輕簡裝配式日光溫室的建造與性能分析

宛金 鄒志榮 蘭興利

摘要 ? ?在日光溫室推廣中，需要考慮土建量、建設(shè)成本、保溫性能、建設(shè)周期等要素。為探索建造一種輕簡裝配式實用型日光溫室，本文進行了溫度性能分析。結(jié)果表明，該新型溫室溫度性能優(yōu)于對照溫室，能滿足芹菜葉菜等在冬季不加溫情況下安全越冬的生產(chǎn)需求。此外，輕簡裝配式實用型日光溫室具有土建量少、造價低、建設(shè)周期短等優(yōu)點。

關(guān)鍵詞 ? ?日光溫室;輕簡裝配;溫度性能;土建量;造價

中圖分類號 ? ?S625.1 ? ? ? ?文獻標識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2020）12-0181-03 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）

隨著人們對冬季鮮食果菜需求的增加，日光溫室作為北方冬季重要的鮮食生產(chǎn)設(shè)施，其建設(shè)規(guī)模不斷擴大[1]。在日光溫室建設(shè)過程中，土建部分的工程量、成本造價和施工周期均占比較大，對日光溫室的建設(shè)規(guī)模產(chǎn)生影響。同時，在農(nóng)田進行土建施工，所產(chǎn)生的建筑垃圾，如果未清理干凈會影響土壤性能和肥力，進而影響設(shè)施蔬菜品質(zhì)[2-4]。因此，為解決上述問題，本文介紹了一種建造速度快、土建工程量少、整體造價少、輕簡裝配式日光溫室，并對該日光溫室與傳統(tǒng)磚墻日光溫室進行冬季室內(nèi)溫度測試，分析其溫度性能。

1 ? ?材料與方法

1.1 ? ?試驗材料

1.1.1 ? ?試驗地點。試驗地在北京市懷柔區(qū)廟城鎮(zhèn)趙各莊483號錦會有機農(nóng)莊，地理位置為北緯40.271°、東經(jīng)116.647°。

1.1.2 ? ?試驗溫室概況。試驗溫室結(jié)構(gòu)如圖1所示?？缍?0 m，頂高5.2 m，后墻高3.5 m，后坡長2.4 m，后坡仰角45°，前坡仰角33°。溫室總長50 m，其中溫室長47 m。緩沖間長3 m，寬3 m，高3.5 m。

1.1.3 ? ?溫室主要部分介紹。試驗溫室實物如圖2所示。溫室基礎(chǔ)采用C25素混凝土獨立基礎(chǔ)，規(guī)格尺寸為0.3 m×0.3 m×0.8 m，間距2 m。地梁采用50 mm×50 mm×3 mm熱鍍鋅角鋼。

主體桁架采用鍍鋅橢圓管型材，規(guī)格為80 mm×30 mm×2 mm。每根桁架由前后2個部分組成，前部分保持原鍍鋅層，不做處理。后部分在原鍍鋅層基礎(chǔ)上再進行噴塑處理?？v拉桿和斜撐桿為Φ25 mm×2 mm鍍鋅圓管。緩沖間骨架為50 mm×50 mm×2 mm鍍鋅方管。所有骨架均采用鍍鋅螺栓、六角頭自攻螺絲連接。

溫室墻體材料選用以噴膠棉為主的保溫材料，噴膠棉在防水性能、保溫性能、機械強度方面具有良好的綜合性能[3]。由內(nèi)至外分別是PE編制面料（其中后墻0～2 m范圍內(nèi)是鍍鋁編制反光膜）、噴膠棉內(nèi)保溫層、噴膠棉保溫被外保溫層，整體傳熱系數(shù)為0.305 W/（m2·℃）。山墻、緩沖間覆蓋材料由內(nèi)至外分別是為PE編制面料、噴膠棉內(nèi)保溫層、PE編制面料，傳熱系數(shù)為0.641 W/（m2·℃）[4]。

頂部通風(fēng)系統(tǒng)采用國產(chǎn)自動放風(fēng)系統(tǒng)。前坡底部通風(fēng)系統(tǒng)采用電動卷膜系統(tǒng)。通風(fēng)口均配置40目防蟲網(wǎng)。

緩沖間位于溫室東側(cè)山墻，緩沖間共設(shè)置3樘門。其東西兩側(cè)分別設(shè)置1樘組合折疊門，門洞尺寸為寬2.8 m、高2.1 m，每樘門由1扇平開門和2扇折疊門組成。緩沖間南側(cè)設(shè)置1樘平開門，門洞尺寸為寬0.95 m、高2.1 m。前坡保溫被為噴膠棉保溫被。溫室內(nèi)部配置LED照明燈5盞，五孔防水插座3個。給水Φ50 PPR主管道。

1.2 ? ?試驗方法

設(shè)有試驗溫室、對照溫室（CK）進行溫度測試，并與室外進行對比，具體方法如下。

1.2.1 ? ?測溫儀器。室內(nèi)外溫度的測量采用RC-5+冷藏高精度U盤溫度計（江蘇省精創(chuàng)電氣股份有限公司，溫度精度±0.5 ℃（-20 ℃/+40 ℃）;±1.0 ℃（其他范圍），溫度分辨率為0.1 ℃）。

