被动式蓄热全钢结构组装式日光温室建造技术

丁明元 梁顺有 杨桂玲

（甘肃省临泽县农业技术推广中心，甘肃临泽 734200）

甘肃省临泽县开发了一种全彩钢墙体钢架结构组装式日光温室。利用保温棉被、双面彩钢板构成保温墙体及后屋面，利用水进行蓄热，代替砖、土、沙石等蓄热介质，且建造及拆卸方便，节省用工，抗风、抗压能力强，建造成本较相同面积的传统日光温室减少1.73万元，适宜河西走廊及西北地区园艺作物周年生产及集约化育苗。

日光温室作为现代农业技术的重要组成部分，近年来由于劳动力成本的上升和比较效益的下降，投资回报率低，呈现出发展速度缓慢、废弃温室逐年增多的现象。究其原因：一是传统土墙结构温室在建设过程中对耕作层破坏严重，需要增加恢复地力的额外投入；二是传统钢竹结构温室的前屋面更新改造和维护费用较大，每年都需要更新改造和维护，并且随着使用年限的延长，更新改造、维护的费用逐年增加；三是随着劳动力成本上升，传统温室建造费用逐年攀升，尤其是后墙体部分的建造费用占到总费用的1/3以上；四是传统日光温室白天利用光照增加室内温度，夜间温度降低，温室内昼夜温差过大，夜间温度过低，导致蔬菜停止生长，甚至遭受冻害，严重影响蔬菜产量和经济效益。

鉴于上述原因，笔者开展了被动式蓄热全钢结构组装式日光温室的试验研究，目的在于降低日光温室建造成本，推动戈壁农业健康持续发展。试验取得了2项实用新型专利，分别是全彩钢墙体钢架结构组装式日光温室（专利公开号CN203646202U）和一种钢结构日光温室夜间蓄热增温装置（专利公开号为CN205385747U）。与传统日光温室不同，全彩钢墙体钢架结构组装式日光温室利用保温棉被、双面彩钢板构成保温墙体及后屋面，利用水进行蓄热，代替砖、土、沙石等蓄热介质，建造及拆卸方便，节省用工，且便于新技术、新产品的组装配套，适宜河西走廊及西北地区园艺作物的周年生产以及集约化育苗。现将全彩钢墙体钢架结构组装式日光温室的建造技术总结如下。

1 设计原理

1.1 温室轻简化建造原理 以立柱、保温被及彩钢板构成后墙体，保温被外面设彩钢板，彩钢板用来增强保温被的抗老化能力，延长保温被的使用寿命，以达到保温效果。用连接杆将温室骨架连接成一个整体，提高温室的抗风能力和坚固性，立柱用来定位保温被、架设蓄热水管，达到施工简便、节约耕地、节约劳力、抵御自然灾害、提高温室综合性能的目的。

1.2 被动式蓄热温室增温原理 水的热容量（单位质量或原状体积系统，温度升高或降低1 ℃所吸收或释放的热量）较大，为4.2 J·g-1·℃-1，是土壤的3.5倍（土壤的体积热容量一般为1.0～2.5 J·g-1·℃-1，含水量大则更高），是砖的5.6倍。因此，利用水蓄热，代替砖、土、沙石等蓄热介质，同时利用黑色吸热能力强的特点，用黑色塑料水管为蓄水设备，代替蓄水池，且水的价格便宜、不污染环境，可循环利用和灌溉，利用水积蓄温室白天温度升高产生的热量、夜间散发热量来提高温室夜间温度，解决温室蓄热能力，提高温室的综合性能。

1.3 蓄热水管架设方法 在温室的后立柱上叠放架设与后墙相同高度的水管（6层，以长度70 m为例，可蓄水12 m3），每层管道的两端相互连通构成循环回路，白天内部灌满清水，用水蓄热。水管上部安装进水口（与进水系统相连接）及排气阀，下部安装放水阀（图1）。

