甘肃日光温室的特色及改进建议.pdf

甘肃省地域狭长 气候和土壤多样 为适应当 地气候和土壤特点 甘肃各地坚持就地取材 因地 制宜的原则 设计建造了很多富有地方特色的日光 温室 2020 年 11 月 26null29 日 笔者随中国农业 工程学会设施园艺工程专业委员会专家团 赴甘肃 省对平凉市 白银市 武威市 张掖市 酒泉市的 日光温室建设和生产情况进行了调研 本次调研走 访了 9 个日光温室规模生产园区 见证了地域穿越 黄土高原和沙漠戈壁 气候横跨温带到寒带 年日 照时数从 2 000 h 到 3 600 h 年降雨量从 80 mm 到 480 mm 采暖期平均温度从 1 7 到 4 4 的 日光温室建设的特征与变迁 甘肃日光温室是全国 日光温室的一个缩影 基本代表了当前国内日光温 室的发展潮流和特征 笔者根据本次调研总结了甘 肃省日光温室的结构特征 并提出日光温室建设中 一些共性的问题和特殊的需要 以供业内同仁共同 研究和探讨 1 甘肃日光温室现状及特点 1 1 日光温室墙体 甘肃各地的日光温室通常是根据当地的地质条 件 因地制宜地采用当地材料建造日光温室墙体 主要墙体种类包括干打垒土墙 机打沙土墙 沙袋 墙 混凝土槽砖墙 砖包土 墙 浆砌石墙和护 网挡板戈壁石墙等 干打垒土墙 平凉市和白银市地处黄土高 原 土壤黏性较好 日光温室墙体采用传统的干打 垒土墙 图 1 墙厚约 2 m 墙体强度高 建造土 方量小 建造成本低 每 667 m 2 7 万 8 万元 保温储热性好 针对这种墙体结构 当地还发明了 干打垒土墙的机械施工方法 从而大大提高了温室 墙体建设的效率 李艳 硕士 工程师 主要从事温室设计工作 E mail liyan facaae com 通信作者 周长吉 男 博士 研究员 主要从事温室工程技术的研究 设计和标准化工作 E mail zhoucj 收稿日期 2021 04 21 接受日期 2021 06 24 基金项目 河北省重点研发计划项目 20326901D 甘肃日光温室是全国日光温室的一个缩影 基本代表了当前国内日光温室的发展潮流和特征 本文 通过调研 梳理总结了甘肃日光温室的墙体和骨架结构特点 并针对温室建设重后墙而轻保温被 骨架锈蚀普遍 温室保温构造和通风系统不完善等问题提出了改进措施和建议 doi 10 19928 ki 1000 6346 2021 5020 甘肃日光温室的特色及改进建议 李 艳 周长吉 富建鲁 农业农村部规划设计研究院 北京 100125 C M Y CM MY CY CMY K 1 a pdf 1 2021 9 26 9 04 34 图 1 干打垒土墙日光温室 a 温室剖面图 b 温室内景 c 墙体机械化施工 彩色图版 见 中国蔬菜 网站 veg org 下图同 a b c 8 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 产业广角 2021 10 8 14 机打沙土墙 武威市古浪县地处腾格里沙 漠的边缘 土质为沙漠土 沙粒柔细 无粘性 不 适合采用干打垒和机压土墙 为此当地温室建设者 创新发明了机打沙土墙 将表层沙土剥离 挖出深 层黏土 再与表层沙土按比例拌和 形成一定黏 性的混合土 再用山东寿光机打土墙的方法垒筑墙 体 墙底厚 4 m 墙顶厚 1 m 图 2 由于土墙加 厚 温室的保温性能也相应增强 但施工取土的工 程量较大 造价也相应提高 每 667 m 2 造价约在 10 万元 沙袋墙 张掖市高台县地处荒漠戈壁 土 质为沙粒土 温室建设者创新使用了沙袋墙体 其做法是将沙土盛装在塑料编织袋中 采用类似 码垛 的方式 