蘭州市節(jié)能型日光溫室結(jié)構(gòu)類型調(diào)查及效益分析

滕漢瑋，于威，王欽（.蘭州市農(nóng)業(yè)科技研究推廣中心，甘肅，730030；.天津科潤(rùn)農(nóng)業(yè)科技股份有限公司蔬菜研究所）

蘭州市節(jié)能型日光溫室結(jié)構(gòu)類型調(diào)查及效益分析

滕漢瑋1，于威1，王欽2
（1.蘭州市農(nóng)業(yè)科技研究推廣中心，甘肅，730030；2.天津科潤(rùn)農(nóng)業(yè)科技股份有限公司蔬菜研究所）

通過調(diào)查研究，篩選出了4種蘭州市較為典型的日光溫室結(jié)構(gòu)類型，分別為壽光5代變異Ⅰ型（Q1）、壽光5代變異Ⅱ型（A2）、8.5 m跨度管架拱圓型（H1）、下沉式8.5 m跨度管架拱圓型（H2），理論上溫室性能Q1最優(yōu)，A2次之，H1、H2較差，同時(shí)對(duì)蘭州市日光溫室的成本和效益進(jìn)行了分析。

日光溫室；結(jié)構(gòu)類型；效益分析

設(shè)施農(nóng)業(yè)是全國農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的顯著標(biāo)志。近年來，蘭州市設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷了由低級(jí)到高級(jí)、由分散到集中、由粗放到集約、由低水平種植向高科技發(fā)展的過程，生產(chǎn)規(guī)模逐步發(fā)展。達(dá)到了厚墻體、高起架、鋼結(jié)構(gòu)、自動(dòng)化控制光熱的要求，采用了卷簾機(jī)、保溫被等配套設(shè)備。到2012年底，蘭州市日光溫室建設(shè)已初具規(guī)模，設(shè)施種植面積10 667 hm2，日光溫室面積達(dá)到4 266.7 hm2，建成5個(gè)千畝設(shè)施農(nóng)業(yè)示范基地，各基地已逐漸連片形成溫室群。種植的蔬菜發(fā)展到數(shù)十個(gè)品種，極大地豐富了冬春季節(jié)蔬菜市場(chǎng)，滿足了人民對(duì)“菜籃子”的需求。所生產(chǎn)的各類蔬菜不僅滿足了本省本市需求，而且還源源不斷地銷往新疆、青海、寧夏、內(nèi)蒙、西藏、陜西等西部地區(qū)。

日光溫室安全性、耐久性和適用性強(qiáng)，節(jié)省土地面積，且保溫效果良好。墻體厚度、后墻高度、方位角、半地下式溫室下沉深度、采光面角、后屋面角、脊高、跨度、后屋面長(zhǎng)度等是實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的重要參數(shù)指標(biāo)。眾所周知，節(jié)能型日光溫室中，光照是其獲取能量的唯一來源，光是溫室內(nèi)氣候環(huán)境中的主導(dǎo)因子，它決定著日光溫室內(nèi)的光照度、溫度、濕度等諸因子的狀況甚至是溫室的整體環(huán)境狀況，建造參數(shù)的合理配比影響日光溫室的采光和保溫性能，因而建造參數(shù)及其配比決定著溫室中作物的生長(zhǎng)發(fā)育以及經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量[1～3]。

目前在蘭州市已建成的日光溫室中，建造參數(shù)及配比各有不同，關(guān)于蘭州市日光溫室建造結(jié)構(gòu)類型的文章也鮮有報(bào)道，因此，本文對(duì)蘭州市已建成的日光溫室結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行調(diào)查，并對(duì)各類型溫室的生產(chǎn)效益進(jìn)行分析。

1 溫室結(jié)構(gòu)調(diào)查

1.1 調(diào)查區(qū)域

蘭州市現(xiàn)轄城關(guān)、七里河、西固、安寧、紅古5個(gè)區(qū)和永登、榆中、皋蘭3個(gè)縣。平均海拔1 500 m，年均日照時(shí)數(shù)為2 600 h，年均無霜期為180 d，年均降水量250～350 mm，年均氣溫9.1℃。

1.2 調(diào)查內(nèi)容

墻體厚、后墻高、方位角、半地下式溫室下沉深度、采光面角、后屋面角、脊高、跨度、后屋面長(zhǎng)度。

2 結(jié)果與分析

通過調(diào)查篩選出了4種蘭州市較為典型的日光溫室結(jié)構(gòu)類型，分別為：8.5 m跨度管架拱圓型（H1）、下沉式8.5 m跨度管架拱圓型（H2）、壽光5代變異Ⅰ型（Q1）、壽光5代變異Ⅱ型（A2）。建造參數(shù)見表1。

