一种用再生橡塑保温板外贴砖墙的日光温室改造案例.pdf

周长吉 男 博士 研究员 主要从事设施农业工程技术研究与标准化 工作 E mail zhoucj 收稿日期 2023 02 16 接受日期 2023 03 31 基金项目 河北省重点研发计划项目 22327214D 致谢 本温室改造由北京华美沃龙农业科技有限公司施工完成 工程改 造中使用在墙面和后屋面的橡塑保温板以及更换的前屋面保温被均 是该公司的专利产品 在现场考察期间 公司总经理李晓明先生给予 了大力协助并全程陪同 在文稿的形成过程中 李晓明先生还提供了 大量照片和资料 成稿后又提出了多处宝贵的修改意见 在此表示真 诚的感谢 doi 10 19928 ki 1000 6346 2023 3063 一种用再生橡塑保温板外贴砖墙的日光 温室改造案例 周长吉 农业农村部规划设计研究院 北京 100125 我国日光温室发展 40 多年来大量温室 已经老旧破损或者使用性能不能满足生产需 要 全国现代设施农业建设规划 2023 2030 年 提出 改造老旧低效温室设施 推 广新型复合保温墙体 提高温室蓄热保温性 能 本文遴选了一种采用再生橡塑板做保温 材料外贴砖墙更新原内填炉渣的双层砖墙 用高保温自防水橡塑柔性保温被更换原温室 草泥保温后屋面和前屋面针刺毡保温被的温 室工程改造案例 不仅提高了温室保温性能 而且显著提升温室结构承载的安全性和使用 寿命 可为行业内同类温室改造和新建提供一 种可借鉴 可复制的样板 我国日光温室已有 40 多年的发展历史 早期 建设的温室大多数已经进行了多代更新 这些更 新 不仅是因为温室结构用材达到了使用寿命 更 多是由于早期温室研究理论不成熟 很多温室设计 不够合理 使用的建筑材料也不规范 致使其温光 性能难以满足作物当代生产的需求 虽然近 10 多 年建设的温室还没有达到设计使用寿命 但由于使 用性能不能满足日益提升的机械化 数字化生产要 求 温室改造提升的要求也很迫切 近年来 许多 省市相继出台了发展现代温室的政策 提出温室改 造和提升的技术方案及其金融补贴措施 对我国温 室设施的发展起到了巨大的推动作用 2023 年中 央一号文件更是明确提出要 发展现代设施农业 并将 集中连片推进老旧蔬菜设施改造提升 作为 重要内容列入其中 全国现代设施农业建设规划 2023 2030 年 也提出 改造老旧低效温室设 施 推广新型复合保温墙体 提高温室蓄热保温性 能 改造提升老旧温室不仅需要大量资金 更需 要有效的技术支持 事实上 目前国内能够形成标 准化推广应用模式的温室改造方案在行业内还是凤 毛麟角 为此 研究和总结各地温室改造方案 为 我国温室的升级改造和性能提升提供更多可借鉴 可复制的优秀案例迫在眉睫 2022 年 7 月笔者在 调研宁夏回族自治区石嘴山市大武口区隆慧村的日 光温室生产基地时发现了 1 座用片状再生橡塑板作 为保温材料外贴温室墙面的改造温室 造价低廉 使用寿命长 保温性能好 可作为行业内同类温室 改造的样板 现将该改造案例介绍如下 1 改造前温室情况 改造温室跨度 7 m 脊 高 3 7 m 后墙高 2 2 m 后屋面投影宽度 1 5 m 总体尺寸基本符合当地日 光温室建设标准 温室墙体为砖墙 山墙为 370 mm 厚清水砖墙 图 1 a 后墙为双层砖墙内夹炉 渣的 3 层复合结构墙 图 1 b 内层承重墙厚 370 mm 外层围护墙厚 240 mm 中间填充炉渣厚 200 mm 由于双层砖墙间没有拉结或拉结不牢 外层 117 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 