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1
溫室又稱為暖房，是一種以玻璃或塑料薄膜等材料作為屋面，用土、磚做成圍墻，或者全部以透光材料做為屋面和圍墻的房屋，具有充分采光、防寒保溫能力。溫室內(nèi)可設(shè)置一 些加熱、降溫、補光、遮光設(shè)備，使其具有較靈活的調(diào)節(jié)控制室內(nèi)光照、空氣和土壤的溫濕度、二氧化碳濃度等蔬菜作物生長所需環(huán)境條件的能力，成為當(dāng)今蔬菜保護地設(shè)施之一。
日光溫室是一種在室內(nèi)不加熱的溫室，即使在最寒冷的季節(jié)，也只依靠太陽光來維持室內(nèi)一定的溫度水平，以滿足蔬菜作物生長的需要。
由于塑料工業(yè)的發(fā)展，加之玻璃易破損，農(nóng)村日光溫室大多以塑膜為屋面材料。特別是我國北方在土溫室基礎(chǔ)上興起的塑料日光溫室，具有明顯的高效、節(jié)能、低成本的特點，深受菜 農(nóng)及消費者的歡迎，是發(fā)展高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效農(nóng)業(yè)的有效措施之一，將會得到更快的發(fā)展。
實踐證明，凡室外最低溫度不低于－25℃的，利用塑料日光溫室的特殊結(jié)構(gòu)性能，可使室內(nèi)保持5℃以上的溫度時，均可獲得滿意結(jié)果。
我國日光溫室及栽培技術(shù)獨具特色，在發(fā)展中國家處領(lǐng)先水平。其工藝路線與發(fā)達國家沒有可比性，發(fā)達國家以鋼結(jié)構(gòu)、大型日光溫室為主，我國以中小型為主；發(fā)達國家覆面材料 以聚酯為基材的透光材料為主，我國以塑膜(聚乙烯膜和多功能膜、無滴PVC棚膜)為主要覆面材料。我國日光溫室投資回收期短，竹木結(jié)構(gòu)的當(dāng)年可收回投資，鋼結(jié)構(gòu)的投資回收期一般為2～4年。我國日光溫室的調(diào)控手段落后于發(fā)達國家。
日光溫室是四位一體生態(tài)型大棚模式的重要組成部分之一。它的建造是在沼氣池、豬舍及廁所建造的基礎(chǔ)上進行的。所以，沼氣池要先建，豬舍與溫室同步進行。當(dāng)然，若將現(xiàn)有日光溫室改建成“模式”也是可以的，在日光溫室的一端建造沼氣池和豬舍即可。因此，對沼氣池、廁所、豬舍、日光溫室的建造順序也需根據(jù)具體條件靈活掌握。
2
日光溫室通常坐北朝南，東西延長，東、西、北三面筑墻，設(shè)有不透明的后屋面，前屋面用塑料薄膜覆蓋，作為采光屋面。
日光溫室從前屋面的構(gòu)型來看，基本分為一斜一立式和半拱式。由于后坡長短、后墻高矮不同，又可分為長后坡矮后墻溫室、高后墻短后坡溫室、無后坡溫室(俗稱半拉瓢)。從建材上又可分為竹木結(jié)構(gòu)溫室、早強水泥結(jié)構(gòu)溫室、鋼鐵水泥磚石結(jié)構(gòu)溫室、鋼竹混合結(jié)構(gòu)溫室。
決定溫室性能的關(guān)鍵在于采光和保溫，至于采用什么建材主要由經(jīng)濟條件和生產(chǎn)效益決定，比較常用的溫室有一斜一立式溫室和半拱式溫室。“模式”日光溫室一般采用帶有后墻及后坡的半拱式日光溫室，這種溫室既能充分利用太陽能，又具有較強的棚膜抗摔打能力。因此 ，溫室結(jié)構(gòu)設(shè)計及建造以半拱式為好。
4.2.1
一斜一立式溫室是由一斜一立式玻璃溫室演變而來的。70年代以來，由于玻璃的短缺，塑料工業(yè)的興起，塑膜代替玻璃覆蓋一斜一立式日光溫室最初在遼寧省瓦房店市發(fā)展起來?，F(xiàn)在 已輻射到山東、河北、河南等地區(qū)。溫室跨度7米左右，脊高3～3.2米，前立窗高80～90厘米，后墻高2.1～2.3米。后屋面水平投影1.2～1.3米。前屋面采光角達到23°左右。
一斜一立式溫室多數(shù)為竹結(jié)構(gòu)，前屋面每3米設(shè)一橫梁，由立柱支撐。
這種溫室空間較大，弱光帶較小，在北緯40°以南地區(qū)應(yīng)用效果較好。但前屋面壓膜線壓不緊，只能用竹竿或木桿壓膜，既增加造價又遮光。