蘭州地區(qū)緯度為36°03″，冬至最大太陽高度角為23°27″[4]，理想屋面角為59.45°，合理屋面角為19.45°，合理采光時(shí)段屋面角28.55°～28.70°。表1中屋面角分別為35°和45°在合理采光時(shí)段屋面角的基礎(chǔ)上加大了6.45°和16.45°，目的是加大采光面拋物線的弧度，從而增加入射角在50°以上陽光的照射時(shí)間。為使冬季陽光能整日灑滿后墻內(nèi)側(cè)，后屋面仰角不可太小，至少應(yīng)大于當(dāng)?shù)囟?（12月22日或23日）正午的太陽高度角，保持在35°～45°。在甘肅省中部及東部地區(qū)，后屋面仰角可設(shè)計(jì)為38°左右[5]。以上4類溫室設(shè)計(jì)基本合理。

除可以通過人工的室內(nèi)小氣候環(huán)境調(diào)控實(shí)現(xiàn)日光溫室變溫管理外，通過合理的日光溫室方位角設(shè)計(jì)來達(dá)到調(diào)控室內(nèi)光溫也是一個(gè)可行、有效的方法[7]。李軍等[7]分析探討了西北型節(jié)能日光溫室采光設(shè)計(jì)理論中的溫室方位角和前屋面角的設(shè)計(jì)原理，建議在西北地區(qū)建造東西延長(zhǎng)、面朝正南方向（低緯度區(qū)）或南偏西5～8°（高緯度區(qū)）的節(jié)能日光溫室。曹偉等[8]通過對(duì)具有不同朝向日光溫室室內(nèi)溫度環(huán)境進(jìn)行對(duì)比，認(rèn)為溫室方位角偏西有利于提高晴天時(shí)日光溫室夜間氣溫和地溫。表1中只有A2為南偏東，但是A2用加大下沉深度的方法彌補(bǔ)了地溫降低的問題。然而如表1所示，除H1無下沉外，H2、Q1、A2分別下沉0.3、0.5、1.0 m，據(jù)調(diào)查測(cè)量H2的下沉深度無遮光現(xiàn)象，Q1根據(jù)太陽高度角不同遮光室內(nèi)前端投影長(zhǎng)度為0.5～1.5 m，A2遮光室內(nèi)前端投影長(zhǎng)度在1 m以上，因此，Q1、A2對(duì)于溫室前端作物生長(zhǎng)前期長(zhǎng)勢(shì)有一定程度的影響，適合種植番茄、黃瓜等植株個(gè)體較高的作物。

楊建軍等[9]研究表明，日光溫室墻體越厚儲(chǔ)熱保溫效果越好，當(dāng)達(dá)到當(dāng)?shù)氐淖罴押穸葧r(shí)，再通過增加墻體厚度來增加保溫效果不明顯。墻體內(nèi)距內(nèi)外表面越近溫度變化越劇烈，根據(jù)室內(nèi)外氣溫周期性變化對(duì)墻體內(nèi)部溫度的影響，墻體可以分為隨室內(nèi)氣溫變化的內(nèi)層、中間穩(wěn)定層和隨室外氣溫周期性變化的外層。隨著室溫低—高—低周期性變化，墻體內(nèi)部與室溫的等溫點(diǎn)相應(yīng)進(jìn)行著外移—內(nèi)移—外移的周期性變化，移動(dòng)最大距離距內(nèi)表面50 cm。50 cm厚墻體內(nèi)層是對(duì)溫室環(huán)境貢獻(xiàn)最大儲(chǔ)熱和放熱層[9，10]。然而蘭州市最大凍土層深度為98 cm，按上述理論，隨室內(nèi)氣溫變化的內(nèi)層最大距離距內(nèi)表面50 cm，那么蘭州市日光溫室墻體厚度為148 cm左右，是否需要中間穩(wěn)定層還需要進(jìn)一步試驗(yàn)。如表1所示，4種類型日光溫室中H1、H2墻體略顯單薄，熱傳導(dǎo)過大，不利于溫室保溫；A1、Q1墻體過厚，不但無法進(jìn)一步提升保溫性能，反之使土地利用率降低，浪費(fèi)土地資源。

表1 蘭州市不同結(jié)構(gòu)類型日光溫室建造參數(shù)

