煙臺市日光溫室建造技術現(xiàn)狀及對策研究

煙 臺市日光溫室建造技術現(xiàn)狀及對策研究張敬夫 ，馬前磊 ，安 毅 ，劉曙光 ，馬云飛（中國農(nóng)業(yè)大學煙臺研究院，山東 煙臺 264670）摘 要 ：為全面了解煙臺市日光溫室的結(jié)構(gòu)類型 、建造技術現(xiàn)狀以及存在的問題，為當?shù)厝展鉁厥业囊?guī)范化建設與發(fā)展提供參考，于 20152016 年對煙臺市的典型日光溫室進行了現(xiàn)場調(diào)研和測試，明確了煙臺市日光溫室的建筑材料 、構(gòu)造參數(shù)以及環(huán)境條件等技術現(xiàn)狀 。結(jié)果表明，目前煙臺市日光溫室整體上規(guī)模較大 、形式多樣，也存在著由于缺乏規(guī)范 、合理的建造標準而導致的溫室墻體構(gòu)造不合理 、墻體厚度及后屋面角比較隨意 、溫室骨架制作工藝粗糙等問題，并提出了煙臺市日光溫室建造技術的相關建議 。關鍵詞 ：日光溫室；調(diào)研；煙臺中圖分類號 ：S625.1 文獻標識碼 ：A 文章編號 ：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基金項目 ：煙臺市科技計劃項目（ 2013ZH083）；中國農(nóng)業(yè)大學煙臺研究院本科生 URP 計劃（ U2016019）作者簡介 ：張敬夫（ 1995-），女，山東煙臺人，在讀本科，研究方向：設施農(nóng)業(yè)科學與工程 。馬云飛為通信作者 。doi:10.3969/j.issn.1002-2481.2017.05.41煙臺市位于東經(jīng) 119°34121°57，北緯 36°1638°23，屬溫帶季風氣候，是山東省東部地區(qū)對日本 、韓國蔬菜出口的重要基地 。據(jù)統(tǒng)計，截至 2015 年，煙臺市擁有冬暖式日光溫室 7 萬余個，設施蔬菜產(chǎn)值達到 4.5 億元，占煙臺蔬菜產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的 85%1，已成為煙臺市農(nóng)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè) 。為全面了解煙臺市日光溫室的結(jié)構(gòu)類型 、建造技術現(xiàn)狀以及存在的問題，本研究對煙臺市的典型日光溫室建造技術現(xiàn)狀進行了現(xiàn)場調(diào)研和測試，針對煙臺市日光溫室的建筑材料 、構(gòu)造參數(shù)以及環(huán)境條件等技術現(xiàn)狀，提出了煙臺市日光溫室建造技術的相關建議，旨在為煙臺市日光溫室的規(guī)范化建設與設施蔬菜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供參考和借鑒 。1 研究方法本次調(diào)查時間為 20152016 年，選取了煙臺市的 57 棟日光溫室作為調(diào)研對象，調(diào)研的內(nèi)容包括日光溫室的建筑材料 、基本構(gòu)造參數(shù) 、構(gòu)造特點及存在的問題等 。采用走訪各地農(nóng)業(yè)局及農(nóng)戶，通過交流 、訪談以及現(xiàn)場測量等方法進行調(diào)查，調(diào)查地點分別在煙臺市的牟平區(qū) 、福山區(qū) 、萊山區(qū) 、海陽市和萊陽市 5 個區(qū)縣 。2 煙臺市日光溫室結(jié)構(gòu)及建造技術現(xiàn)狀2.1 日光溫室墻體構(gòu)造日光溫室后墻構(gòu)造調(diào)查的內(nèi)容主要包括墻體類型 、墻體材料 、墻體厚度 、建造方式以及熱阻情況，按照溫室建造的年代及墻體構(gòu)造的做法，可以歸納為 9 種典型的墻體構(gòu)造，其中，單質(zhì)材料構(gòu)造的墻體有 4 種類型，復合材料構(gòu)造的墻體有 5 種類型（表 1） 。