80年代中期以來，遼寧省瓦房市改進了溫室屋面的結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造了琴弦式日光溫室。 前屋面每 3米設(shè)一桁架，桁架用木桿或用25英寸鋼管、用直徑為14毫米鋼筋作下弦，用直徑10毫米鋼 筋作拉花。在桁架上按30～40厘米間距，東西拉8號鐵線，鐵線東西兩端固定在山墻外基部，以提高前屋面強度，鐵線上拱架間每隔75厘米固定一道細竹竿，上面覆蓋薄膜，膜上再壓細竹竿，與膜下細竹竿用細鐵絲捆綁在一起。蓋雙層草苫?？缍?.0～7.1米，高2.8～3.1米，后墻高1.8～2.3米，用土或石頭壘墻加培土制成，經(jīng)濟條件好的地區(qū)以磚砌墻。近年來溫室壘墻又出現(xiàn)了用使用過的編織袋裝土塊速壘墻的作法。近兩年來一斜一立式或琴弦式溫室又發(fā)展成前屋面向上拱起，以便更好地壓膜和減輕棚膜的 摔打現(xiàn)象。
4.2.2
半拱式溫室是從一面坡溫室和北京改良溫室演變而來。70年代木材和玻璃短缺，前屋面改松木棱為竹竿、竹片作拱桿，以塑料薄膜代替玻璃，屋面構(gòu)型改一面坡和兩折式為半拱型。溫室跨度多為6～6.5米，脊高2.5～2.8米，后屋面水平投影1.3～1.4米。這種溫室在北緯4℃以上地區(qū)最普遍。從太陽能利用效果、塑膜棚面在有風(fēng)時減弱棚膜摔打現(xiàn)象和抗風(fēng)雪載荷的強度出發(fā)，半拱式 溫室優(yōu)于一斜一立式溫室。故優(yōu)化的日光溫室設(shè)計是以半拱式為前提的。
3
3.1
(1)跨度(L)
(2)后墻高(h)
(3)溫室高度(H)
(4)后坡仰角(а)
(5)溫室長度(M)
(6)溫室面積
4.3.2
(1)溫室方位
(2)溫室間距
(3)溫室總體尺寸
為了便于操作，溫室長度不宜大于100米，溫室面積以小于667平方米(1畝)為宜。
3.3
(1)溫室周圍或一側(cè)應(yīng)設(shè)置防寒溝，深度一般應(yīng)為0.5米，寬度宜0.3～0.5米，內(nèi)填保溫材料。保溫材料熱阻應(yīng)接近或達到后墻熱阻，并應(yīng)保持干燥，防水防潮。防寒溝可設(shè)在溫室內(nèi)、外，但室內(nèi)效果更佳。
(2)冬季以北風(fēng)或偏北風(fēng)為主導(dǎo)風(fēng)向的地區(qū)，溫室北側(cè)應(yīng)設(shè)風(fēng)障。
(3)為了方便操作，溫室前屋面骨架在距溫室前沿0.5米水平距離處的高度不應(yīng)低于0.7米，宜在0.7～0.8米。
(4)為適應(yīng)目前草苫的規(guī)格和便于壓膜線固膜，溫室骨架間距應(yīng)在0.6～1.2米，推薦在0.75～1.0米。
(5)山墻上應(yīng)設(shè)置上人臺階，高于2米的山墻和后墻應(yīng)設(shè)安全防護欄，欄高不低于0.9米。
4.3.4
(1)塑膜對直射光光線透過率特性
(2)日光溫室斷面形狀
(3)南屋面角度а0研究表明，采光總量的多寡與采光屋面形狀無關(guān)，而是由透明屋面最高點到其前棚著
日光溫室斷面尺寸圖
地點處的直線與水平地面夾角а0來決定。由于不同地區(qū)接收 的太陽輻射能不同，經(jīng)理論推導(dǎo)，在北緯33°～43°地區(qū)南屋面角度а0優(yōu)化值如表4.1所示。
表4.1
|
φ |
|
а0 |
(4)棚面形狀
根據(jù)理論分析可知，對于跨度為5.5米和6.0米的溫室，棚面曲線的合理軸線設(shè)計公式為：
［2(L1＋0.25)－(Xi＋0.25)］
式中：Yi為棚面對應(yīng)于Xi的弧線點高；Xi為距溫室南端的水平距離；L1 為日光溫室棚膜在水平方向上的投影寬度。對跨度為6.5米和7.0米的溫室，用下述公式計算：
Yi＝[H/ (L1＋0.30)2]×(Xi＋0.30)×
[2(L1＋0.30)－(Xi＋0.30)]
如以北緯φ＝41°為例，日光溫室跨度為L＝7米，后墻高度h＝2米，優(yōu)化а0＝30°，如選取а=35°，則經(jīng)弧線公式計算，其結(jié)果如表4.2所示。
表4.2
|
Xi |
|
Yi |
這樣即可設(shè)計出光效高、棚面摔打輕而又方便操作的優(yōu)化日光溫室。
(5)溫室的高度與跨度
表4.3
|
跨度/米 |
溫室高度/米 |
|
5.5 6.0 6.5 7.0 |
2.4
2.6
2.6
2.6 |
(6)溫室的后墻、山墻的建造
(7)后坡及拱架
(8)棚膜的選用
4.4
日光溫室的保溫與采光占有同樣的地位，是日光溫室成敗的關(guān)鍵因素之一。目前對 日光溫室的傳熱機理研究尚不成熟，各地建造日光溫室的用材也很不規(guī)范，為此，參照有關(guān)資料，給出了我國日光溫室圍護結(jié)構(gòu)的低限熱阻，如表4.4。
