甘肅省日光溫室標(biāo)準(zhǔn)化建造的探索與實(shí)踐_宋明軍.pdf

設(shè)施農(nóng)業(yè) 2025 01 設(shè)施農(nóng)業(yè) 2025 01 38 39 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 設(shè)施農(nóng)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(hù) 但夾芯復(fù)合墻體減少了蓄熱層厚度 在 生產(chǎn)中應(yīng)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(fù)合墻體改變?yōu)橥獗貜?fù)合墻體 圖 2 通過(guò)墻體結(jié)構(gòu) 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(hù)處理費(fèi)用和節(jié)省的墻體建造人工費(fèi) 相抵 建造成本基本沒(méi)有增加 在生產(chǎn)中取得一定的應(yīng)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(zhǔn)扶貧 和鄉(xiāng)村振興工作出了巨大貢獻(xiàn) 該文針對(duì)目前甘肅省日光溫室建 設(shè)中存在結(jié)構(gòu)不規(guī)范 不適宜機(jī)械操作的問(wèn)題 根據(jù)甘肅省不同 氣候類型區(qū)的氣候特點(diǎn) 進(jìn)行了日光溫室墻體結(jié)構(gòu)參數(shù)和前屋面 最低作業(yè)高度的規(guī)范設(shè)計(jì) 提出了適宜的日光溫室建造參數(shù) 并 在生產(chǎn)中進(jìn)行應(yīng)用 取得了良好的應(yīng)用效果 對(duì)甘肅省日光溫室 規(guī)范建造 具有一定的借鑒意義 關(guān)鍵詞 甘肅省 日光溫室 標(biāo)準(zhǔn)化 結(jié)構(gòu)建造 探索與實(shí)踐 甘肅省地處中國(guó)西部地區(qū)東部 是中國(guó)西菜東調(diào)和北菜南 運(yùn)五大商品蔬菜基地之一 被農(nóng)業(yè)農(nóng)村部列為西北內(nèi)陸出口蔬菜 重點(diǎn)生產(chǎn)區(qū)域 設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展 為甘肅省精準(zhǔn)扶貧和鄉(xiāng)村振興 產(chǎn)業(yè)作出了重大貢獻(xiàn) 在設(shè)施蔬菜主產(chǎn)區(qū) 蔬菜收入占農(nóng)戶總收 入的 60 以上 1 日光溫室是我省反季節(jié)生產(chǎn)的重要設(shè)施類型 溫室性能的優(yōu)劣 直接影響到農(nóng)民的生產(chǎn)效益 為提高日光溫室 生產(chǎn)性能 甘肅省科研工作者研究設(shè)計(jì)了大跨度節(jié)能日光溫室 在生產(chǎn)中應(yīng)用取得了良好的效果 2 近年來(lái) 農(nóng)村地區(qū)人口 空 心化 青壯年勞動(dòng)力外流等問(wèn)題限制了設(shè)施園藝的發(fā)展 因而 在提高設(shè)施性能的同時(shí) 進(jìn)行設(shè)施結(jié)構(gòu)宜機(jī)化設(shè)計(jì) 設(shè)施裝備智 能化應(yīng)用的現(xiàn)代設(shè)施園藝技術(shù)研究 是提高日光溫室勞動(dòng)生產(chǎn)率 解決農(nóng)村勞動(dòng)人口短缺的有效途徑 國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)日光溫室宜機(jī) 化改進(jìn)開(kāi)展了大量研究 研究出適宜日光溫室的耕作機(jī)械和配套 的栽培模式 在生產(chǎn)中取得良好的效果 3 6 甘肅省設(shè)施園藝要 向現(xiàn)代化方向發(fā)展 就必須解決設(shè)施結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化和宜機(jī)化的問(wèn)題 本文從甘肅省日光溫室墻體標(biāo)準(zhǔn)化建造參數(shù)和結(jié)構(gòu)宜機(jī)化兩個(gè)方 面進(jìn)行分析和設(shè)計(jì) 通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的日光溫室在生產(chǎn)實(shí)踐中取得 良好的應(yīng)用效果 對(duì)甘肅省日光溫室標(biāo)準(zhǔn)化建造和宜機(jī)化使用 都有非常好的借鑒意義 1 日光溫室墻體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 1 1 墻體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 日光溫室的墻體 應(yīng)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(fù)合保溫墻體日 DOI 10 16815 ki 11 5436 s 2025 03 010 甘肅省日光溫室標(biāo)準(zhǔn)化建造的探索與實(shí)踐 null 宋明軍 1 王佐偉 2 趙 鵬 1 張旭林 1 1 甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所 甘肅 蘭州730070 2 甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技成果轉(zhuǎn)化處 甘肅 蘭州730070 圖1 夾芯復(fù)合保溫墻體 圖2 外保溫復(fù)合墻體 2019年筆者對(duì)金昌市修建的10 m跨度復(fù)合保溫墻體日光 溫室進(jìn)行環(huán)境性能監(jiān)測(cè) 墻體結(jié)構(gòu)為37 cm黏土磚墻 20 cm 聚苯乙烯板 外界最低溫度出現(xiàn)在 1 月 31 日 為 22 12 溫 室內(nèi)最低溫度為 6 99 室內(nèi)外溫差 29 11 1 月和 2 月平均 設(shè)施農(nóng)業(yè) 2025 01 設(shè)施農(nóng)業(yè) 2025 01 40 41 