逐层错缝堆砌成墙体 码垛成型 后再在墙垛表面涂抹草泥浆或张挂无纺布 从而对 沙土袋进行表面防护 并形成温室的围护墙体 墙 体沙袋部分厚 1 5 m 沙袋外堆沙土 沙土底部厚 1 5 m 顶部厚 0 7 m 图 3 这种墙体结构由于装 袋 码墙 以及墙后培土 表面防护需要的人力 和材料成本较高 温室的造价在 15 万 16 万元 667 m 2 1 但墙体保温性能好 基本可以实现 当地果菜安全越冬生产 混凝土槽砖墙和砖墙夹沙石墙 砖包土 墙 在甘肃张掖和酒泉地区 由于黏土少 戈壁 沙石多 且颗粒大小不一 温室建设者发明了用钢 筋混凝土板槽盛装沙石和砖墙夹沙石 砖包土 的墙体筑造方法 钢筋混凝土板槽砖墙的做法 事 先预制 1 面 上底面 开口 其他 5 面封闭的开口 钢筋混凝土板槽 简称 混凝土槽砖 混凝土槽 砖通常长 1 0 m 高 0 5 m 宽与墙体厚度一致 一 般为 1 0 1 2 m 施工时 将混凝土槽砖像砌筑 黏土砖墙一样错缝砌筑 每砌筑一层混凝土槽砖 即刻向槽砖内腔中灌注戈壁沙石 墙顶最后一层砌 筑完成后 在槽砖顶面做水泥抹面或在其上浇筑 钢筋混凝土圈梁封口 并预埋埋件做好与屋面拱架 连接的准备 图 4 这种墙体结构由于预制钢筋 混凝土板槽的成本较高 而且施工必须使用吊车作 业 增加了温室的建设成本 一般造价在 20 万元 667 m 2 1 以上 而且由于钢筋混凝土槽及内部 填充沙石的导热性能比黏土强 所以与同厚度的土 图 2 机打沙土墙日光温室 a 温室剖面图 b 温室结构内景 c 温室墙体 a b c C M Y CM MY CY CMY K 3 a pdf 1 2021 9 26 9 07 15 a 图 3 沙袋墙日光温室 a 温室剖面图 b 温室实景图 b 图 4 混凝土槽砖墙体日光温室 墙温室相比 其保温性能略差 砖墙夹沙石墙实际上就是 砖包土 的复合墙 体 图 5 即在两侧围护砖墙内填筑戈壁沙石 由于沙石的侧压力较大 为减少两侧砖墙的厚度 一 般砖墙按 240 mm 厚砌筑 在砖墙内设置了钢筋 混凝土构造柱或承力柱 并在相邻立柱之间设置 水平拉梁 包括墙体表面和纵深两个方向 使所 9 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 产业广角 图 7 护网挡板戈壁石墙结构日光温室 a 堆石挡板 石墙温室剖面图 b 护网挡板石墙温室内后墙 c 三明治 石墙温室外山墙 d 堆石挡板 石墙温室外后墙 C M Y CM MY CY CMY K 7 a pdf 1 2021 9 26 9 10 10 b dc a 图 6 浆砌石墙体日光温室 a 温室剖面图 b 温室内后墙 c 温室外山墙 d 温室外后墙 C M Y CM MY CY CMY K 6 a pdf 1 2021 9 26 9 08 43 a b dc 有立柱形成框架承力体系 这种墙体由于需要现浇 墙内钢筋混凝土立柱及连系梁 砌筑砖墙也费时费 力 所以施工速度慢 建设成本同样较高 一般在 20 万元 667 m 2 1 左右 其保温性能与墙体厚度 有关 同等厚度条件下 其保温性能一般比上述混 凝土槽砖墙体好 浆砌石墙和护网挡板戈壁石墙 酒泉市地 处河滩戈壁 卵石多 沙粒大 针对这个特点 温 室建设者设计了两种墙体 一种为浆砌石墙 即用 水泥砂浆砌筑卵石作为温室承重墙体 石墙厚 1 2 m 石墙外堆卵石 卵石堆底宽 3 0 m 顶 宽 1 5 m 图 6 这种墙体结构强度高 保温性好 但施工劳动 强度大 建设效率低 建设成本也相应较高 多在 25 万元 667 m 2 1 左右 另一种是护网挡板戈壁 石墙 包括双侧挡板的 