1.2.2 ? ?對照溫室選取。對照溫室在同一園區(qū)內(nèi)，位于試驗溫室西側(cè)，2座溫室山墻間距30 m。對照溫室如圖3所示，為傳統(tǒng)磚墻日光溫室，總長80 m，跨度8 m，后墻高2.56 m，頂高3.53 m，后坡長1.9 m，前坡仰角28°，后坡仰角38°。

對照溫室的基礎(chǔ)為0.37 m厚的紅磚條形基礎(chǔ)，深0.8 m。墻體為0.37 m厚紅磚墻體，外貼0.1 m厚聚苯乙烯泡沫板。后坡為菱鎂保溫板，外部鋪設(shè)3 mm厚SBS改性瀝青防水層。主體骨架為50幾字鋼型材。前坡保溫被為針刺黑毛氈保溫被。上下通風(fēng)口均為電動卷膜通風(fēng)。緩沖間規(guī)格長3 m、寬3 m、高2.5 m，墻體為0.24 m厚紅磚墻體，頂部為單面坡彩鋼保溫板，塑鋼門窗各1樘。前坡東部骨架設(shè)置農(nóng)機出入口。

1.2.3 ? ?溫度計布置。如圖4（a）所示，試驗溫室內(nèi)布置9個數(shù)據(jù)采集點，共24個溫度計。東西方向選取3個截面，分別為東山墻向室內(nèi)10 m處，溫室東西向正中處，西山墻向室內(nèi)10 m處。南北方向選取3個截面，分別為北墻向室內(nèi)1 m處、南北向正中處、溫室南側(cè)向室內(nèi)1 m處。各截面的交點處即為數(shù)據(jù)采集點。每個采集點懸掛3個溫度計，高度分別為0.2、0.5、1.5 m。其中南側(cè)3個數(shù)據(jù)采集點，因溫室骨架高度限制，只懸掛0.2m和0.5m 2個高度，1.5 m高度取消。

如圖4（b）所示，對照溫室內(nèi)布置6個數(shù)據(jù)采集點，共計6個溫度計。東西方向選取3個截面，分別為東山墻向室內(nèi)10 m處、溫室東西向正中處、西山墻向室內(nèi)10 m處。南北方向選取2各截面，分別為北墻向室內(nèi)1.5 m處，溫室南側(cè)向室內(nèi)2.5 m處。各截面交點處即為數(shù)據(jù)采集點。每個采集點懸掛1個溫度計，高度為0.5 m。

室外溫度計懸掛點為試驗溫室東山墻正南方10 m處，此處為空曠地點，懸掛高度為1.5 m。溫度計上方0.2 m處設(shè)置遮光板，避免陽光直射。

數(shù)據(jù)采集起始時間為2017年12月21日，結(jié)束時間為2018年3月11日，所有數(shù)據(jù)記錄間隔時間為15 min。

1.2.4 ? ?其他管理措施。2座溫室均由園區(qū)種植人員負責(zé)管理。試驗溫室選取芹菜、西紅柿2種作物試種。保溫被8：30—9：00升起，16：00—16：30落下。其余施肥、灌溉、施藥、通風(fēng)等由種植人員自由管理，不做干涉。

1.3 ? ?數(shù)據(jù)處理

所有試驗數(shù)據(jù)采用WPS 2019進行數(shù)據(jù)處理和分析，以及二維圖表的制作。

2 ? ?結(jié)果與分析

2.1 ? ?建設(shè)成本分析

2.1.1 ? ?基礎(chǔ)比較。試驗溫室基礎(chǔ)為C25素混凝土點式基礎(chǔ)，對照溫室基礎(chǔ)為紅磚條形基礎(chǔ)，埋深均為-0.800 m，基礎(chǔ)造價均包含地埋0.1 m厚聚苯乙烯泡沫板，試驗溫室基礎(chǔ)土建工程量和造價小于對照溫室。

2.1.2 ? ?墻體比較。包括后墻、山墻、后坡三方面成本。試驗溫室墻體和后坡均為柔性材料（含連接件），對照溫室墻體為0.37 m厚紅磚墻體（含0.1 m厚聚苯乙烯泡沫板），后坡為菱鎂粉保溫板（含油氈防水層），在成本造價方面，試驗溫室小于對照溫室。

2.1.3 ? ?緩沖間比較。試驗溫室緩沖間由骨架、覆蓋材料、組合折疊門組成。對照溫室緩沖間由0.24 m厚紅磚墻體、0.1 m厚彩鋼保溫板頂部、塑鋼門窗組成，造價方面試驗溫室小于對照溫室。

2.1.4 ? ?通風(fēng)系統(tǒng)。試驗溫室頂部通風(fēng)為自動放風(fēng)機系統(tǒng)，對照溫室頂部為電動卷膜放風(fēng)系統(tǒng)，兩者底部通風(fēng)均為電動卷膜通風(fēng)系統(tǒng)，造價方面試驗溫室大于對照溫室。