設(shè)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(nèi)1月和2月份平均溫度分別為15 75 16 50 圖3 均達(dá)到春秋溫度劃分標(biāo)準(zhǔn) 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(nèi)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(shuō)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(yīng)使墻體的總導(dǎo)熱熱阻不低于設(shè)計(jì)低限熱阻 R min 即應(yīng)滿足 R R min 的要求 墻體的熱阻由以下計(jì)算式計(jì)算確定 1 式中 為第 i 層材料的厚度 m 為第 i 層材料的導(dǎo) 熱系數(shù) W m 日光溫室墻體應(yīng)有足夠的蓄熱層 墻體蓄熱層為墻體保溫 層以內(nèi)的墻體 墻體蓄熱層的總厚度應(yīng)滿足對(duì)墻體蓄熱容量參數(shù) F h F hmin 的要求 F h 計(jì)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(shù) kJ m 2 參照日光溫室常用墻體材料熱工參數(shù) 表1 依據(jù)甘肅省 不同地區(qū)日光溫室墻體熱阻和熱容量參數(shù)計(jì)算方法和取值 表2 通過(guò)計(jì)算滿足甘肅省不同地區(qū)復(fù)合墻體蓄熱容量參數(shù)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(fù)合保 溫墻體低限熱阻的聚苯板厚度在0 10 0 25 m 根據(jù)計(jì)算結(jié)果 組合出甘肅省主要地區(qū)復(fù)合保溫墻體結(jié)構(gòu)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(zhì)低限熱阻 通過(guò)計(jì) 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(duì)其進(jìn)行熱容量參數(shù)計(jì)算 均滿足墻體蓄熱要求 圖3 室內(nèi)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(shù) 表2 甘肅省不同地區(qū)日光溫室保溫設(shè)計(jì)參數(shù) 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(shí)刻 0cm 10 cm 20 cm 30 cm 37cm 57cm 室內(nèi)溫度 1 2 溫室墻體蓄熱保溫設(shè)計(jì) 為了進(jìn)一步優(yōu)化外保溫復(fù)合墻體日光溫室建造參數(shù) 以生產(chǎn) 中應(yīng)用最多的黏土磚墻和聚苯板組合墻體為研究目標(biāo) 進(jìn)行溫室 復(fù)合墻體保溫蓄熱結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì) 主要參數(shù)包括墻體總熱阻 低 限熱阻和蓄熱容量參數(shù)等指標(biāo) 通過(guò)這些參數(shù)的計(jì)算 提出甘肅 省不同氣候類型區(qū)日光溫室復(fù)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(jù) 參考 節(jié)能日光溫室設(shè)計(jì)建造規(guī)程 7 溫室墻體結(jié)構(gòu)阻止熱量傳遞的能力可用熱阻 R 來(lái)評(píng)價(jià) 熱阻越 大 保溫能力越強(qiáng) 滿足溫室保溫要求所必需的最小熱阻 叫作 溫室圍護(hù)結(jié)構(gòu)的低限熱阻 溫室墻體應(yīng)具有足夠的保溫性 其總 墻體材料 密度 kg m 3 導(dǎo)熱系數(shù) W cm 比熱容 J kg 實(shí)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(shè)計(jì) 溫度 復(fù)合墻體 低限熱阻 m 2 W 單一材質(zhì)土墻 低限熱阻 m 2 W 最小蓄熱容量 參數(shù) F hmin kJ m 2 蘭州 12 9 4 4 2 0 500 天水 10 1 4 0 1 9 450 平?jīng)?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(shè)計(jì)溫度參考 日光溫室設(shè)計(jì)規(guī)范 8 溫度 溫度 墻體由內(nèi)向外深度 設(shè)施農(nóng)業(yè) 2025 01 設(shè)施農(nóng)業(yè) 2025 01 40 41 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 設(shè)施農(nóng)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(fù)合保溫墻體結(jié)構(gòu)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?jīng)?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(dǎo)熱系數(shù)取 0 93 W m 1 3 日光溫室宜機(jī)化優(yōu)化設(shè)計(jì) 針對(duì)現(xiàn)有日光溫室結(jié)構(gòu)不利于機(jī)械化作業(yè)的問(wèn)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(shè)計(jì)日光 溫室采光屋面角 a 保障越冬生產(chǎn)時(shí)冬至日正午前后4 h 10 00 14 00 太陽(yáng)直射光的入射角 Q 在43 以內(nèi) 在此基礎(chǔ)上適當(dāng)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(shí)踐證明在此高度上 能滿足小型機(jī)械在溫室內(nèi)作業(yè) 為方便小型機(jī)械進(jìn)出日光溫室 在溫室前屋面拱架上預(yù)留活 接 圖 6 溫室內(nèi)需要耕作時(shí)拆掉下部拱架 