三明治 石墙和单侧挡板 的 堆石挡板 石墙 图 7 所谓 三明治 石 墙就是在双层护网挡板墙中间填充戈壁石形成的三 层结构墙体 类似 砖包土 墙的做法 只是将砖 墙换成了护网挡板 墙体厚度多在 1 5 m 堆石挡 板 石墙是在墙体的内侧设保护挡板 外侧堆砌戈 壁石而形成的墙体 结构类似浆砌石墙 用护网挡图 5 砖包土 墙体日光温室 10 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 产业广角 板替代了浆砌石墙 墙体底宽约 3 0 m 顶宽约 1 5 m 大大减小了墙体建设用地 加快了墙体的建设 速度 与 三明治 石墙相比 堆石挡板 石墙 节省了一面护板 从而也节省了温室建设造价 一 般建设成本在 20 万元 667 m 2 1 以内 从节约 成本 提高温室保温性能和增加温室美观性方面考 虑 可将上述两种墙体结合在一栋温室中 温室山 墙建造采用 三明治 石墙 温室后墙建造采用 堆 石挡板 石墙 护网挡板石墙的结构是钢骨架立柱及纵向系 杆构成的 1 5 m 1 5 m 椭圆管方格网 其内侧再焊 接 0 2 m 0 2 m 钢筋方格网 钢筋网内贴 10 mm 10 mm 钢丝网并固定无纺布 防止戈壁沙石洒漏 对于 三明治 石墙 两侧挡板墙立柱之间要设置 拉杆 以保证挡板柱能够承担内部填充石料的侧压 力 对于单侧挡板墙 提高挡板柱对外侧石料侧压 力承压能力的方法一般是在外侧拉斜杆 并将其 锚固到地基 温室的保温性能主要取决于墙体的厚 度 堆石挡板 石墙温室由于后墙为下大上小的 结构 最薄处厚度在 1 5 m 左右 所以其保温性能 要优于双侧护板墙体厚度一致的 三明治 石墙 而 三明治 石墙由于厚度与内填沙石的混凝土槽 砖墙基本相同 所以二者保温性能也相差无几 但 要比同厚度的砖墙夹沙石的 砖包土 墙温室的保 温性能略差 本次调研的 9 个规模园区合计日光温室 29 538 栋 不包括保温被围护装配结构墙温室 其中干 打垒土墙温室 1 855 栋 占比为 6 28 机打土墙 温室 24 057栋 占比为 81 44 沙袋墙温室 136栋 占比为 0 40 浆砌石墙及戈壁沙石填充墙 包括 混凝土槽砖墙 砖包土 墙和护网挡板石墙 温 室 2 790 栋 占比为 9 45 表 1 虽然这些温室 中的 97 17 都是被动储放热结构的厚重墙体 但 也不乏当前国内超前研究的组装式日光温室 尤其 针对河西走廊的沙漠戈壁条件创新性地设计建造了 戈壁沙石材料墙体温室 为当地日光温室建设开辟 表 1 甘肃省部分地区日光温室调研基本情况 基地 日光温室 栋 被动储放热温室 栋 主动储放热温室 栋 后墙类型 平凉市柳湖镇永红村蔬菜基地 211 211 0 干打垒土墙 白银市靖远县北湾镇移民新村 1 629 1 629 0 干打垒土墙 白银市靖远核心区光合育苗基地 15 15 0 干打垒土墙 白银市靖远县东湾高科技农业示范园区 17 000 16 979 21 机打土墙 武威市黄花滩移民区五道沟 六道沟 6 828 6 828 0 机打土墙 张掖市甘州市党寨镇雷寨村 229 229 0 机打土墙 张掖市临泽县现代丝路寒旱农业示范区 700 0 700 保温被围护装配结构墙 张掖市高台县新绿达戈壁农业示范园 136 30 106 沙袋墙 酒泉市肃州区东洞戈壁生态农业产业园 2 790 2 780 10 浆砌石墙及戈壁沙石填充墙 了独特的发展道路 1 2 日光温室骨架 长期以来我国日光温室骨架以琴弦结构和桁架 结构为主流承力结构 近年来 随着日光温室结构 向轻简化 组装式方向发展 单管结构逐步开始发 展 并有替代琴弦结构和桁架结构的趋势 