栽培管理 2023 11 117 123 围护墙体有的部位出现局部变形或坍塌 并连带温 室后屋面坍塌 图 1 b 为此 对出现安全隐患 的墙体采用石垒墙垛等措施进行了加固 图 1 c 这种加固虽然在一定程度上保障了温室结构的安 全 但由于墙体内保温层失去保护 温室的保温性 能急剧下降 严重影响了温室的生产性能 改造前温室的后屋面为麦草保温屋面 从内到 外依次为胶合板承重层 图 2 a 麦草保温层 图 1 b 草泥保护层 图 2 b 最后在铺设前屋面 保温被时将保温被的后沿延伸覆盖到后屋面 图 2 c 形成对后屋面的加强保温 麦草是一种价廉 物美的保温材料 该温室后屋面的 3 层构造做法按 照承重 保温 防护的层次设置也是合理的 值得说明的是 温室的后屋面采用了女儿墙 图 2 改造前温室后屋面做法 a 内侧胶合板 b 中间麦草外压草泥 c 保温被覆盖 图 1 改造前温室的墙体 a 山墙 b 后墙 c 加固后墙 图 2 b c 这种做法对温室后屋面具有一定的 防风作用 但对其排水却形成了阻挡 从图 2 b 可 以看出 在经过一段时间的运行后 靠近脊部的 麦草基本裸露 而在靠近女儿墙处又完全呈现出 松散细土 这就说明雨水将温室后屋面草泥保护层 中的泥浆冲出并集聚到了女儿墙墙根 由于女儿墙 的挡水作用 会使屋面雨水积聚在后屋面并大量渗 透到草泥和麦草中 不仅给温室结构带来额外的荷 载 而且麦草长期浸水还会腐烂 降低温室的保 温性能 实际上 女儿墙阻挡的积水也会渗透到 温室墙体 造成墙体浸水 风化 影响其强度和 使用寿命 尽管当地降雨量不大 但笔者认为 在日光温室的后墙设置女儿墙似有不妥 如果必 须要设置女儿墙 则一定要保证温室后屋面排水 畅通 2 基础改造 原温室的山墙基础和后墙基础均采用毛石基础 图 1 a b 从现场看 基础完好 可以不用改 造直接使用 原温室骨架基础采用独立素混凝土基础 图 3 a 从打开的基础看 一是基础埋深不够 二是 基础不规则 且上大下小 不符合基础设计要求 为此 基础改造采用了条形基础 通过圈梁的形式 将所有温室骨架连接在一起 改造中在保证原有基 础不动的条件下 从基础两侧开沟 图 3 a 支 模 板 图 3 b 浇筑混凝土 图 3 c 并在浇筑混 凝土基础时预埋固定塑料薄膜压膜线和保温被压被 绳的埋件 经过养护后拆除模板 表面抹灰粉刷 即完成对基础的改造 温室骨架在后墙上的连接原 温室是直接连接在墙顶圈梁上 连接可靠 因此 a b c a b c 118 栽培管理 本次改造保留原连接方式 内侧承重墙体 圈梁和 骨架都保持原状未动 3 骨架维修 原温室的骨架采用焊接桁架 上弦杆采用钢 管 下弦杆和腹杆均采用光面钢筋 桁架除了传统 的倾斜腹杆外 在上下弦杆之间还增设了垂直腹杆 图 4 a b 增强了桁架的承载能力 从现场实 际情况看 桁架除了有些表面锈蚀外 整体结构完 好 无明显变形 图 3 b 4 a 为此 在温室改 造过程中完全保留了原温室骨架 只对其进行了表 面防腐处理 打磨铁锈 清洁底面 涂刷底漆和防 锈漆 图 4 b c 图 3 骨架基础改造 a 开槽保留原基础 b 支模板 c 浇筑混凝土 图 4 骨架涂刷防锈漆 a 改造前骨架 b 刷防锈漆 c 改造后的骨架 由于完全保留了原温室骨架 温室的跨度 脊 高 后屋面投影宽度等建筑参数如数保留 因此温 室的采光性能和作业空间也仍保留原样 没有任何 提升 这或许是本次改造中的一点遗憾 但也是最 经济的改造模式 4 温室墙体改造 原温室墙体为砖墙 从现场看 山墙基本完 好 图 1 a 后墙由于内外两层墙体没有拉结或 拉结不牢出现外层墙体局部坍塌 但内层墙体基本 