山西農(nóng)業(yè)科學 2017， 45（ 5）： 839-842， 847 Journal of Shanxi Agricultural Sciences839· ·山 西農(nóng)業(yè)科學 2017 年第 45 卷第 5 期注：材料的熱工參數(shù)及計算方法均參照 日光溫室結(jié)構(gòu) （ JB/T102862001） 。表 2 同 。日光溫室后墻要求砌筑材料傳熱系數(shù)低 、密度和比熱容高，具有良好的保溫蓄熱性能2。從表 1 可以看出，煙臺市日光溫室后墻材料多樣 、做法多樣 、厚度不同 、保溫效果也具有明顯的差異 。單質(zhì)材料墻體有水泥空心磚 、加氣混凝土砌塊 、紅磚和土墻，用水泥砂漿抹面，占總量的 59.6%。復合墻體的材料主要有紅磚 、麥秸 、煤渣 、蒸壓灰砂磚 、粉煤灰蒸壓磚 、聚苯板 、毛石等，用水泥砂漿抹面或混合砂漿勾縫 。以紅磚為后墻材料的日光溫室占 12.3%， 2003 年以前日光溫室的后墻材料以紅磚為主，隨著煙臺市禁止使用黏土機制紅磚以及機制紅磚價格的升高3， 2005 年以后農(nóng)戶開始對其他后墻砌筑材料進行探索，但在實踐過程中普遍存在著重保溫 、輕蓄熱的誤區(qū) 。黏土獲取方便 、價格低廉 、蓄熱及保溫性較好 、易于施工，在山東省濰坊及魯西北地區(qū)被大量應用于溫室后墻4-5。以黏土為后墻材料的日光溫室占7.0%，煙臺市屬于丘陵地帶，土地資源比較緊張，以黏土為后墻材料的日光溫室土墻寬度為 5 m，使其土地利用率極低，建造的土方工程量也比較大，土墻淋濕后再干燥時，容易產(chǎn)生裂縫影響保溫效果，因此，在煙臺等沿海降雨多的地區(qū)，土墻作為溫室后墻的日光溫室受到一定的限制 。以加氣混凝土砌塊為后墻材料的日光溫室占19.3%，該類型的日光溫室具有密度小 、尺寸大 、保溫性能好 、砌筑效率高等優(yōu)點，但使用加氣混凝土砌塊的溫室后墻往往會出現(xiàn)大量裂縫，主要原因一是加氣混凝土的干燥收縮值以及線膨脹系數(shù)較高，導致其干燥變形及溫度變形值較大；二是加氣混凝土砌塊氣孔率通常達到 70%80%，且多數(shù)氣孔呈封閉狀，容易將砌筑砂漿中的水分吸走導致砌筑砂漿黏結(jié)性變差 、溫室后墻出現(xiàn)大量裂縫，嚴重影響溫室的美觀及保溫性能6。采用加氣混凝土后墻的日光溫室普遍夜間溫度比較低，這是因為加氣混凝土雖然保溫性能好，但其蓄熱系數(shù)較小，僅為砂漿黏土磚的 1/3 左右7，表面抵抗溫度波動的能力較差 。采用水泥空心磚為日光溫室后墻材料的占21%，水泥空心磚同樣具有質(zhì)輕 、強度高等優(yōu)點，但由于磚體空隙前面部分的實心部分厚度較薄，蓄熱性能較差，因此，采用水泥空心磚后墻的溫室普遍夜間溫度比較低，甚至部分溫室出現(xiàn)過凍害的現(xiàn)象 。采用復合異質(zhì)墻體的日光溫室表現(xiàn)出了良好的蓄熱及保溫性能，特別是采用聚苯板做為保溫材料的日光溫室，其保溫性能遠遠高于其他單質(zhì)墻體日光溫室8。煙臺市日光溫室后墻材料采用蒸壓灰砂磚及粉煤灰磚復合材料為后墻材料的日光溫室各占 8.8%，溫室內(nèi)冬季熱環(huán)境比較好 。蒸壓灰砂磚是以砂和石灰為主要原料，經(jīng)坯料制備 、壓制成型，再經(jīng)高壓蒸氣養(yǎng)護而成的，粉煤灰磚則由大摻量粉煤灰混凝土制成，二者都具有較好的蓄熱性和耐久性，并且這 2 種材料的生產(chǎn)均沒有燒結(jié)過程，節(jié)能環(huán)保 、造價低廉，可以作為紅磚的代替品進行推廣 。煙臺福山區(qū)有 3 棟日光溫室后墻采用毛石砌筑，墻背面采用玉米秸稈沿墻堆垛保溫的形式 。