表4.4
|
室外設(shè)計溫度/℃ |
低限熱阻R/(米2·℃/瓦) |
|
|
后墻、山墻 |
后屋面 |
|
|
-4 -12 -21 -26 -32 |
1.1 1.4 1.4 2.1 2.8 |
1.4 1.4 2.1 2.8 3.5 |
圍護結(jié)構(gòu)熱阻按R＝δ/λ計算。其中R為熱阻
表4.6為我國北方主要城市日光溫室冬季設(shè)計室外參考溫度。
表4.5
|
名稱 |
磚 |
草苫 |
夯實土 |
珍珠巖 |
聚苯乙稀 |
稻殼 |
爐渣 |
混凝土 |
水泥砂漿 |
加草粘土 |
|
容量/(千克/米3) |
1800 |
100 |
2000 |
50~160 |
20~50 |
150 |
800 |
2500 |
1800 |
1600 |
|
λ |
0.81 |
0.086 |
1.16 |
0.0186~ 0.0465 |
0.0407 |
0.0930 |
0.29 |
1.74 |
0.93 |
0.76 |
表4.6
|
城市 |
吉林 |
哈爾濱 |
沈陽 |
錦州 |
烏魯 木齊 |
蘭州 |
銀川 |
西安 |
呼和浩特 |
太原 |
|
溫度/℃ |
-29 |
-29 |
-21 |
-17 |
-26 |
-13 |
-18 |
-8 |
-21 |
-14 |
|
城市 |
北京 |
石家莊 |
天津 |
濟南 |
連云港 |
青島 |
徐州 |
鄭州 |
洛陽 |
|
|
溫度/℃ |
-12 |
-12 |
-11 |
-10 |
-7 |
-9 |
-8 |
-7 |
-8 |
|
4.5
溫室的設(shè)計要求充分利用太陽能。在溫室中，在冬季，特別在晚秋或早春季節(jié)有時白天室內(nèi)氣溫超過栽培合適溫度時，為了不使室內(nèi)氣溫過高，一般采用白天向室外放氣的方法來排除 室內(nèi)的多余熱量以降低室溫，地下熱交換土壤蓄熱系統(tǒng)就是要把白天多余的熱量通過埋設(shè)在溫 室地下的管道循環(huán)貯存在土壤中，在夜間再作為熱源向室內(nèi)放熱，把土壤作為蓄、放熱源的一 種方法。 4.5.1
日光溫室地下熱交換土壤蓄熱系統(tǒng)工作原理就是利用風(fēng)機把太陽輻射產(chǎn)生的棚內(nèi)熱空氣，通過地下管道送入地下，在熱空氣通過地下時，由于土壤溫度低，就在地下產(chǎn)生熱量的交換，土壤吸收一部分熱空氣中的熱量，土壤溫度提高，將多余熱量貯存起來。氣溫與地下土壤溫度差越大則吸收的熱量就越多，當(dāng)氣溫與土壤溫度相等時，就不會產(chǎn)生熱交換，就不能起到貯存熱量的作用。 在風(fēng)機作用下，白天棚內(nèi)熱空氣從風(fēng)機口進入地下，空氣在地下降溫后從另一端出口流出冷空氣，稱之為貯熱過程。晚間則相反，土壤中的熱空氣從圖4.11中右側(cè)出口流入溫室內(nèi)，而溫室內(nèi)冷空氣通過風(fēng)機進入地下。實際工作中，可以根據(jù)溫室內(nèi)氣溫范圍，決定是否開啟風(fēng)機。一般地講，當(dāng)溫室內(nèi)氣溫在10℃～22℃正常溫度范圍內(nèi)時，風(fēng)機應(yīng)處于停止?fàn)顟B(tài)。
4.5.2
它由六部分組成：風(fēng)機；地下熱交換管道；出口；貯氣槽；地下隔熱層；自動控制裝置。地下熱交換管道沿溫室橫向(即東西方向)鋪設(shè)，距東墻內(nèi)側(cè)0.3米處砌有貯氣槽，貯氣槽兩側(cè)接近底部均勻開孔與地下熱交換管道相通，貯氣槽上部開口蓋以木板，中間開孔放置風(fēng)機。
4.5.3
主要參數(shù)包括管道材料與形狀，地下管道長度l，管道埋設(shè)深度(即管道中心至地表面距離)h，相鄰兩管道水平間距b，管道內(nèi)表面積Ap，貯氣槽的尺寸，隔熱層埋設(shè)深度H和風(fēng)機選擇等。在實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體溫室條件，適當(dāng)?shù)剡x擇地下熱交換土壤蓄熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)
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