图1 新型温室蓄热水管

2 设计参数

温室跨度：9 m，长度随地形而定，一般60～70 m较好。

圈梁（混凝土）：四周预制混凝土（标号为200#）圈梁，前圈梁（每隔1 m设置预埋件，用于固定钢圈梁）高0.3 m、宽0.3 m，后圈梁（每隔2 m设置预埋件，用于固定立柱）高0.3 m、宽0.8 m。骨架、钢圈梁及配件材料规格：骨架、钢圈梁为3 cm×7.8 cm的矩形钢管，骨架材质选用国标镀锌钢板，冷压弯曲成温室型；固定拉杆为直径20 mm的镀锌管；后立柱为直径110 mm的国标镀锌钢管；支撑桩长30 cm，采用边宽分别为50、32 mm，边厚4 mm的角铁；前立杆长2 m，为长400 mm、宽25 mm、厚6 mm的矩形钢管；后立杆长0.8 m，为长3 cm、宽7.8 cm、厚2.75 mm的矩形钢管，温室前立柱采用直径75 mm的国标镀锌钢管。骨架、钢圈梁及配件设计规格：脊高3.8 m，前屋面长10.5 m，后屋面长2.45 m，后立柱高2.3 m，间距2 m，钢圈梁为温室长度的2倍（在后立柱上面和前圈梁上面安装并固定），前屋面及后屋面骨架相连，间距1 m，横向固定拉杆9道（长为温室长度），山墙固定8根支柱（两侧共16根），前立柱长4 m，间距8 m，前立柱顶端与骨架相连。保温被及棚膜：立柱（后墙）及后屋面保温被宽5 m，长为温室长度，厚度10 cm（2层）。两侧山墙放置草墩+保温被。温室前屋面覆盖宽10 m、厚1.2 mm的醋酸乙烯（EVA）棚膜。风口膜宽2 m，棚膜长度比温室长1 m，前屋面保温被长11 m、厚5 cm，采用卷帘机覆盖和揭开保温被。彩钢板：以高密度苯板制作的双面彩钢为保温墙体及后屋面，苯板厚10～12 cm，高密度、耐阻燃，彩钢双面，每层厚度5 mm，后墙体高2.2 m，后屋面长2.6 m。蓄水设备：采用直径为17 cm、壁厚0.5 cm的黑色PVC水管。

3 建造要点

3.1 建造材料 包括温室前、后立柱，骨架，连接杆，活动山墙，前立杆，后立杆，操作垫，彩钢板，保温被，支撑桩，水管，排气阀，进水管，出水阀等材料。

3.2 建造方法 在前圈梁及立柱上安装钢圈梁，钢圈梁上纵向安装骨架，骨架的前后面横向安装连接杆，骨架的后屋面及后立柱外面安装保温被，在保温被上固定彩钢板，在骨架的两端设置活动山墙，骨架的顶部设置立杆、操作垫，在立柱上设置支撑桩，支撑桩上架设蓄热水管、排气阀、进水管、出水阀等材料。在走道的前端（靠近种植面）设置前立柱。

3.3 具体实施方法 在平整好的温室地面上预制混凝土圈梁及走道，在后圈梁的预埋件上焊接立柱，在立柱和前圈梁上铺设钢圈梁并固定，在钢圈梁纵向等距安装骨架，在骨架上横向安装连接杆，在骨架的后屋面及立柱上铺设保温被，在保温被上安装彩钢板，在骨架的两端设置活动山墙，并在骨架的顶部设置前立杆、后立杆、操作垫。在立柱上水平设置支撑桩，在支撑桩上水平固定蓄热水管，蓄热水管平行分布排列，互相贯通，两端封闭。在蓄热水管的上端垂直设置排气阀和进水管，在蓄热水管的下端设置出水阀，同温室灌水系统（可架设循环泵，增大压力）相连接，在走道的前端设置前立柱，前立柱与骨架用连接件相连。