毛石具有保溫蓄熱效果好 、抗壓強度高的特點，可用于砌筑日光溫室墻體，但存在著砌體密度大 、砌筑效率低下以及砌筑人工費較貴的缺點，除了毛石產(chǎn)區(qū)外不適宜于進行推廣 。2.2 日光溫室后屋面2.2.1 日光溫室后屋面構(gòu)造 后屋面是日光溫室圍護結(jié)構(gòu)保溫設計中的重要組成部分，煙臺市日光溫室后屋面的構(gòu)造有 6 種類型（表 2） 。第 2， 3 種類表 1 日光溫室后墻構(gòu)造情況計算熱阻 /（ m2·k） /w）0.992.120.632.732.981.452.282.430.67低限熱阻 /（ m2·k） /w）1.21.21.21.21.21.21.21.21.2編號123456789墻體類型單質(zhì)墻體單質(zhì)墻體單質(zhì)墻體單質(zhì)墻體復合墻體復合墻體復合墻體復合墻體復合墻體后墻構(gòu)造做法及厚度48 cm水泥空心磚 內(nèi)外各 1 cm水泥砂漿抹面40 cm加氣混凝土砌塊 內(nèi)外各 1 cm水泥砂漿抹面37 cm紅磚 內(nèi)外各 1 cm水泥砂漿抹面土墻，上端厚 1.7 m，下端厚 5 m24 cm紅磚 20 cm麥秸 24 cm紅磚 內(nèi)外各 1 cm水泥砂漿抹面24 cm紅磚 20 cm煤渣 24 cm紅磚 內(nèi)外各 1 cm水泥砂漿抹面37 cm蒸壓灰砂磚 6 cm聚苯板 12 cm蒸壓灰砂磚 內(nèi)外各 1 cm水泥砂漿抹面37 cm粉煤灰蒸壓磚 6 cm聚苯板 12 cm粉煤灰蒸壓磚 + 內(nèi)外各1 cm水泥砂漿抹面60 cm毛石 混合砂漿勾縫數(shù)量 /棟12117455553百分比21.019.312.37.08.88.88.88.85.2840· ·張 敬夫等：煙臺市日光溫室建造技術現(xiàn)狀及對策研究表 2 日光溫室后屋面構(gòu)造情況計算熱阻 /（ m2·k/w）2.412.540.991.370.201.96低限熱阻 /（ m2·k/w）1.41.41.41.41.41.4編號123456后屋面材料（由下至上）檁條 薄膜 20 cm玉米秸稈 8 cm碎石混凝土檁條 薄膜 20 cm玉米秸稈 + 薄膜 20 cm土層檁條 薄膜 雙層草苫 + 薄膜 20 cm土層（草泥）彩鋼夾芯板，中間為 8 cm厚聚苯板6 cm預制水泥板 1.5 cm水泥砂漿抹面5 cm聚苯板 + 草苫 15 cm土層（草泥）數(shù)量 / 棟111711972百分比 /%19.329.819.315.812.33.5型的后屋面構(gòu)造都比較低廉，便于就地取材，第1， 2， 3 種類型的保溫層（玉米秸稈或草苫）在薄膜破壞后容易吸水，使用壽命較短，需要每 2 a 更換一次；第 4 種類型的施工比較方便，但由于溫室內(nèi)的相對濕度較高，普通的彩鋼夾芯板在吸水后容易出現(xiàn)結(jié)冰的情況，從而會破壞保溫材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，腐蝕彩鋼板，使夾芯板材的保溫性及使用壽命直接下降；第 5 種類型的承載力 、防水效果及使用壽命較好，但其熱阻較小，保溫效果較差；在第 6 種類型構(gòu)造設計中，聚苯板因為需要承擔上部草苫和土層傳來的重力，容易發(fā)生斷裂 。2.2.2 日光溫室后屋面傾角與寬度 日光溫室后屋面傾角的大小對日光溫室的采光和保溫性均有一定的影響，一般情況下應該略大于當?shù)囟琳绲奶柛叨冉?5°8°。在冬季生產(chǎn)時，盡可能使太陽直射光能照到日光溫室后坡面內(nèi)側(cè)；在夏季生產(chǎn)時，則應避免太陽直射光照到后坡面內(nèi)側(cè)9。所調(diào)研的煙臺市日光溫室的后屋面傾角設置比較隨意，一般多在 25°50°的范圍內(nèi)，有 2 棟溫室的后屋面傾角甚至在 63°左右 。日光溫室后屋面寬度會對日光溫室的保溫性與建設成本產(chǎn)生影響，隨著后屋面的寬度變大，溫室的保溫性能會得到提高，但同時建設成本也會相應提高10。