 cm水泥砂浆抹面37 cm粉煤灰蒸压砖 ＋6 cm聚苯板 ＋12 cm粉煤灰蒸压砖 内外各1 cm水泥砂浆抹面60 cm毛石 ＋混合砂浆勾缝数量 /栋12117455553百分比21.019.312.37.08.88.88.88.85.2840 张 敬夫等烟台市日光温室建造技术现状及对策研究表 2 日光温室后屋面构造情况计算热阻 /（ m2k/w）2.412.540.991.370.201.96低限热阻 /（ m2k/w）1.41.41.41.41.41.4编号123456后屋面材料（由下至上）檩条 ＋薄膜 ＋20 cm玉米秸秆 ＋8 cm碎石混凝土檩条 ＋薄膜 ＋20 cm玉米秸秆 薄膜 ＋20 cm土层檩条 ＋薄膜 ＋双层草苫 薄膜 ＋20 cm土层（草泥）彩钢夹芯板，中间为 8 cm厚聚苯板6 cm预制水泥板 ＋1.5 cm水泥砂浆抹面5 cm聚苯板 草苫 ＋15 cm土层（草泥）数量 / 栋111711972百分比 /19.329.819.315.812.33.5型的后屋面构造都比较低廉，便于就地取材，第1， 2， 3 种类型的保温层（玉米秸秆或草苫）在薄膜破坏后容易吸水，使用寿命较短，需要每 2 a 更换一次；第 4 种类型的施工比较方便，但由于温室内的相对湿度较高，普通的彩钢夹芯板在吸水后容易出现结冰的情况，从而会破坏保温材料的内部结构，腐蚀彩钢板，使夹芯板材的保温性及使用寿命直接下降；第 5 种类型的承载力 、防水效果及使用寿命较好，但其热阻较小，保温效果较差；在第 6 种类型构造设计中，聚苯板因为需要承担上部草苫和土层传来的重力，容易发生断裂 。2.2.2 日光温室后屋面倾角与宽度 日光温室后屋面倾角的大小对日光温室的采光和保温性均有一定的影响，一般情况下应该略大于当地冬至正午的太阳高度角 5～8。在冬季生产时，尽可能使太阳直射光能照到日光温室后坡面内侧；在夏季生产时，则应避免太阳直射光照到后坡面内侧[9]。所调研的烟台市日光温室的后屋面倾角设置比较随意，一般多在 25～50的范围内，有 2 栋温室的后屋面倾角甚至在 63左右 。日光温室后屋面宽度会对日光温室的保温性与建设成本产生影响，随着后屋面的宽度变大，温室的保温性能会得到提高，但同时建设成本也会相应提高[10]。所调研的烟台市日光温室跨度 9 m的温室，后屋面的宽度（水平）一般在 0.8～1.4 m。2.3 日光温室前屋面烟台市日光温室的前屋面透光材料多为 PE 薄膜和 PVC 薄膜以及 EVA 复合膜这 3 种 。其中， PE膜（包括普通膜及无滴膜）因为良好的透光性及寿命使用最为广泛，在调研的 57 栋温室中，有 38 栋温室使用 PE 膜，占调查总数的 66.7；而 PVC 膜则因为使用寿命及后期透光性较差的原因应用相对较少，有 9 栋温室使用 PVC 膜，占调查总数的15.8； EVA 复合膜具有透光率高 、保温效果好 、抗拉及耐候性能均优于普通农膜的优点，尽管价格稍高，仍有 10 栋温室使用，占调查总数的 17.5。烟台市日光温室的外保温覆盖层材料共有 4种，草帘的使用范围比较广，有 23 栋温室使用，占调查总数的 40.4；有 8 栋温室采用缀铝箔 PE 发泡无纺布保温被，占调查总数的 14.0；有 15 栋温室采用PE 发泡保温被，占调查总数的 26.3；其余 11 栋温室则采用由机器缝制的棉毡普通保温被，占调查总数的 19.3。在干燥的状态下草帘的保温性能最好，并且价格最低； PE 发泡保温被质量较轻，在早春季节不利于防风；缀铝箔 PE 发泡无纺布保温被保温能力较好，但价格相对较高；而普通的棉毡保温被防风性能较好，但防水性能较差，一旦进水就会造成保温能力下降 。2.4 日光温室地面下挖深度对于适宜于采用土墙作为温室后墙的地域来说，温室地面下挖的土可以被用来做后墙，从而节省了墙体材料[11]，同时地面下挖也可以减少地面四周传热，增大温室的容积，改善温室的热稳定性[12]。调研的温室中，有 15 栋温室的地面比室外地面要低，深度为 0.5～1.2 m，其中下挖深度较大的日光温室棚内容易出现相对湿度过大的现象，主要原因一是烟台大部分地区临近沿海，地下水位较高而导致温室内地面水分蒸发量高；二是和内陆相比，烟台市降雨量较多，如果温室群之间的排水处理不当，容易出现因雨水渗入地下造成温室土壤含水量较高的现象 。尤其在晚秋和早春以及连阴雨季节，不利于温室内蔬菜病害防治 。2.5 日光温室通风形式日光温室必须设置通风口进行通风，以利于降温 、除湿 、调节 CO2含量等[13]。