冀北越冬型单栋节能日光温室的设计与建造

李兵 吴效楠 王玉宏 孙周平 闫立英 陈立海 董岩 刘斯超

摘    要： 针对农业设施的发展与需要，将基层农技推广体系的实践积累与大专院校、科研院所的研究成果相结合，制定完成了越冬型单栋节能日光温室设计建造规范，主要内容包括基本构造及性能要求、采光结构设计、 场地及布局、主体建造要求、覆盖物等方面。该规范是对已有相关标准、成果、技术的一些补充与细化，更适用于冀北山区及同等类型地区参考使用。

关键词： 日光温室; 单栋; 越冬; 节能; 建造规范

中图分类号： S625.1 文献标志码： C 文章编号： 1673-2871（2020）11-123-03

承德地处京津冀都市圈和环渤海经济圈之中，是衔接关内外的关键地区之一，这里四季分明，光照充分，气候条件优越，日光温室建设发展迅速，目前已成为承德市设施农业的重要组成部分，是承德市高效园艺产业的一大亮点。承德跨越北纬39°～42°，地势纵横，山峦跌宕，节能型日光温室在这里已经具有一定规模，但随着设施园艺的发展，原有日光温室的性能指标已逐渐不能满足现代农业需要，因此，由承德市农业农村局提出，由承德市蔬菜技术推广站、沈阳农业大学负责起草，联合河北科技师范学院、承德石油高等专科学校、承德市农林科学院的有关专家，编制完成了承德市地方标准《越冬型单栋节能日光温室设计建造规范》（DB 1308/T 271—2020），该标准提出了承德越冬型單栋日光温室采光结构设计相关参数约定模型，规范了日光温室农用建造指标，进一步挖掘了日光温室效能，增强了日光温室的使用效果。 为了便于读者使用该标准，现对关键内容进行简要说明。

1 构造及性能要求

日光温室主要具有前屋面（南）、后屋面（北）、后墙（北）、山墙（东、西）、骨架、透明覆盖物、保温覆盖物等基本结构，配有缓冲间（门斗），前屋面在冬至日正午前后能够保持 4 h 以上的合理采光时间，可以截获充分的太阳辐射量，要求温室室内温度不低于10 ℃，10 cm 地温不低于15 ℃。

2 采光结构设计

2.1 前屋面采光角

2.1.1 前屋面采光角关系模型 越冬型单栋节能日光温室要求其前屋面在冬至日午时前后的4 h左右时间内可以获得充分的光照，可以截获更为充分的太阳辐射量。因太阳光的透过率和太阳辐射的截获量与太阳直射光线在前屋面的投射角度、太阳高度角、太阳方位角和温室方位角有关，其关系模型可由sinβ=sinhcosθ+coshsinθcos（A-a）表达，式中：θ为日光温室前屋面采光角，β为太阳直射光线投射角，其取值在47°～50°的范围为佳，A为太阳方位角，a为温室方位角，正南北建造时为0°。

2.1.2 参数太阳高度角、太阳方位角、时角的计算 在设计温室前屋面采光角时，将10：00—14：00确定为合理采光时段，根据太阳高度角计算公式sinh=sinφsinδ+cosφcosδcosω计算出10：00的最小太阳高度角，式中：h为太阳高度角，ω为太阳时角，φ为温室所在地理纬度。

太阳方位角A可由sinA=[cosδsinωcosh]计算，式中：δ为太阳赤纬，冬至日为-23.45°。

时角ω可由ω=15°×（ST-12）计算，式中：ST为真太阳时，以 24 h 计时。

2.1.3 前屋面采光角的选用方法 当温室正南北设置，东西延长建造时，将10：00太阳高度、10：00太阳方位、温室方位以太阳投射角等参数代入关系模型，计算得到河北承德北纬39°～42°地区的温室采光屋面角在30°～38°范围内能兼顾采光与建筑的要求，使用时以中间数值为基准，高纬度地区选偏大值，低纬度地区选偏小值，温室方位南偏东选偏小值，南偏西选偏大值，相同条件下选偏大值可获得更高的太阳能截获量。

2.2 前屋面设置

温室主采光屋面采用拱圆形设计，可以同时满足作物生长、人工作业和采光、捕获太阳辐射的设计要求。在南端设置不低于1.0 m的最低作业高度，最低作业点与主采光面形成连续圆弧，使前屋面底角处坡度不小于60°，加大落差，增强前屋面采光，且易于劳作;屋脊处坡度不小于8°，前屋面弧长与温室跨度1.0～1.2的比例，可获得更好的采光保温效果，同时有利于前屋面雨雪清理、铺放保温棉被和卷帘机操作等农事要求。

2.3 脊位比

越冬型单栋节能日光温室，要求具有在日间采光、保温、蓄热，夜间释热、保温的基本功能，但其又存在对外界散热的不利因素。温室地面、墙体为主要的蓄热保温面，后屋面具有一定保温功能，但会产生遮光阴影，前采光屋面是主要的对外散热途径。通过脊位比控制前后屋面大小，达到增强保温蓄热，降低对外散热的效果，脊位比是前屋面水平投影与净跨度的比值，本地合理的脊位比范围0.80～0.85，按大跨度选大值，小跨度选小值，温暖地区选大值，寒冷地区选小值的原则选取。

2.4 后屋面角度

后屋面仰角大小对温室后墙采光蓄热和后排作物光照有影响，其设置应满足冬至至春秋两分期间后墙和后排作物可获得充分光照，同时考虑保温被卷起位置的遮光，后屋面仰角应适当加大，取值应比当地冬至日正午太阳高度角大10°～20°为宜，一般取35°～45°，纬度高的地区选小值，纬度低的地区选大值，保温被折叠区域大的选大值，保温被折叠区域小的选小值。

