節能日光溫室的優化建造

黃若忱

我國日光溫室的現狀和特點在農業生產中，日光溫室能充分利用太陽光熱資源，減少環境污染，在一定程度上實現土地利用的高效化。目前，我國日光溫室發展迅速，建造面積已經達到了近 16×104 hm2，經濟效益十分可觀。隨著日光溫室建造技術的不斷提高和發展，日光溫室科技含量也不斷提升，節能智能型的日光溫室將逐步形成規模。

2 節能日光溫室的建造原則

節能型日光溫室的建造要具有以下要求：一是要有良好的透光性能，保證太陽光利用率比較高；二是要有良好的增溫和保溫性能，保證日光照射下增溫加快；三是要有良好的通風和排濕性能，保證日光溫室內的濕度在合理要求范圍內；四是要有良好的防風性能，保證日光溫室的結構牢固和使用壽命長；五是要易于操作、易于建設、便于管理，并且投資較少。

3 節能日光溫室的建造技術

3.1 節能日光溫室的方位選擇

節能日光溫室的方位選擇主要是指節能日光溫室的朝向根據實地太陽光照射情況做出的選擇，節能日光溫室的朝向應該坐北朝南、東西延長，保證接受陽光時間長、光照利用率高。在冬天氣溫不太低的地方，并且太陽升起得早，上午太陽光照射比較充足，選擇的方位南偏東；在冬天氣溫比較低的地方，而且太陽升起得比較晚，上午太陽光照射時間不長，應選擇的方位南偏西。節能日光溫室偏向的選擇不管是南偏西還是南偏東，都應根據實地的氣候、地形、地勢等條件做出科學合理的選擇，且偏東或偏西都不要超過 10毅。如果在選擇方位的實際操作中，由于地理條件等原因不能按照以上要求施工，應根據以下方法措施做出調整。在日光溫室的建造實地，樹立 一個與地面垂直的標桿，觀察晴朗天氣下 12：00 —12：30區間的標桿投影，選取最短的標桿投影并做出它的垂線，以該垂線的垂足為基點，該垂線旋轉科學合理的角度，此時旋轉后的垂線為后墻方向的基準線，以此基準線確立節能日光溫室的方位。節能日光溫室不僅要考慮方位的選擇，同時也要考慮選地的交通是否發達、土壤墑情如何、是否在較高的地勢、土質透氣性能如何、防洪防澇能力如何、土壤肥力怎么樣等等。

3.2 節能日光溫室的結構設計

節能型日光溫室的結構設計要素包括前屋面及前屋面傾角、后屋面及后屋面傾角、后屋面水平投影長度、跨度、高度、溫室面積、溫室墻體厚度等。這些結構設計要素的優化，能極大地提高日光溫室的光照利用率、保溫性能、增溫速度、抗風性能和使用壽命等。

3.2.1 前屋面及前屋面傾角

節能型日光溫室的前屋面為采光面，它的形狀有立坡式、二折式、三折式及拱圓形，拱圓形又有拋物線、擺線、圓弧線等形狀。目前經常采用的有立坡式和拋物線兩種形式，立坡式日光溫室由于結構限制，必須用竹竿壓膜并用鐵絲纏繞綁縛，鐵絲穿過膜使得膜上有了孔洞，降低了日光溫室的保溫效果，同時也在竹竿上形成水滴，水滴從竹竿上滴下將影響到日光溫室內蔬菜作物的生長。拋物線日光溫室相比較立坡式日光溫室有許多優點，結構牢固、抗壓性好，采光面積大、增溫速度快，采光面向上凸起、透光性能好、光照利用率高，拉起和放下保溫覆蓋物方便、便于用壓膜繩壓膜，拋物線型不易形成水滴、即使有也會順拋物線流走，拋物線型積雪少、清掃比較方便。前屋面傾角是通過計算得到的，根據計算得到的前屋面傾角可以對照日光溫室的跨度、高度與前屋面傾角的對應關系表選配適當的跨度與高度。前屋面傾角用琢F 表示，合理的前屋面傾角應符合式（1）條件。