揭開(kāi)棚膜后 就 會(huì)形成 2 0 m 2 2 m 的通道 圖 7 可以方便機(jī)械進(jìn)出 也 可將溫室門做成能進(jìn)行機(jī)械進(jìn)出的通道 但需要注意冬季溫室的 嚴(yán)密和保暖 圖5復(fù)合墻體日光溫室剖面結(jié)構(gòu)圖 單位 mm 圖6 日光溫室前屋面拱架預(yù)留活接 圖7 日光溫室前屋面預(yù)留機(jī)械進(jìn)出通道 設(shè)施農(nóng)業(yè) 2025 01 設(shè)施農(nóng)業(yè) 2025 01 42 43 設(shè)施裝備工程Agricultural Equipment 圖8 外保溫復(fù)合墻體溫室最低溫度變化 圖9 外保溫復(fù)合墻體溫室最高和平均溫度變化 依據(jù)以上日光溫室優(yōu)化建造參數(shù) 筆者所在團(tuán)隊(duì)于 2023 年 在甘肅省蘭州市建造了2座復(fù)合保溫墻體日光溫室 分別 是2號(hào)溫室和3號(hào)溫室 溫室跨度10 m 脊高4 8 m 墻體結(jié)構(gòu)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(jīng)對(duì)新建的兩座復(fù)合保溫墻體 日光溫室于2023年冬季至2024年春季進(jìn)行環(huán)境性能監(jiān)測(cè) 冬季溫室內(nèi)最低溫度基本保持在10 以上 溫室保溫性能穩(wěn) 定 溫室內(nèi)無(wú)大幅降溫情況 2 號(hào)溫室和 3 號(hào)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(nèi)溫度條件均優(yōu)于改進(jìn)前的溫室 表現(xiàn)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(hào)溫室 null號(hào)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(hào)最高溫度 null號(hào)最高溫度 null號(hào)平均溫度 null號(hào)平均溫度 3 結(jié)語(yǔ) 甘肅省地域狹長(zhǎng) 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(duì)當(dāng)前發(fā)展 現(xiàn)代農(nóng)業(yè) 設(shè)施生產(chǎn)要向機(jī)械化 輕簡(jiǎn)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(shù) 本文從日光溫室墻體標(biāo)準(zhǔn)化 和結(jié)構(gòu)宜機(jī)化兩個(gè)方面入手 對(duì)日光溫室結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行了分析和 研究 通過(guò)實(shí)踐證明優(yōu)化后的日光溫室表現(xiàn)出良好的環(huán)境性能 經(jīng)過(guò)甘肅省日光溫室建造標(biāo)準(zhǔn)化的探索和實(shí)踐 對(duì)規(guī)范我省日光 溫室建造起到一定的促進(jìn)作用 參考文獻(xiàn) 1 張譯林 陳祖貴 任旭東 依托蔬菜產(chǎn)業(yè)譜寫甘肅現(xiàn)代高效農(nóng)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(shè)計(jì)建造及實(shí)踐 J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 2006 7 28 29 3 陳永生 劉先才 2019 中國(guó)蔬菜機(jī)械化發(fā)展報(bào)告 J 中國(guó)農(nóng)機(jī)化 學(xué)報(bào) 2020 41 3 46 53 4 張彩虹 姜魯艷 張小慧 等 設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備現(xiàn)狀分析 J 農(nóng) 業(yè)工程技術(shù) 2023 43 27 5 8 21 5 宋衛(wèi)堂 設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)機(jī)械化的需求 J 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào) 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(zhì)輕簡(jiǎn)高效生產(chǎn)技 術(shù)規(guī)程 J 中國(guó)蔬菜 2022 5 111 119 7 李天來(lái) 鄒志榮 馬承偉 等 節(jié)能日光溫室設(shè)計(jì)建造規(guī)程 M 西安 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社 2017 45 48 8 農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 NYT 3223 2018 日光溫室設(shè)計(jì)規(guī)范 S 北京 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社 2018 項(xiàng)目支持 甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目 2021GAAS26 甘 肅 省 自 然 科 學(xué) 基 金 項(xiàng) 目 23JRRA1794 作者簡(jiǎn)介 宋明軍 1969 男 甘肅平?jīng)鋈?研究員 研究方向 農(nóng)業(yè)設(shè)施環(huán)境與工程技術(shù) 日光溫室設(shè)計(jì)與建造 溫室環(huán)境調(diào)控 設(shè)施農(nóng)業(yè)新材料及新設(shè)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(biāo)準(zhǔn)化建造的探索與實(shí)踐 J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 2025 45 3 39 42