但在调研中发现，通风口形式 、风口位置及风口面积各异，其实际通风效果也各有差异 。烟台市日光温室通风方式主要有以下 3 种类型第 1 种是在屋脊处向前扒膜和前底脚处扒膜相结合通风，有 12 栋温室使用，占调查总数的 21.1；有 28 栋温室采用在屋脊处向前扒膜和前坡离地面 1 m处扒膜相结合通风的方式，占调841 （下转第 847 页 ）山西农业科学 2017 年第 45 卷第 5 期查总数的 49.1；另外，有 17 栋温室在温室后墙开窗或者通风口和前坡离地面 0.8 m高处扒膜相结合通风，占调查总数的 29.8。第 1 种通风方式的通风总量较大，通风降温性能较好，但在通风时，风会直接吹到作物上，不利于作物生长，尤其是在室外温度较低 、作物处于幼苗阶段时，甚至会使作物遭受冷害 。另外，这种通风方容易使屋脊处前屋面棚膜起皱，影响采光，并且风口部位的棚膜易磨损，造成冷风渗透 。第 2 种通风方式虽然避免了冷风直接吹在作物上，但屋脊处前屋面薄膜的缺陷依然存在 。第 3 种通风方式可根据不同的作物通风需求，开启不同数量的通风窗，灵活方便，而且避免了屋脊前屋面扒膜通风时磨损棚膜的现象，同时前屋面棚膜始终处于绷紧的状态，采光效果较好 。2.6 日光温室的骨架结构日光温室立柱和屋面骨架的结构类型对日光温室的结构安全及造价有着较大的影响 。在调研的57 栋温室中，有 9 栋温室使用混凝土立柱 、竹竿骨架，占 15.8；有 13 栋温室使用热镀锌钢管焊接骨架 、混凝土立柱或者钢柱支撑，占 22.8；有 27 栋温室直接采用热镀锌钢管焊接骨架，占 47.4，其中有 9 栋骨架外涂红丹防锈漆；有 5 栋温室采用装配式薄壁热镀锌钢骨架，占 8.7；另外还有 3 栋温室骨架采用几字型钢制作 。采用混凝土立柱 、竹竿骨架的温室整体造价较低，但在冬季温室遭受雪灾坍塌的风险较大；采用热镀锌钢管焊接骨架的温室，由于温室内湿度较大，多数施工焊点出现锈蚀的现象，严重威胁温室安全；而采用几字型钢骨架的温室骨架阴影率较低，透光率较高 。3 烟台市日光温室规范化建造的建议3.1 温室墙体烟台市日光温室后墙墙体应摒弃以水泥空心砖和加气混凝土砌块为材料的单质墙体[14]，采用以蒸压灰砂砖复合墙体及粉煤灰砖加聚苯板复合墙体为主的构造做法以提高其保温性能[15]。上述复合保温墙体构造做法，其保温性能和蓄热性能在以往研究中已经得到认可[16]。3.2 温室后屋面构造 、宽度与倾角对于烟台市日光温室后屋面的构造做法，建议从里向外按照防水层 承重层 保温层 防护层的原则进行设计[17]，以达到保温的目的 。有资料表明，在北纬 36～40地区，温室的后屋面宽度宜在1. 2～1. 4 m[18]。根据地理纬度，烟台市日光温室的后坡水平宽度应在 1. 2 m以上，低于该数值则有可能会影响温室的保温效果，高于该数值会增加造价，合理的后屋面倾角应该为 35～38。3.3 温室地面下挖深度烟台市日光温室的地面下挖深度要根据温室所在地域的情况进行具体分析 。在烟台市地下水位较低的地域，可以采取温室地面下挖的方式增强保温效果，下挖深度不宜超过烟台地区冻土层的厚度，即 0.55 m。3.4 温室通风形式烟台市日光温室可以采取后墙开窗和前坡离地面 0.8 m高处扒膜相结合的通风形式，但后墙开窗的大小 、间距以及前坡扒膜的面积需要根据温室的必需通风量进行计算 。3.5 日光温室的骨架结构在经济条件允许的情况下，应该首选镀锌装配式或几字型钢骨架[19]，并根据不同跨度，形成标准构造做法，在保证安全的情况下节省骨架材料造价 。4 结语总之，烟台市日光温室建设规模较大 、形式多样，但在温室后墙 、后屋面 、地面下挖深度 、温室骨架等构造参数以及通风方式的选择方面还有必要进一步探讨和研究，在地域日光温室标准化方面还需要做大量工作 。参考文献 ［ 1］烟台市统计局 . 烟台市统计年鉴 [M]. 烟台烟台市统计局， 2015.［ 2］陈端生 . 中国节能型日光温室建筑与环境研究进展 [J]. 农业工程学报， 1994， 10（ 1） 123- 129.［ 3］山东省人民政府办公厅 . 关于在全省城市建设工程中逐步禁止使用实心粘土砖的通知 [M]. 济南山东省人民政府办公厅，2002.［ 4］魏晓明，周长吉，曹楠，等 . 中国日光温室结构及性能的演变 [J].江苏农业学报， 2012（ 7） 855- 860.［ 5］徐丽丽，周长吉，赵跃龙，等 . 对寿光日光温室建设标准化发展的调查与思考 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