所調(diào)研的煙臺市日光溫室跨度 9 m的溫室，后屋面的寬度（水平）一般在 0.81.4 m。2.3 日光溫室前屋面煙臺市日光溫室的前屋面透光材料多為 PE 薄膜和 PVC 薄膜以及 EVA 復合膜這 3 種 。其中， PE膜（包括普通膜及無滴膜）因為良好的透光性及壽命使用最為廣泛，在調(diào)研的 57 棟溫室中，有 38 棟溫室使用 PE 膜，占調(diào)查總數(shù)的 66.7%；而 PVC 膜則因為使用壽命及后期透光性較差的原因應用相對較少，有 9 棟溫室使用 PVC 膜，占調(diào)查總數(shù)的15.8%； EVA 復合膜具有透光率高 、保溫效果好 、抗拉及耐候性能均優(yōu)于普通農(nóng)膜的優(yōu)點，盡管價格稍高，仍有 10 棟溫室使用，占調(diào)查總數(shù)的 17.5%。煙臺市日光溫室的外保溫覆蓋層材料共有 4種，草簾的使用范圍比較廣，有 23 棟溫室使用，占調(diào)查總數(shù)的 40.4%；有 8 棟溫室采用綴鋁箔 PE 發(fā)泡無紡布保溫被，占調(diào)查總數(shù)的 14.0%；有 15 棟溫室采用PE 發(fā)泡保溫被，占調(diào)查總數(shù)的 26.3%；其余 11 棟溫室則采用由機器縫制的棉氈普通保溫被，占調(diào)查總數(shù)的 19.3%。在干燥的狀態(tài)下草簾的保溫性能最好，并且價格最低； PE 發(fā)泡保溫被質(zhì)量較輕，在早春季節(jié)不利于防風；綴鋁箔 PE 發(fā)泡無紡布保溫被保溫能力較好，但價格相對較高；而普通的棉氈保溫被防風性能較好，但防水性能較差，一旦進水就會造成保溫能力下降 。2.4 日光溫室地面下挖深度對于適宜于采用土墻作為溫室后墻的地域來說，溫室地面下挖的土可以被用來做后墻，從而節(jié)省了墻體材料11，同時地面下挖也可以減少地面四周傳熱，增大溫室的容積，改善溫室的熱穩(wěn)定性12。調(diào)研的溫室中，有 15 棟溫室的地面比室外地面要低，深度為 0.51.2 m，其中下挖深度較大的日光溫室棚內(nèi)容易出現(xiàn)相對濕度過大的現(xiàn)象，主要原因一是煙臺大部分地區(qū)臨近沿海，地下水位較高而導致溫室內(nèi)地面水分蒸發(fā)量高；二是和內(nèi)陸相比，煙臺市降雨量較多，如果溫室群之間的排水處理不當，容易出現(xiàn)因雨水滲入地下造成溫室土壤含水量較高的現(xiàn)象 。尤其在晚秋和早春以及連陰雨季節(jié)，不利于溫室內(nèi)蔬菜病害防治 。2.5 日光溫室通風形式日光溫室必須設置通風口進行通風，以利于降溫 、除濕 、調(diào)節(jié) CO2含量等13。但在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，通風口形式 、風口位置及風口面積各異，其實際通風效果也各有差異 。煙臺市日光溫室通風方式主要有以下 3 種類型：第 1 種是在屋脊處向前扒膜和前底腳處扒膜相結(jié)合通風，有 12 棟溫室使用，占調(diào)查總數(shù)的 21.1%；有 28 棟溫室采用在屋脊處向前扒膜和前坡離地面 1 m處扒膜相結(jié)合通風的方式，占調(diào)841· ·（下轉(zhuǎn)第 847 頁 ）山西農(nóng)業(yè)科學 2017 年第 45 卷第 5 期查總數(shù)的 49.1%；另外，有 17 棟溫室在溫室后墻開窗或者通風口和前坡離地面 0.8 m高處扒膜相結(jié)合通風，占調(diào)查總數(shù)的 29.8%。第 1 種通風方式的通風總量較大，通風降溫性能較好，但在通風時，風會直接吹到作物上，不利于作物生長，尤其是在室外溫度較低 、作物處于幼苗階段時，甚至會使作物遭受冷害 。