完好 图 1 b 山墙为 370 mm 厚单层砖墙 后墙 如果拆除外层围护墙 内层承重墙也会成为与山墙 一样的单层墙体 虽然墙体具有足够的承重能力 但作为日光温室的保温墙体 其保温性能将明显 不足 为此 温室改造采用了保留承重墙 外贴保温 板的做法 针对两侧山墙 首先剔除表面风化砖块 后局部补砌新砖 然后对墙体内外表面进行水泥砂 浆罩面 图 5 a 待水泥砂浆干燥后在墙体外侧挂 贴再生橡塑保温板 图 5 b 这种橡塑板是用废 旧橡塑材料经过粉碎 粘合制成的具有一定柔韧性 的保温板材 其内部为闭孔结构 可自防水 导热 系数为 0 03 0 09 W m K 1 保温性能好 在 a b c a b c 119 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 栽培管理 表面保护的条件下 50 年不会分解 使用寿命长 是一种生态环保型材料 这种材料的最大缺点是抗 紫外线能力还不够 为此 温室改造中挂贴橡塑保 温板后 在其外表面再覆盖 1 层防老化的白色塑料 膜 图 5 c 用卡槽 卡簧压紧塑料膜并将其用自 攻自钻钉固定到砖墙上 再生橡塑保温板的厚度为 8 cm 自身热阻至少为 0 90 m 2 K W 1 山墙外贴 橡塑保温板后总热阻可达 1 35 m 2 K W 1 与原温 室 370 mm 厚砖墙热阻 0 44 m 2 K W 1 相比 保温 性能提高了 3 倍 后墙的改造模式基本和山墙相同 不同的是 原温室后墙为 3 层复合墙体结构 改造中首先要拆 除外层围护墙体 并清理两层墙体之间的炉渣保温 材料 之后的改造工序基本和山墙改造完全相同 包括剔除墙面风化碎砖 表面抹灰 挂贴再生橡 塑保温板 塑料膜罩面 图 6 其中再生橡塑保 温板的厚度也采用与山墙相同的 8 cm 厚板材 改 造后后墙的热阻可达 1 35 m 2 K W 1 以上 与原 3 层复合后墙体热阻 1 41 m 2 K W 1 基本相当 由于拆除了后墙的外层墙体 与之相关联的女儿墙 也被一并拆除 由此也彻底消除了原温室屋面女儿 墙阻水的问题 改造后温室的后墙厚度由原温室的 810 mm 减薄到了 450 mm 同时拆除女儿墙后使温 室后墙高度显著降低 由此可大大延长后栋温室的 采光时间 综上 改造方案减薄了温室后墙 提高 了保温层防水性能 加强了温室保温 消除了女儿 墙的阻水隐患 延长了后栋温室的光照时间 是一 种优秀的改造方案 图 5 山墙改造方法 a 粉刷水泥砂浆 b 挂贴橡塑保温板 c 外罩塑料保护膜 图 6 后墙改造方法 a 粉刷水泥砂浆 b 挂贴橡塑保温板 c 外罩塑料保护膜 墙体采用双层复合结构 内层砖墙承重并被动 储放热 外层结构保温隔热 完全符合以被动储放 热理论为基础的现代日光温室建造模式 墙体占地 面积小 各层功能明确 这种温室墙体改造方案不 仅适用于同类温室的改造 而且也可以直接用于新 建温室 5 温室后屋面与保温被更换 原改造温室后屋面采用麦草保温屋面 从用材 而言 材料来源丰富 充分利用了农作物的废弃物 是一种经济 环保 可持续的建筑材料 从保温效 果讲 麦草松散 自身热阻也较大 是一种良好的 保温材料 从使用寿命讲 由于麦草是有机材料 干燥状态下使用寿命可能较长 但在受潮或遇水后 很容易发霉腐烂 此外 有机麦草中可能带有各种 虫卵 这些虫卵孵化后也会蚕食分解秸秆 这些因 素会直接影响其使用寿命 从支撑和保护保温层的 a b c a b c 120 栽培管理 屋面内层承重结构用材看 胶合板也是一种有机材 料 但温室内的高温 高湿空气环境 太阳的直射 和散射辐射 都会直接影响材料的使用寿命 