周长吉 2018a 2020a 椭圆管骨架是近年来推广面积较 大的一种日光温室轻简化单管骨架结构类型 周长 吉 2020b 其构件截面积小 与钢桁架相比骨架 挡光少 室内无立柱 便于机械化作业和种植布局 闭口截面 截面模量大 平面外稳定性好 杆件承 载能力强 因此各地日光温室都有应用 本次调研 的日光温室骨架几乎均为椭圆管材料 但其所用的 结构形式却各有不同 传统的日光温室结构包括前屋面 后屋面和后 墙 其中前屋面和后屋面各自为一个独立的弧面或 坡面 二者通过屋脊连接为一个整体 日光温室骨 架按照承力的范围可分为屋面承力骨架和一体化承 力骨架两类 屋面承力骨架只承载前屋面和后屋面的荷载 统称为屋面荷载 并将屋面荷载传递到后墙和 骨架基础 这种结构主要用于后墙为承重墙的温室 结构体系 如干打垒土墙 机打沙土墙 混凝土槽 砖墙 砖包土 墙和浆砌石墙日光温室 图 1 2 4 6 一体化承力骨架是在上述屋面承力骨架的基础 11 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 产业广角 图 10 温室覆盖针刺毡保温被 上结合后墙立柱 形成温室屋面承力骨架和后墙柱 一体化的承力体系 温室后墙不再参与结构承力 这种结构主要用于后墙非承重的温室结构体系 如 沙袋墙 图 3 护网挡板石墙 图 7 和装配结构 日光温室 在考察中还发现了一种后屋面为双折面的温室 图 8 后屋面与屋脊连接部分保留了传统后屋 面的形式 呈坡面 图 8 a 或弧面 图 8 b 但 与后墙相连接的部分则采用了坡面或平面 以便于 操作人员在后屋面上行走和作业 在温室骨架结构 上 双折面后屋面温室前屋面 后屋面的上半部分 以及温室立柱形成与上述一体化骨架相同的承力体 系 但温室后屋面连接后墙的部位前部连接在一体 化温室骨架上 而后部则直接支撑在后墙上或后墙 立柱上 这种结构主要用于完全组装结构和机打沙 土墙结构的日光温室 机打沙土墙结构日光温室的 后墙虽具有一定的承载力 但不足以承担全部屋面 荷载 因此其采用了后墙钢柱和后墙共同承担屋面 图 8 双折面后屋面日光温室 a 斜坡后屋面 b 弧面后屋面 c 后墙与立柱协同承力 a cb 荷载的承力方式 图 8 c 2 甘肃日光温室存在的问题 2 1 温室建设重后墙而轻保温被 平凉市和白银市干打垒土墙平均厚度为 2 0 m 武威市机打沙土墙平均厚度为 2 5 m 张掖市 沙袋墙平均厚度为 2 6 m 酒泉市浆砌石墙体平均 厚度为 3 7 m 三明治 石墙平均厚度为 2 2 m 酒泉市冬季温度最低 三明治 石墙的保温效果 已经足够当地番茄等喜温茄果类蔬菜越冬生产 与 之相比 武威市机打沙土墙 张掖市沙袋墙和酒泉 市浆砌石墙日光温室的后墙则过厚 大于 2 2 m 易造成温室地面下沉 甘肃河西走廊地区虽气候干 旱 但仍有暴雨灾害 地面下沉的温室易被淹 张 掖市高台县曾发生过温室被淹 1 周的案例 导致前 屋面矮墙塌陷 钢骨架前移 图 9 以长度为 60 m 跨度分别为 10 m 和 15 m 的 日光温室建筑参数计算 二者前屋面散热面分别是 山墙 后墙和后坡面积之和的 2 5 倍和 1 7 倍 因 此前屋面保温被的保温性至关重要 调研发现 大 部分日光温室保温被仍为传统的针刺毡保温被 图 10 并且较薄 不能防湿 一旦下雨雪保温被吸 湿后会显著降低其保温性 从而影响温室的保温 性能 2 2 温室骨架锈蚀普遍 调研发现 甘肃省部分新建 2 年的日光温室 钢骨架表面已经局部锈蚀 说明部分钢管镀锌层厚 度不达标 或者加工安装过程中热镀锌层表面被破 坏 骨架杆件之间的连接方式有焊接和抱箍两种 