另外，這種通風方容易使屋脊處前屋面棚膜起皺，影響采光，并且風口部位的棚膜易磨損，造成冷風滲透 。第 2 種通風方式雖然避免了冷風直接吹在作物上，但屋脊處前屋面薄膜的缺陷依然存在 。第 3 種通風方式可根據(jù)不同的作物通風需求，開啟不同數(shù)量的通風窗，靈活方便，而且避免了屋脊前屋面扒膜通風時磨損棚膜的現(xiàn)象，同時前屋面棚膜始終處于繃緊的狀態(tài)，采光效果較好 。2.6 日光溫室的骨架結(jié)構(gòu)日光溫室立柱和屋面骨架的結(jié)構(gòu)類型對日光溫室的結(jié)構(gòu)安全及造價有著較大的影響 。在調(diào)研的57 棟溫室中，有 9 棟溫室使用混凝土立柱 、竹竿骨架，占 15.8%；有 13 棟溫室使用熱鍍鋅鋼管焊接骨架 、混凝土立柱或者鋼柱支撐，占 22.8%；有 27 棟溫室直接采用熱鍍鋅鋼管焊接骨架，占 47.4%，其中有 9 棟骨架外涂紅丹防銹漆；有 5 棟溫室采用裝配式薄壁熱鍍鋅鋼骨架，占 8.7%；另外還有 3 棟溫室骨架采用幾字型鋼制作 。采用混凝土立柱 、竹竿骨架的溫室整體造價較低，但在冬季溫室遭受雪災坍塌的風險較大；采用熱鍍鋅鋼管焊接骨架的溫室，由于溫室內(nèi)濕度較大，多數(shù)施工焊點出現(xiàn)銹蝕的現(xiàn)象，嚴重威脅溫室安全；而采用幾字型鋼骨架的溫室骨架陰影率較低，透光率較高 。3 煙臺市日光溫室規(guī)范化建造的建議3.1 溫室墻體煙臺市日光溫室后墻墻體應摒棄以水泥空心磚和加氣混凝土砌塊為材料的單質(zhì)墻體14，采用以蒸壓灰砂磚復合墻體及粉煤灰磚加聚苯板復合墻體為主的構(gòu)造做法以提高其保溫性能15。上述復合保溫墻體構(gòu)造做法，其保溫性能和蓄熱性能在以往研究中已經(jīng)得到認可16。3.2 溫室后屋面構(gòu)造 、寬度與傾角對于煙臺市日光溫室后屋面的構(gòu)造做法，建議從里向外按照防水層 + 承重層 + 保溫層 + 防護層的原則進行設計17，以達到保溫的目的 。有資料表明，在北緯 36°40°地區(qū)，溫室的后屋面寬度宜在1. 21. 4 m18。根據(jù)地理緯度，煙臺市日光溫室的后坡水平寬度應在 1. 2 m以上，低于該數(shù)值則有可能會影響溫室的保溫效果，高于該數(shù)值會增加造價，合理的后屋面傾角應該為 35°38°。3.3 溫室地面下挖深度煙臺市日光溫室的地面下挖深度要根據(jù)溫室所在地域的情況進行具體分析 。在煙臺市地下水位較低的地域，可以采取溫室地面下挖的方式增強保溫效果，下挖深度不宜超過煙臺地區(qū)凍土層的厚度，即 0.55 m。3.4 溫室通風形式煙臺市日光溫室可以采取后墻開窗和前坡離地面 0.8 m高處扒膜相結(jié)合的通風形式，但后墻開窗的大小 、間距以及前坡扒膜的面積需要根據(jù)溫室的必需通風量進行計算 。3.5 日光溫室的骨架結(jié)構(gòu)在經(jīng)濟條件允許的情況下，應該首選鍍鋅裝配式或幾字型鋼骨架19，并根據(jù)不同跨度，形成標準構(gòu)造做法，在保證安全的情況下節(jié)省骨架材料造價 。4 結(jié)語總之，煙臺市日光溫室建設規(guī)模較大 、形式多樣，但在溫室后墻 、后屋面 、地面下挖深度 、溫室骨架等構(gòu)造參數(shù)以及通風方式的選擇方面還有必要進一步探討和研究，在地域日光溫室標準化方面還需要做大量工作 。參考文獻 ： 1煙臺市統(tǒng)計局 . 煙臺市統(tǒng)計年鑒 M. 煙臺：煙臺市統(tǒng)計局， 2015. 2陳端生 . 中國節(jié)能型日光溫室建筑與環(huán)境研究進展 J. 農(nóng)業(yè)工程學報， 1994， 10（ 1）： 123- 129. 3山東省人民政府辦公廳 . 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