墻體高度對(duì)溫室夜間溫度能夠產(chǎn)生明顯影響，隨墻體高度增加，溫室夜間溫度提高，溫室墻體高度增加，夜間降溫速度減慢；墻體高度與室內(nèi)夜間溫度相關(guān)分析結(jié)果表明，墻體面積/總表面積的比值每增加0.1，溫室內(nèi)夜間平均溫度提高0.5℃左右。故隨墻體高度增加，溫室保溫性改善[11]。但同時(shí)要考慮溫室的穩(wěn)定性、采光和保溫性能，其不僅與建造參數(shù)有關(guān)，還與各參數(shù)的比值有關(guān)。

各部位建造參數(shù)比例見表2。前后坡比是指前坡和后坡垂直投影寬度的比例，該比例直接影響到采光和保溫效果。生產(chǎn)上主要有3種：短后坡式，前后坡垂直投影比例為7∶1；長(zhǎng)后坡式，前后坡垂直投影比例為2∶1；無后坡式即全采光面。從保溫、采光、擴(kuò)大栽培面積、方便操作等方面考慮，前后坡垂直投影比例為4.5∶1左右為宜[12]。A2與Q1的比例基本符合建造標(biāo)準(zhǔn)，H1與H2屬于長(zhǎng)后坡式日光溫室，因此在數(shù)據(jù)上與A2、Q1存在差異。

表2 蘭州市不同結(jié)構(gòu)類型日光溫室各部位比例

高跨比是日光溫室高度與跨度的比例，二者比例的大小決定了屋面角的大小。要達(dá)到合理的屋面角，適宜的高跨比為1∶2.2左右。表2中Q1比例略大，A2、H1、H2比例均偏小，但均在合理設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

保溫比指日光溫室內(nèi)的儲(chǔ)熱面積與放熱面積的比例。日光溫室保溫比（R）=日光溫室內(nèi)土地面積（S）/日光溫室前屋面面積（W）。保溫比的大小決定了日光溫室保溫性能的大小，保溫比越大，保溫性能越高。要提高保溫比，應(yīng)盡量擴(kuò)大土地面積，而減少前屋面的面積，但前屋面又起著采光的作用，還應(yīng)該保持在一定的水平，因此，以保溫比值等于1為宜，即土地面積與散熱面積相等較為合理。A2與Q1完全符合標(biāo)準(zhǔn)，H1與H2比例偏小，但基本不會(huì)影響日光溫室的采光和保溫。

因此，從理論層面上分析得出，在不考慮下沉過深影響采光的情況下，蘭州市4種典型日光溫室性能，以Q1最優(yōu)，A2次之，H1、H2較差。

3 效益分析

3.1 溫室成本

①建造成本 溫室建造成本視建造時(shí)間 （物價(jià)）、溫室規(guī)模、使用材料等因素而定。以H1、Q1、A2 3種溫室為例（H1、H2建造成本相當(dāng)），建造年份分別為：1999年、2008年和2010年；建造成本分別為：5 000、40 000、70 000元；單位面積建造成本（建造成本/占地面積）分別為：15.62、35.70、54.38元/m2；可利用土地單位面積建造成本 （建造成本/可耕作面積）分別為：19.84、59.97、86.02元/m2。

②生產(chǎn)成本 生產(chǎn)成本以棚長(zhǎng)70 m為667 m2折算，生產(chǎn)投入為5 986元，其中種子385元，底肥526元，追肥2 166元，農(nóng)藥413元，棚膜1 000元（按使用2 a折算），地膜85元，草簾子611元（按使用4 a計(jì)算），水電費(fèi)700元，其他100元。

3.2 生產(chǎn)效益

①番茄—白菜—茼蒿 667 m2番茄平均產(chǎn)量3 500 kg，平均產(chǎn)值約8 000元；白菜平均產(chǎn)量為4 000 kg，平均產(chǎn)值1 500元；茼蒿平均產(chǎn)量750 kg，平均產(chǎn)值2 000元。三茬合計(jì)平均每667 m2產(chǎn)量為8 250 kg，平均產(chǎn)值11 500元，除去年生產(chǎn)成本5 801元，平均667 m2純收入5 699元。

②一茬辣椒 667 m2辣椒平均產(chǎn)量3 500 kg，平均產(chǎn)值21 000元，除去年生產(chǎn)成本5 776元，平均667 m2純收入15 224元。

③一茬西葫蘆 每667 m2西葫蘆平均產(chǎn)量7 000 kg，平均產(chǎn)值11 200元，除去年生產(chǎn)成本5 781元，平均667 m2純收入5 419元。

④一茬黃瓜 每667 m2黃瓜平均產(chǎn)量15 000 kg，平均產(chǎn)值30 000元，除去年生產(chǎn)成本5 901元，平均667 m2純收入24 099元。