3 场地及布局

3.1 场地选择

宜选择在种植季节日照百分率高于50%，且南、东、西侧没有高大遮挡物的地区，建设场地地质条件好，分区平整，地下水位适中，无灾害发生，无污染;修建温室群或较大型的温室园区要做好温室排列以及配套给排水、道路、电力等设施的规划建设;温室的选址建设应符合国家相关规定。

3.2 温室方位

单体日光温室坐北朝南建造，东西向延长线与真子午线之间的夹角宜≤10°，室外最低温度高于-10℃的地区宜南偏东布置;室外最低温度低于-20℃或冬季晨雾较多的地区宜南偏西布置，每偏东1°可提早接受太阳照射4 min，有利于早晨温室内提温，偏西1°可延后太阳照射4 min，有利于下午温室内温度的积累，各地在实际应用中应考虑当地温室生产及作息情况等影响因素确定温室方位，保证日光温室能更好地接受阳光照射。

3.3 温室间距

日光温室建筑地周边在上午揭帘后至下午放帘前无遮光物影响，温室群体之间相互不遮挡，温室之间或温室与其他建筑之间的合理间隔可依据L=Htg（90°-h9-10）cos（A9-10-a）计算，式中：L为遮光点（图1）至温室前沿之间的距离，H为温室或其他建筑最高遮光点高度，h9-10为冬至日上午9：00—10：00太阳高度角，A9-10为冬至日上午9：00—10：00太阳方位角。

4 主体建造要求

4.1 基本要求

日光温室主体结构设计的使用寿命不应低于10 a（年），一般将温室外标高确定为±0.00，室内标高与室外标高相同，也可根据需要将温室内地坪降低0.4～0.5 m，设计荷载应符合 GB/T 51183—2016的要求，热工设计应符合 GB 50176—2016的要求，

主体结构的施工与安装应符合 NY/T 2134—2012的要求，灌溉系统设计应符合 NY/T 2533—2013的要求，建筑设计应符合 NY/T 3223—2018的要求。

4.2 主体尺寸

由于受緯度、气候、气象、地理等综合因素影响，承德日光温室建设跨度在8～10 m更为合理，不宜小于6 m或超过12 m，温度低的地区宜取偏小值，温度高的地区宜取偏大值。为了便于管理，温室长度80～100 m为宜，不宜小于 60 m或超过120 m，一般温室长度应为骨架开间的整数倍，骨架开间宜取0.8～1.2 m，便于设置栽培床、增加作物光照。

4.3 地基基础

地基基础按房屋建筑基础设置。为了增强冬季保温效果，紧贴基础内侧埋置厚度5～10 cm 聚苯保温板;或在基础外侧0.2 m 处建造防寒沟。防寒沟宽度0.4 cm，深度1.0 ～1.5 m，沟内填充玉米秸、炉渣或珍珠岩，沟顶覆土塌实，顶面北高南低，防止雨水流入。

4.4 围护墙体

墙体是日光温室重要组件，应同时满足承重、保温和蓄热的要求。传统土墙墙体建筑要求墙体顶部厚度1.5～2.0 m，底部厚度3.0～5.0 m，内侧墙体上下削齐，坡度10°～12°，外侧墙体坡度约45°，山墙和后墙衔接处采用山墙包后墙的方式，以增加山墙的抗拉力。近些年，异质复合墙体使用越发广泛，其构造应由内向外按蓄热、承重、保温、保护功能组成。蓄热层可采用夯实黏土、实心砖砌体或石块等蓄热系数大的材料，保温层宜采用导热系数小的材料，采用夯实黏土或石块做蓄热层时，蓄热层厚度大于等于0.50 m;采用实心砖砌体时，蓄热层厚度大于等于0.37 m。墙体基部外侧形成坡度不小于5%的散水，防止外部水倒流进温室内部。

4.5 后屋面

后屋面采用多层结构，由室内向室外应有防潮层、承重层、保温层、调节层和防水层，各层之间错缝拼接，后屋面外侧与外墙连接形成泛水构造，防止雨水从后坡倒灌。

4.6 骨架

温室骨架使用耐高温、耐高湿、耐腐蚀的材料。骨架表面光滑，弧线均匀，宜于塑料薄膜铺盖和压膜线压实。整体骨架由纵向系杆连接，纵向系杆的间距不宜大于2 m，骨架与骨架、骨架与系杆之间相互支撑，结构稳定，可靠固定。骨架应表面光滑，弧线均匀，宜于塑料薄膜铺盖和压膜线压实。整体骨架相互支撑，结构稳定，可靠固定。

4.7 缓冲间（门斗）

缓冲间设在温室一侧山墙外，朝南开门，防止寒风直接吹入温室。日光温室南北方向排列，缓冲间应设置在同一侧;东西方向排列，缓冲间应与道路相邻。

5 覆盖物

温室覆盖物主要分为透明覆盖物和外保温覆盖物，日光温室透明覆盖物主要采用厚度0.08～0.12 mm，透光率不小于85%，且添加有少量复合稳定剂和PVA（可提高膜的热稳定性和防雾效果）的PVC膜，PE膜，EVA膜，PO膜;外保温覆盖物主要有稻草帘（厚度5～6 cm）或防寒防水保温棉被（厚度2～5 cm）等。温室前屋面透明覆盖物为主采光面，同时兼备温度调节功能，因此，应在前屋面底部、中部或顶部设通风口，通风口宽度0.5～1.5 m，总面积不小于前屋面面积的15%，通风口活动膜和固定膜搭接宽度为0.2～0.3 m，要求覆盖防虫网，网眼密度22～40目，兼顾防虫与通风效果。

6 数据记录

记录设计参数，在图纸对应位置明确标注，形成档案材料存档。

参考文献

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