其中焊接易破坏热镀锌层 所以焊接处需要做防锈 处理 在调研现场发现 部分温室内没有经过防锈 图 9 温室被水淹后骨架倾斜 12 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 产业广角 处理的钢骨架焊接点已经锈蚀 另外 日光温室前 屋面底部和后坡底部的易积水位置骨架锈蚀也比较 严重 2 3 温室保温构造不完善 甘肃省日光温室保温构造不完善 导致局部冷 风渗透或形成 冷桥 影响温室的保温性 主要 体现在以下三方面 干打垒土墙日光温室墙体 在施工过程中受模具长度限制 长度方向有垂直缝 隙 需要用柔性材料密封封堵 但调研过程中发现 部分温室并没有进行封堵 图 11 a 沙袋墙日 光温室后坡底与后墙顶连接处也有较大缝隙 封堵 不严 图 11 b 调研中发现多个基地均在日光 温室钢骨架屋脊处焊接竖直钢管 以防止保温被及 卷轴后翻至后坡滑落 但竖直钢管穿出后坡面处的 缝隙未封堵 而钢管为中空结构 本身也会形成 冷 桥 出现冷风渗透现象 图 11 c 图 11 日光温室保温构造缺陷 a 干打垒土墙垂直缝隙 b 后屋面与后墙间水平缝隙 c 后屋面卷被挡杆 a c b 2 4 日光温室通风系统不完善 大部分日光温室采光面只有屋脊通风口 而无 底部通风口 正午时分 日光温室内光照强度最强 温度最高 也是作物光合作用最强的时候 如果只 有脊部通风口 不设底部通风口 则不能形成有效 热压通风 温室内 CO 2 浓度会迅速降低 作物光合 作用强度明显下降从而影响其生长 大部分日光温 室屋脊通风口采用手动卷膜或手动扒缝 通风系统 的机械化 自动化水平较低 有的屋脊通风口甚至 不设开窗控制设备 而是将保温被压在通风口上 通过调整保温被的卷起位置来调控屋脊开口大小 与电动卷膜器相比 用保温被位置调控通风口大小 时 由于控制卷帘机的动力输出大 易造成保温被 卷轴弯曲 从而使通风口开启程度大小不一 甚至 有的地方完全不能打开 直接影响温室的通风效果 3 建议 3 1 继续探索适宜戈壁地区的日光温室墙体做法 甘肃戈壁滩上因地制宜建造出的沙袋墙 浆砌 石墙和戈壁石填充墙 混凝土槽砖墙 砖包土 墙 护网挡板墙 等新型墙体 冬季保温效果好 基本 可以实现果菜越冬生产 但从保温要求看 这些墙 体厚度都偏大 不仅影响建设造价 而且也影响建 设速度 应针对各地气候条件 提出适合各地的墙 体厚度 避免墙体过厚而增加非必要施工难度及施 工成本 不断尝试日光温室新型墙体做法 例如机压 大体积土坯墙 整体钢筋笼内填石料墙体和小钢 筋笼石料码垛墙体等被动储放热墙体 周长吉 2018b 对完全组装结构日光温室 为增强温室的 储放热能力 保证作物正常生长温度 建议配套 如后墙水箱等主被动储放热系统设备 周长吉 2019 也符合日光温室轻简化发展方向 3 2 加强温室标准化设计和规范化建设 针对不同地区气候特点和建材供应条件 研究 设计标准化定型温室及环境调控设备标准化配置方 案 尤其要重视温室构件的加工和工程施工过程中 的标准化 避免由于加工和施工不规范而引起温室 出现 冷桥 或不合理构造 影响温室的整体性能 温室的整体设计尺寸及温室整体保温性能设计参数 应根据各地的地理纬度和冬季室外温度 按照农业 行业标准 NY T 3223null2018 日光温室设计规范 要求进行合理选取 3 3 提高保温被性能 戈壁地区冬季温度较低 日照较强 应选择 保温性能好 抗辐射 耐老化的保温被 建议采 用自防水保温被 其保温性能与针刺毡保温被相 比有显著提高 尤其抵抗风雨的能力更强 谢欣 2020 在冬季比较寒冷的河西地区也可以采用双 层棉被或内保温温室的做法 