您當前的位置:首頁 > 解決方案 > 溫室設計 > 正文

溫室設計

北京農立方溫室工程技術有限公司擁有實力強大的專業設計團隊,具有包括北京農業嘉年華等知名項目的設計經驗。我們在農業園區景觀設計,農業創意景觀設計,農業休閑農莊景觀設計,農業會展景觀設計具有專業的實力和創新的思路。


以日光溫室設計為例,日光溫室建筑設計中包括場地的選擇、場地的布局以及溫室各部位的尺寸、選材等。日光溫室各部位的尺寸即是日光溫室建筑設計參數,主要包括溫室方位、溫室跨度、高度、前后屋面角度、墻體和后屋面厚度、后屋面水平投影、防寒溝尺寸和溫室長度等。在確定日光溫室建筑參數時應重點考慮采光、保溫、作物生育和作業空間等問題。

由于日光溫室的基本能源來自太陽,又需要在嚴寒冬天使用,因此特別要強調充分采光,嚴密保溫,白天讓盡可能多的太陽光能進入室內,并蓄積起來;夜間盡可能減少室內熱量逸出溫室,使室內維持一定的溫度水平。因此除了堅固以外,充分采光和嚴密保溫是日光溫室設計的基本要求,同時也應考慮作物生育和人工作業空間等問題。

一、方位

溫室的方位是指溫室屋脊的走向。日光溫室僅靠向陽面采光,東西山墻和后墻都不透光,所以一般都是坐北朝南,東西延長,采光面朝向正南以充分采光。在生產實踐中,某些地區如東北、西北早晨比傍晚寒冷得多,或早晨多霧的地區,方位可偏西5度-10度,以便更充分地利用下午的光照,這叫“搶陰”。在冬季并不嚴寒,且大霧不多的地區,如北京,溫室方位可以偏東5度-10度,以充分利用上午的陽光,又避免西北寒風的襲擊,上午的光質比午后的好,有利于作物的光合作用,這叫“搶陽”。

二、跨度

指的是溫室后墻內側至采光面底腳間的距離。溫室跨度的大小,對于溫室采光、保溫、作物生長發育和作業都有很大的影響。在溫室高度和后屋面高度一定的情況下,溫室跨度大其采光面的角度勢必減小,因而不利于白天采光增溫;同時又增加了散熱面積,不利于夜間保溫。但跨度小,土地利用率低。因此應兼顧上述幾個方面來確定?! ‘斒彝庠O定溫度為-12℃時,選擇跨度7.0-8.0m;當室外設定溫度為-15℃--18℃時,選擇跨度6.5-7.5m;當室外設定溫度為-18℃時,選擇跨度5.5-6.5m。目前一般認為日光溫室的跨度以6-8 m為宜,若生產喜溫的園藝作物,北緯40-41度以北地區7-8m,40度以南地區8m為宜。

三、脊高

也稱溫室高度,是指溫室屋脊至地面的垂直距離??缍认嗤臏厥?,降低溫室的脊高,溫室過于低矮,會減小溫室的采光屋面的角度、吸熱面積和溫室空間,不利于采光、增溫和作物生育;適當增加脊高,有利于溫室采光、增溫、作物生育和人工操作;但如若脊過高溫室過高,會增加建筑溫室的成本,而且還會因散熱面積過大而影響保溫。因此溫室的脊高和溫室的跨度應有一個適當的比例,可以根據跨度來確定脊高。

四、溫室長度

溫室適當長一些,可減少兩山墻遮光面積的比例。但如溫室過長,影響通風,一般溫室長以50-60m為宜。

五、相鄰溫室的間距

指南北兩棟溫室的間距,自南棟溫室后墻根至北棟溫室采光面底腳應不小于當地冬至前后正午時陰影距離。例如在北京地區,南北兩排溫室間距,應不小于溫室屋脊高加卷起草苫高的兩倍。

六、采光屋面的角度和形狀

采光屋面也稱前屋面,其作用是采光和保溫。采光屋面的角度即采光與地面的夾角。必須保持采光屋面有一定的角度,使得采光屋面與太陽光線所構成的入射角盡量小。當然入射角等于0度,陽光與采光屋面垂直時最理想,因為這時采光屋面對陽光的反射率等于0,射到采光面上的陽光幾乎可以全部透進溫室中。但這是做不到的,因為冬季太陽高度角很小,要使采光面與陽光垂直,采光面必須很陡,如在北京采光面與地面的夾角要達到60度以上,這樣北墻必須相當高。太陽位置是在時刻移動著的,而且日光溫室的采光面一般都是曲面,同一時刻采光面上各點的陽光入射角也是不同的,因此要做到采光面上所有的點在所有時刻與太陽光線垂直顯然是不可能的。