4 建造成本

建造1座长70 m、宽9 m、利用面积630 m2的被动式蓄热全钢结构组装式日光温室，总造价约为10.27万元，每平方米约162元，主要包括温室钢骨架2.10万元（70 m，每米300元），彩钢2.86万元（共381.5 m2，其中后墙体154 m2，后屋面185.5 m2，山墙42 m2，每平方米75元），前立柱720元（直径75 mm的镀锌钢管36 m，每米20元），棚膜0.1万元，保温被2.3万元（共1 533 m2，其中后墙体及后屋面763 m2，前屋面770 m2，每平方米15元），蓄热水管0.64万元（共51根，每根长8 m，每根126元），卷帘机0.40万元，其他材料0.6万元，安装费及零配件1.2万元。相比传统日光温室，相同面积下该类型温室的总建造成本可减少1.73万元。

5 抗逆保温能力

针对河西走廊低温、大雪、大风等灾害性天气特征，笔者根据《温室结构设计荷载》国家标准GB/T 18622—2002的规定及近3 a（年）的验证，对该温室的抗御自然灾害能力及保温性进行了检测及验证。

5.1 抗压能力 冬春两季是河西走廊及西北地区降雪集中的时段，该温室材料与结构抗压能力强，不受一般大雪天气影响。根据建筑结构荷载规范（GB 50009—2012），该结构温室的雪荷载值为0.36 kN·m-2，可承载50 kg·m-2以上的压力，即单日降雪量在25 cm以下时，温室结构不会出现畸变。

5.2 抗风能力 春季是河西走廊及西北地区大风较频繁发生的时段，该结构温室抗风能力强，风荷载值≥0.31 kN·m-2，可以抵抗平均风速为26 m·s-1的11～12级大风。

5.3 保温蓄热能力 据实际观测，当室外最高温度为-8.3 ℃、最低温度-23.0 ℃时，温室内平均最高温度28.7 ℃，最低温度4.7 ℃（采用HC-02温度自动记录仪记录温度），室内外最高、最低温度差分别为37.0、27.7 ℃。2017年，室外出现极端最低温度-26.5 ℃时，温室内最低温度为4.2 ℃，蔬菜长势正常。

6 性能特点

① 以保温棉被、PVC水管、双面彩钢板为保温墙体及后屋面，代替砖、土作温室的墙体及后屋面，解决了传统日光温室建造中墙体过宽、过厚造成的土地浪费、耕作层破坏严重等问题。② 建设过程中，不打墙、不挖土，保护了土地耕作层，有利于实现稳产高产，同时适应性广，不受土地、季节限制，适合在耕地和戈壁等条件下建造。③ 骨架以高规格轻质镀锌钢板为原材料，一次成型制作而成，钢架材料质量轻，整体组装稳定性强。种植面无立柱、拉筋等支撑构件，温室底角和屋顶预留通风带，便于调控温湿度，室内视野开阔，方便小型机械进入室内进行机械作业。主要用于河西走廊及西北地区各种蔬菜、瓜果、花卉、葡萄、樱桃等园艺作物的周年生产以及集约化育苗，利于种植结构的调整。④ 用保温棉被、彩钢板、PVC水管的水蓄热、隔燃保温，替代砖、土等蓄热以及蓄水池建设，扩大了种植面积。与传统日光温室相比，同等占地面积，新型温室种植面积可增加16 m2（约2.5%）。⑤ 节省用工，减轻劳动强度和劳动量。建成一座630 m2的传统日光温室需投入劳动用工180个，而该温室只需40个劳动用工。⑥ 建造及拆卸方便，安装简易。在遇到土地调整、征用、洪涝等特殊情况时，可拆卸、移动、重组，重新使用。⑦易推广，便于栽培新技术、新产品的组装配套。优良的棚型设计和开阔的耕作空间，有利于组装有机生态型无土栽培、测土配方、水肥一体化、农业物联网、温湿度自动化控制等实用新技术、新产品，可提高温室的自动化管理和标准化生产水平。

7 推广前景

位于河西走廊中部的临泽县，戈壁农业已发展逾300 hm2（4 500亩），而且以每年150 hm2（2 250亩）的速度发展，被动式蓄热全钢结构组装式日光温室具有建造成本低、施工简便、性能良好的特点，可以作为戈壁设施农业发展的新型模式进行推广。新型日光温室目前已在张掖市推广逾200座。