保温被幅与幅之间的 13 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 产业广角 自 2015 年以来 在政策引导 消费升级的驱 动下 我国掀起了新一轮大型玻璃温室投资热潮 王明媚 女 硕士 专业方向 设施农业 E mail mingmei16 通信作者 张跃峰 男 研究员 专业方向 设施农业装备研究开发 集成推广和产业发展战略 E mail zyf 收稿日期 2021 03 22 接受日期 2021 09 01 基金项目 国家重点研发计划项目 2017YFD0701500 大型玻璃温室番茄工厂化栽培具有高投入 高产出 规模化 现代化 标准化 集约化 流程化和 持续可控的特征 本文在调研的基础上 分析了我国大型玻璃温室番茄工厂化栽培作业在流程 效 率 数字化管理等方面的现状 基于影响作业环节的作业时间 作业频次 空间位置及顺序等因素 提出了5个环节的优化工艺 根据樱桃番茄工厂化栽培的种植密度 提出了单位面积用工数量推荐 配置 针对我国大型温室番茄工厂化栽培的效率和效益需求 提出了深入研究栽培作业管理和建立 以种植者为中心的创新协作体系等发展建议 doi 10 19928 ki 1000 6346 2021 5021 番茄工厂化栽培作业管理现状与效率 提升路径 王明媚 1 张跃峰 1 2 李胜男 1 黄松波 1 1 北京华农农业工程技术有限公司 北京 100023 2 农业农村部规划设计研究院 北京 100125 据中国农业机械化协会设施农业分会不完全统计 近 5 年新建的单体面积 2 hm 2 以上的文洛型玻璃温 室总面积已达 613 hm 2 遍及全国 16 个省 自治区 直辖市 平均单栋面积达到 7 hm 2 以上 大型玻 璃温室环境调控能力强 工厂化生产条件充分 是 诸多设施中的高端类型 但其建设投资大 相对能 耗高 种植企业不易实现盈利 盈利模式大多仍处 连接尽量采用粘接的方式 避免两幅保温被的接缝 处漏风或漏雨 探索温室保温被自动控制方法和 设备 有效降低劳动强度 实现温室环境的精准 控制 3 4 提升日光温室通风设施建设水平 为形成有效的自然通风 日光温室应增设底部 通风口 顶部和底部通风口均由卷膜电机替代手动 扒缝 通过环境自动控制形成智能通风设施 不仅 可以节省人工管理成本 并且可以提供更适合作物 生长的温度 湿度及 CO 2 浓度 张明阳 2020 采用后屋面活动通风窗结合前部通风可充分利用后 屋面的采光 提高温室内光照的均匀度 而且彻底 解决了屋脊通风窗兜水的问题 参考文献 谢欣 2020 铝箔隔热气泡膜复合保温被的研制与应用 硕士论 文 沈阳 沈阳农业大学 48 49 张明阳 2020 日光温室智能放风设备研究应用与升级改造 硕士 论文 呼和浩特 内蒙古农业大学 46 55 周长吉 2018a 中国日光温室结构的改良与创新 二 基于主 动储放热理论的墙体改良与创新 中国蔬菜 3 1 8 周长吉 2018b 中国日光温室结构的改良与创新 一 基于被 动储放热理论的墙体改良与创新 中国蔬菜 2 1 5 周长吉 2019 双膜双被水墙装配结构日光温室 记内蒙古农业大 学崔世茂教授对高寒地区日光温室结构性能的探索与实践 农业工程技术 3 46 55 周长吉 2020a 中国日光温室结构的改良与创新 四 温室骨 架形式的改良与创新 中国蔬菜 7 1 6 周长吉 2020b 日光温室的形式与分类 农业工程技术 11 42 49 14 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 产业广角 2021 10 14 19