从保 护保温层的外层材料看 草泥是一种非常经济且环 保的建筑材料 但在长期的风吹 雨淋等外界自然 环境中 表面泥土被风蚀 雨水冲刷 也会直接影 响其使用寿命 从改造温室的现场看 温室的后屋面在经过 10 多年的运行后 有的已经坍塌 图 1 b 图 2 a 有的经过风蚀和雨水冲刷表面泥土从草泥中分离 图 2 b 有的由于麦草腐烂 压实 屋面局部塌 陷或变形 图 2 c 不仅导致温室后屋面保温性能 下降 而且存在严重的安全隐患 为此 改造温室 全部拆除了原温室后屋面 采用厚度 3 cm 的柔性 橡塑发泡保温被替代 保温被内外两侧用耐老化塑 料膜热合保护 图 7 材料导热系数为 0 029 0 032 W m K 1 改造中 除固定的 3 cm 厚保温被外 还将同样材料的前屋面保温被直接延伸到后屋面 图 7 温室后屋面改造方案 a 温室外侧外表面 b 温室内侧外表面 覆盖在固定后屋面保温被之上 使后屋面保温层的 厚度达到 6 cm 总传热热阻达到 2 0 m 2 K W 1 远超过墙体的总热阻 这种改造方法不仅显著减轻了温室后屋面的荷 载 提高了保温性能 而且内外表面防水 防老化 的性能也大大提升 由此也将大大延长屋面材料的 使用寿命 温室墙体保温层 后屋面保温层和前屋 面保温层全部连接为一体 由此可显著提高温室覆 盖材料的密封性能 温室前屋面活动保温被 原温室采用针刺毡 使用多年后已经破损 达不到保温要求 本次改造 直接进行了更换 更换的保温被为与后屋面保温被 相同材料的橡塑发泡被 厚度 3 cm 总热阻约 1 0 m 2 K W 1 值得说明的是 这种保温被在安装过 程中采用了整体热合的连接工艺 安装后的保温被 为一幅整体无缝被 图 8 完全消除了传统保温 被由于幅宽小而导致的保温被幅与幅之间连接处密 封不严的问题 使温室的保温性能和防水性能都得 到了显著提升 6 其他建筑构造改造 除了温室主体结构的改造外 本次改造还在 温室山墙附加设置了防风挡板 图 9 a 可有效 阻挡侧风进入屋面保温被 防止保温被被风掀起 在温室屋脊处设置了卷帘机防过卷挡杆 图 8 可有效避免卷帘机在操作过程中由于操作不当而造 成保温被卷过温室屋脊的事故 在温室的墙体外 侧设置防水地布材料覆盖的散水 图 9 b 不仅 解决了建设工程硬化地面的问题 而且有效疏解 了屋面雨水对墙体的浸湿 同样的材料用于铺设 室内走道 图 7 b 完全解决了室内走道硬化的 问题 为方便作业人员上屋面检查和维修卷帘机 更 换塑料薄膜和保温被 维护后屋面 本项目在改造 的过程中还借用温室门斗和后墙增加设置了屋面上 人台阶 图 9 c 极大地方便了作业人员的操作和 图 8 温室外保温被更换 a b 卷帘机防 过卷挡杆 121 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 栽培管理 作业的安全性 为统一温室的外观色调 改造温室 的过程中也将门斗墙面进行了粉刷 使改造温室整 体焕然一新 本次改造还同时更换了塑料薄膜和卷 帘机 更新了屋脊通风口及开窗机构 设置了通风 口防虫网 为防止屋脊部位兜水 在通风口还设置 了防兜水网 7 改造后温室及性能 该温室 2021 年改造后当年即投入运营 室内 种植番茄 图 10 为 2021 年 12 月 27 日一昼夜室内 外温度变化曲线 由图可见 在室外最低温度达 到 24 的条件下 改造温室的室内夜间最低温度 可保持在 11 7 室内外温差达到 35 以上 基 图 9 其他建筑构造改造 a 山墙挡风板 b 散水 c 门斗及上屋面台阶 表 1 2021 2022 年度冬季最冷时节各旬最低温度 