3.3 用水效益

日光溫室每年正常生產(chǎn)10個(gè)月，3～6月及9～ 10月氣溫相對(duì)較高，需水量較大，每月需澆3次水，11月到次年2月氣溫相對(duì)較低，需水量較少，每月需澆2次水，周年需澆22～30次水，每次需水20 m3左右，667 m2日光溫室平均年需水在520 m3左右，按平均667 m2產(chǎn)值18 425元計(jì)算，每1 m3水產(chǎn)值為35.43元，按平均667 m2純收入12 605元計(jì)算，每1 m3水效益為24.24元。

4 展望

日光溫室將是中國溫室園藝裝備優(yōu)化升級(jí)的重點(diǎn)。我國西北地區(qū)地域廣闊、光照資源豐富，但耕地資源貧瘠，擁有大量的戈壁、沙漠等非耕地，開發(fā)適宜非耕地生產(chǎn)的日光溫室結(jié)構(gòu)類型及基于當(dāng)?shù)刭Y源特征的墻體結(jié)構(gòu)，將是日光溫室發(fā)展的熱點(diǎn)。隨著新的生產(chǎn)要求、新的建筑材料的出現(xiàn)，日光溫室結(jié)構(gòu)也會(huì)不斷優(yōu)化升級(jí)，在日光溫室不斷發(fā)展的同時(shí)，配套的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)也需要進(jìn)一步的提升和優(yōu)化，真正做到讓農(nóng)民科技致富。

[1]陳端生，鄭海山，張建國，等.日光溫室氣象環(huán)境綜合研究（三）——幾種弧型采光屋面溫室內(nèi)直射光量的比較研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，1992，8（4）：78-82.

[2]Critten D L.The effect of house length on the lighttransmissivity of single and multispan greenhouse[J].J of Agric Engng Res,1984,32:163-172.

[3]孫忠富，吳毅明，曹永華，等.日光溫室中直射光的計(jì)算機(jī)模擬方法——設(shè)施農(nóng)業(yè)光環(huán)境模擬分析研究之三[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，1993，9（1）：36-42.

[4]傅連江，樊鴻修.高效節(jié)能日光溫室蔬菜栽培[M].蘭州：甘肅科學(xué)技術(shù)出版社，1993.

[5]吳國興.日光溫室蔬菜栽培技術(shù)[M].沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1992.

[6]宋明軍，郭曉冬.甘肅省節(jié)能日光溫室采光設(shè)計(jì)的分析與探討[J].北方園藝，2005（5）：14-15.

[7]李軍，鄒志榮，楊旭，等.西北型節(jié)能日光溫室采光設(shè)計(jì)中方位角和前屋面角的分析、探討與應(yīng)用[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2003，12（2）：105-108.

[8]曹偉，李永奎，白義奎.溫室方位角對(duì)日光溫室溫度環(huán)境的影響[J].農(nóng)機(jī)化研究，2009（5）：183-184.

[9]楊建軍，鄒志榮，張智，等.西北地區(qū)日光溫室土墻厚度及其保溫性的優(yōu)化[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009（8）：180-185.

[10]楊建軍.西北地區(qū)日光溫室土質(zhì)墻體厚度優(yōu)化及其保溫性研究[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2009.

[11]溫祥珍，梁海燕，李亞靈，等.墻體高度對(duì)日光溫室內(nèi)夜間氣溫的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2009（5）：980-983.

[12]李式軍.設(shè)施園藝學(xué)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2002.

Investigation on Structure Types and Benefit Analysis of Solar Greenhouse in Lanzhou

TENG Hanwei1,YU Wei1,WANG Qin2

We screened out four typical structure types of solar greenhouse in Lanzhou,Shouguang 5 typeⅠ (Q1), Shouguang 5 typeⅡ(A2),arch pipe rack type with 8.5 meters span(H1),sinking arch pipe rack type of 8.5 meters span (H2).The performance of Q1 was better than A2,H1 and H2 theoretically.At the same time,we analyzed the costs and benefits of the four solar greenhouses in Lanzhou.

Solar greenhouse;Structure type;Benefit analysis

S625.2

：A

：1001-3547（2014）04-0033-04

10.3865/j.issn.1001-3547.2014.04.013

滕漢瑋（1963-），男，推廣研究員，主要從事糧食、蔬菜栽培、立體農(nóng)業(yè)的研究探索及農(nóng)業(yè)技術(shù)試驗(yàn)、示范、推廣工作

②威（1983-），女，通信作者，碩士，農(nóng)藝師，主要從事蔬菜栽培、設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及日光溫室建造結(jié)構(gòu)研究等工作，

電話：18693108317，E-mail：yuwei831@126.com

2013-01-08