2.1.5 ? ?其余部分比較。試驗溫室因后墻、山墻均有鋼骨架作為支撐，鋼材大于對照溫室，因而造價略高于對照溫室。前坡棚膜覆蓋方面，試驗溫室頂部增加了透明編制膜，其余均為0.12 mm PE棚膜，卡簧卡槽連接，試驗溫室造價略高于對照溫室。其他（水、電等）方面，2個溫室配置不相同，為方便對照總造價，此項造價假設(shè)三部分均包含。

2.1.6 ? ?整體比較。由表1可看出，試驗溫室總造價小于對照溫室總造價，差異主要體現(xiàn)在基礎(chǔ)和墻體2項?；A(chǔ)節(jié)省44.7%，墻體節(jié)省57.7%，整體造價節(jié)省36.0%。

2.2 ? ?溫度性能分析

2.2.1 ? ?測試期間溫度數(shù)據(jù)對比。選取了2017年12月21日至2018年3月10日期間共80 d的溫度數(shù)據(jù)，如表2所示?？梢钥闯?，在日平均氣溫、白天（8：30—16：30）平均氣溫、夜間（16：30至次日8：30）平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫4項數(shù)據(jù)方面，試驗溫室分別高于對照溫室3.9、3.9、4.0、3.9、4.2 ℃，試驗溫室分別高于室外16.2、16.4、16.1、19.8、18.4 ℃。最低氣溫天數(shù)表明，在不加溫情況下，試驗溫室完全滿足芹菜等部分葉菜類生產(chǎn)越冬需求，不滿足番茄等喜溫果菜類蔬菜越冬生產(chǎn)需求[5]。

2.2.2 ? 短期低溫溫度數(shù)據(jù)對比。由表3可以看出，2018年1月22日至2018年1月29日期間共8 d的溫度數(shù)據(jù)中，在日平均氣溫、白天（8：30—16：30）平均氣溫、夜間（16：30至次日8：30）平均氣溫、最低氣溫4項數(shù)據(jù)方面，試驗溫室分別高于對照溫室4.2、4.2、4.3、4.4 ℃，試驗溫室分別高于室外20.8、23.1、20.0、24.2 ℃。其中試驗溫室夜間（16：30至次日8：30）平均氣溫為8.8 ℃，最低氣溫為5.7 ℃，這表明，在室外連續(xù)低溫且室內(nèi)不加溫情況下，試驗溫室完全滿足芹菜等部分葉菜類生產(chǎn)越冬需求。

由圖5可以看出，在短期低溫情況下。試驗溫室、對照溫室溫度隨室外溫度變化而變化。夜間最低氣溫，試驗溫室高于對照溫室。白天最高氣溫，試驗溫室高于對照溫室。試驗溫室白天氣溫上升過程中，是以曲折狀態(tài)上升，并維持在30 ℃以下，說明自動放風(fēng)機根據(jù)設(shè)定溫度值自動調(diào)節(jié)風(fēng)口大小，進而調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。對照溫室白天溫度成穩(wěn)定的上升狀態(tài)，說明通風(fēng)風(fēng)口大小為很小的固定值或風(fēng)口沒有開啟，導(dǎo)致室內(nèi)溫度呈現(xiàn)穩(wěn)定上升的狀態(tài)。

2.2.3 ? ?寡照天氣溫度數(shù)據(jù)對比。選取2018年2月24日至2018年3月2日期間共6 d的溫度數(shù)據(jù)，整理后見表4?？梢钥闯?，在日平均氣溫、白天（8：30—16：30）平均氣溫、夜間（16：30至次日8：30）平均氣溫、最低氣溫4項數(shù)據(jù)方面，試驗溫室分別高于對照溫室2.9、2.3、3.3、3.5 ℃，試驗溫室分別高于室外12.4、12.1、12.7、19.4 ℃。其中試驗溫室夜間（16：30至次日8：30）平均氣溫為11.2 ℃，最低氣溫為7.9 ℃，這表明，在室外寡照天氣且室內(nèi)不加溫情況下，試驗溫室完全滿足芹菜等部分葉菜類生產(chǎn)越冬需求。

由圖6可以看出，受光照不足影響，試驗溫室與室外溫度差異大幅減小。夜間氣溫方面，試驗溫室均高于對照溫室。

3 ? ?結(jié)論與討論

試驗溫室采用以橢圓管型材為主的輕簡裝配式結(jié)構(gòu)，以噴膠棉為主的復(fù)合材料作為保溫墻體，在基礎(chǔ)和墻體方面，土建工程量大幅減少，進而建設(shè)成本、施工周期、土壤污染等問題也隨之降低，整體造價相較于傳統(tǒng)磚墻溫室節(jié)省1/3。

在整個冬季、短期低溫、極端低溫和寡照天氣4種情形下，試驗溫室溫度性能均優(yōu)于對照溫室。尤其是夜間溫度，試驗溫室始終高于對照溫室。在室內(nèi)不加溫情況下，試驗溫室完全滿足芹菜等部分葉菜類或草莓生產(chǎn)越冬需求。

4 ? ?參考文獻

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