農立方從總體優化角度出發,既考慮溫室使用季節內太陽位置的變化又考慮采光面的形狀,模擬不同采光角度下室內太陽輻射量,充分采光,得出幾點結論。由于太陽位置冬季偏低,春季升高,在溫室的前沿底腳附近,角度應保持在60-70度左右,中部應保持在30度左右,上部靠近屋脊處10-20度左右。有的地區將半拱圓式日光溫室的采光面分成若干個切線角,自前屋面底腳開始每1m一個切線角。前底角(采光屋面前底腳與地面的夾角)50-60度,1m切線角處35-40度,2m處25-30度,3m處20-25度,4m處15-20度,最上部15度左右。

確定采光面的形狀時要兼顧到如下幾點:(1)采光性;(2)便于雨水流失,下雨時雨水不會滯留在棚膜上形成“兜水”;(3)易被壓膜線壓緊,有風時不會“兜”風;(4)離前屋面底腳0.5-1.0m處應有一定的空間,便于工作人員操作,有利于作物生長。 筆者曾研究過幾種典型的采光面形狀與溫室透光率的關系。發現在相同的高度、跨度下,圓一拋物面組合式屋面透光率最高,一坡一立式和橢圓型最差,圓面和拋物面的居中。實踐表明:這種形狀的屋面頂部附近角度較大雨水容易流走,不易“兜水”;腰部拱圓弧度較大,易被壓膜線壓緊,不易“兜風”;而且前底角附近空間較大,便于操作。蘭州大學的觀測也表明:圓一拋物面組合式屋面透光率比拋物面和單斜面溫室分別高出4.5%和2%。據鞍山市園藝所觀測,同是跨度為7m,中脊高為3m的溫室,冬季一坡一立式溫室透光率為56%,圓弧型的透光率為60%。

七、墻體

墻體(包括后墻和山墻)是日光溫室的重要組成部分,它一方面是溫室的圍護結構,起著避風、擋雨、支撐和承重的作用;另一方面墻體還是一個吸熱、蓄熱、放熱體,起著調節溫室內溫度的作用,因此墻體建筑的熱效應對于改善溫室的熱環境有積極的作用。墻體建筑包括兩個環節。一是墻體的厚度,二是墻體的做法。

墻體的厚度 溫室工程專家對墻體厚度與保溫性能進行了研究,設計了三種不同厚度的土墻:①土墻厚50cm,外側覆蓋一層塑料薄膜;②土墻厚100cm;③土墻厚150cm,其它條件相同。其結果表明:自11月上旬-2月上旬,②比①室內最低氣溫高0.6℃-0.7℃;③比②室內最低氣溫高0.1℃-0.2℃;室內最高氣溫分別差0.2℃-0.5℃和0.1℃-0.3℃。由此可知,隨著墻體厚度的增加,保溫能力提高。但并不等于墻體越厚越好。如上述試驗中,100cm厚的土墻較50cm厚的保溫明顯;而150cm厚的土墻較100cm厚的增溫幅度不大,也就是實用意義不大。一般來說在江淮平原、華北南部土墻以0.8-1.0m為宜;華北平原北部、遼寧南部1.0-1.5 m為宜,磚墻以50-60cm為宜,有中間隔層的更好。

關于墻體的保溫性能,主要應考慮墻體材料的導熱性、吸熱性和蓄熱性,保溫性能好的墻體,應是由吸熱、蓄熱性好,但導熱能力差的材料。例如普通石料對太陽輻射的熱吸收系數為0.68,紅磚為0.7-0.77。磚吸熱系數比石料高,導熱系數小,蓄熱系數略遜于土。土蓄熱系數較高,導熱系數也小;石墻雖蓄熱系數較高,但吸熱系數小,導熱系數卻很大。故磚墻、土墻較好。

可以根據當地設定的最低溫度確定墻體必要的熱阻值R,由此R值和各種材料的導熱系數,即可根據有關公式(略)求出墻體的厚度。

墻體的做法 日光溫室的墻體有兩種做法,即單質墻體和異質復合墻體兩種。單質墻體是由單一的土、磚或石塊砌成。異質復合墻體一般內層是磚,中間有干土、爐渣等夾層,外層為磚、石或加氣磚。近年來隨著科學園區的興建,各地紛紛建立了一些高檔次的日光溫室,普遍采用一定厚度的聚苯板做中間夾層。異質復合墻體中間夾層內填充材料一般有干土、煤渣、珍珠巖、干稻草、鋸末等。根據筆者的觀測凡夾層填充隔熱材料的,均比未填任何材料的空心夾層室內最低氣溫高。由于聚苯板導熱系數比煤渣、珍珠巖小的多,其隔熱效果應當更好。