时间 年 月 日 室外温度 改造温室室内温度 对照温室室内温度 改造温室与室外温差 改造温室与对照温室温差 2021 12 01 2021 12 10 12 0 11 7 9 9 23 7 1 8 2021 12 11 2021 12 20 17 0 13 2 8 8 30 2 4 4 2021 12 21 2021 12 31 24 0 9 3 8 2 33 3 1 1 2022 01 01 2022 01 10 15 0 10 3 9 1 25 3 1 2 2022 01 11 2022 01 20 17 0 11 0 9 6 28 0 1 4 2022 01 21 2022 01 31 16 4 12 2 9 6 28 6 2 6 2022 02 01 2022 02 10 18 0 10 7 7 6 28 7 3 1 2022 02 11 2022 02 13 17 0 12 5 10 4 29 5 2 1 本保证了喜温果菜的越冬生产 与没有改造的对 照温室相比 同期室内最低温度还提高了 2 从 2021 年 12 月至 2022 年 2 月初的整个冬季温度变化 看 表 1 在室外温度 12 24 的条件下 改 造温室内的温度始终保持在 10 以上 而没有改 造的对照温室室内最低温度基本在 10 以下 两 a b c 图 10 改造后温室冬季运行室内温度 0 00 1 00 2 00 3 00 4 00 5 00 6 00 7 00 8 00 9 00 10 00 11 00 12 00 13 00 14 00 15 00 16 00 17 00 18 00 19 00 20 00 21 00 22 00 23 00 i i v i 40 30 20 10 0 10 20 30 时间 122 栽培管理 者温差为 1 1 4 4 在温室采光性能不变的条件 下 改造温室提高了室内温度 说明改造温室 8 cm 厚再生橡塑保温板的保温性能至少达到了 240 mm 厚砖墙 200 mm 厚炉渣的保温性能 说明此次温 室保温系统的改造是成功的 且这种保温系统改造 方法也可在类似温室和同等气候条件下推广应用 8 改造温室造价 本次改造温室跨度 7 m 长度 50 m 总建筑面 积 350 m 2 改造总费用 72 187 元 折合单价 206 元 m 2 表 2 表 2 温室改造费用明细 项目 单价 数量 单栋温室总价 元 基础工程 含开沟 支模板 浇筑混凝土 埋件 70 元 m 1 50 3 500 骨架防锈 含纵向系杆 70 元 榀 1 51 3 570 墙面抹灰 含山墙和后墙内外表面抹灰 30 元 m 2 147 4 410 外墙保温 含山墙和后墙橡塑保温板 表面防老化塑料膜 卡槽 卡簧等 66 元 m 2 85 5 610 后屋面改造 含后屋面支撑系杆 橡塑保温板及双侧表面防老化塑料膜 卡槽 卡簧等 85 元 m 2 105 8 925 保温被更换 含保温被固定压条 保温被 压被绳等 39 元 m 2 412 16 068 屋面棚膜更换 含棚膜 防虫网 卡槽 卡簧 压膜线 屋脊通风窗开窗机构 防水兜钢丝网 13 元 m 2 412 5 356 卷帘机 5 000 元 套 1 1 5 000 上屋面台阶 1 100 元 套 1 1 1 100 园艺地布 含散水 室内走道 5 6 元 m 2 80 448 人工费 260 元 人 1 d 1 70 18 200 合计 72 187 注 改造费用明细中不含门斗修缮费用和运输费 不同工程因改造项目不同造价会有差别 123 中 国 蔬 菜 CHINA VEGETABLES 栽培管理