3.2.2 后屋面及后屋面傾角與水平投影長度

日光溫室設計了后屋面，采用平面形或稍微起拱即可。后屋面可以對北方冬季里寒冷的西北風產生導向，使得冷空氣沿著后屋面流走，對提高日光溫室的保溫有著顯著的效果。后屋面不僅可以提高日光溫室的高度、增大采光面的角度、有利于太陽光的射入，也可以使采光面上的保溫覆蓋物（草墊、棉被等）揭蓋后的擺放方便。但是后屋面阻擋了天空中的散射光從日光溫室的北面射入，影響了日光溫室后面的光照條件，造成日光溫室后面的作物在生長發育情況、產量、質量等方面明顯不如前面的作物。為保障寒冷冬季時期日光溫室的室內溫度，平衡利弊，設計后屋面是必不可少的。后屋面傾角即后坡仰角，應該大于當地冬至正午太陽高度角的 5°~8°，后屋面傾角大小決定了冷空氣流的速度，傾角過大不利于冷空氣沿后面流走，傾角過小影響到太陽光不能直接照射到后屋面的內面，不利于提高日光溫室內的溫度，影響了日光溫室后面的光照效果。太陽高度角是指地球上的某個地點太陽光線與通過該地點與地心相連的地表切面的夾角。太陽高度角由所在地點的緯度決定，在北緯 35°左右的地區，太陽高度角 31.6°，后坡仰角應該在 36.6°~39.6°，后屋面的水平投影長度應該在 1 m 左右，減少遮光。

3.2.3日光溫室的高度與南北跨度

日光溫室的高度與南北跨度決定了溫室的采光面積、采光面角度、溫室結構強度。日光溫室的高度是前屋面和后屋面的交點處（日光溫室最高點）到基準地面的距離。南北跨度是日光溫室的后墻到前屋面骨架最南端的距離。日光溫室的高度與南北跨度的比例要通過科學的計算得出，這個比例形成的形狀要通過力學分析，進行結構強度校核，具備足夠的安全系數。這個比例所決定的采光面積、采光面角度（決定著陽光入射角的大小）也要經過升溫、保溫、陽光利用率等指標科學計算，使其符合節能日光溫室的建造要求。南北跨度可用公式算出：

南北跨度 = 溫室最高點高度×ctga（a 為采光面角度）＋后屋面的投影長度. （3）

3.2.4 日光溫室面積

日光溫室面積 = 溫室南北跨度×溫室長度.（4）

日光溫室面積要設計在一個科學合理的范圍內，一般為0.067 hm2 ~0.034 hm2。合理面積的日光溫室能使保溫性能增強、管理操作方便、工作效率提高，合理的面積能有效降低嚴寒天氣下冷害或凍害的發生，減少冬季拉起、放下覆蓋物的時間，日光溫室面積參數是一個重要的經濟、節能指標。

3.2.5 后墻高度

后墻高度是指日光溫室的后坡內表面和后墻內表面的交線與溫室內地平面之間的距離。后墻高度可按式（5）確定，日光溫室的后墻高度一般應在 2.5~4.5 m。

h = H-btanαR. （5）

3.2.6 拱架間距和墻體厚度
拱架間距由拱桿強度、覆蓋材料性能及當地風雪荷載情況確定。日光溫室墻體厚度由當地的凍土層厚度確定，一般是凍土層厚度的兩倍。
3.3 節能型日光溫室的覆蓋材料
日光溫室采光面透明覆蓋材料，通過優化選擇使其具有節能效果，并且也具有透光性好、抗壓抗拉性強、保溫性能良好、使用時間長等特點。一般使用的有聚乙烯無滴膜、三層共
擠復合膜、聚乙烯無滴轉光膜、乙烯—醋酸乙烯三層共擠無滴保溫防老化膜、聚氯乙烯無滴膜等多功能復合膜。
3.4 節能日光溫室的墻體
日光溫室的墻體不僅具有保溫、支撐、封閉等作用，同時也會保存白天太陽能的熱量，到了夜間把白天儲存的熱量釋放出來，起到夜間增溫的作用。墻體分為實心墻與空心墻兩種類型，空心墻又可分為有保溫填充材料和無保溫填充材料兩種類型。
4 結論
通過對日光溫室的方位選擇、結構設計、覆蓋材料和基礎墻體的優化分析，提高了日光溫室的光照利用、保溫、排濕、防風性能，提升了日光溫室的節能效果。