在選擇夾層隔熱材料時,要考慮其隔熱性,考慮材料費用,不要用有機物質做隔熱材料,有機物質在高溫、高濕下易腐爛,不僅起不到隔熱作用,反而有損于墻體的堅固性。

一些研究指出墻體外層用加氣磚的比用普通磚的保溫效果高,室內氣溫可相應提高0.5℃-0.8℃。

八、后屋面

后屋面連接墻和采光面,也是溫室的重要組成部分,起著圍護、防雨擋風和保溫的作用。后屋面的有無及其厚度影響溫室的保溫能力。根據寧夏農業科學院的研究,無后屋面的簡易日光溫室,在室內生一煤爐的加溫條件下,室內氣溫維持在8.6℃-9.7℃之間,最低氣溫在0℃左右,10-20cm地溫為7.8℃-8.6℃;而有后屋面的溫室,無煤爐加溫,平均氣溫可達12.3℃-14.4℃,最低氣溫3.0℃-3.5℃,10-20cm地溫為12.3℃-14.4℃。兩種溫室的差異主要受后屋面的影響。后屋面的做法也有兩個環節,一個是后屋面的寬度,另一個是后屋面的做法。

后屋面的寬度 后屋面的寬度由其仰角和水平投影決定。后屋面應保持一定仰角(后屋面與地面夾角),仰角太小勢必遮光太多,后屋面的仰角應視使用季節而定,但至少應略大于當地冬至正午時的太陽高度角,以保證冬季陽光能照滿后墻,增加后墻的熱量,一般應保持在35-45度之間。

后屋面應保持適當的寬度,后屋面太寬,春秋季節室內遮光面積很大,影響后排作物的生育和產量;后屋面太窄,對保溫不利。因此要兼顧采光和保溫兩個方面。后屋面投影即中脊至地面垂線點到后墻根的距離。南方地區后屋面水平投影可短些,北方地區應長些。筆者研究認為: 后屋面寬窄影響溫室采光和保溫兩個方面,后屋面窄一些有利于采光增溫,但不利于保溫;寬一些有利于保溫,但不利于采光增溫。筆者曾計算過溫室的保溫率和增溫率與后屋面投影大小的關系,并將保溫率和增溫率綜合成一個熱效應指標,結果表明當后屋面投影為溫室跨度的0.20-0.25時,溫室的熱效應最大。據此筆者建議溫室后屋面投影應視溫室跨度而定,較溫暖地區取上述范圍的小值,較寒冷地區取大值。

后屋面的做法 要發揮后屋面的熱效應,除了要保證后屋面的長度,還要保證后屋面有一定的熱阻。選用保溫材料如秫秸、稻草、土、煤渣、聚苯板等并保持隔熱物疏松、干燥。例如用稻草、玉米秸、麥秸一類材料的,在河南、河北南部、山東等地區,厚度可在30-40cm;東北、華北北部、內蒙寒冷地區,厚度達60-70cm。用其他材料時,其厚度可參考墻體厚度的做法。后屋面也應是多層結構的,由室內向室外應有防水層、承重層、保溫層和防水層。

九、前屋面覆蓋

前屋面是溫室的主要散熱面,前屋面覆蓋可以阻止散熱,達到保溫目的。

目前我國日光溫室主要采取在前屋面外側覆蓋保溫材料的方式。使用的材料有草苫、紙被等。草苫是最傳統的覆蓋物,它是由葦箔、稻草編織而成的,其導熱系數很小,可使夜間溫室熱消耗減少60%,但目前市場上的草苫質量(厚度和密度)有待提高。質量較好的草苫,覆蓋在采光面上之后,室內見不到任何亮光。據測試,一個完全致密的草苫比稀松的草苫,可使室內溫度提高1.0℃-2.0℃。在寒冷冬季或地區,常常在草苫下鋪墊一層牛皮紙層,稱紙被。紙被是由4-6張牛皮紙疊合而成。草苫下加一層紙被,不僅增加了空氣間隔層,而且彌補了草苫稀松的缺點,因而提高了保溫性。據測試,增加一層由4張牛皮紙疊合而成的紙被,可使室內最低氣溫提高3.0℃-5.0℃,層數增多保溫性能相應提高。紙被保溫效果雖好,但投資高,易被雪水,雨水淋濕,壽命短,故不少地方用舊薄膜代替紙被。有的地區用雙重草苫,重疊覆蓋保溫效果好。更有的寒冷地區, 如東北、內蒙,用棉被當覆蓋物,可使室溫提高7.0℃-8.0℃,高的達10.0℃,山東等地使用編織袋內裝碎石棉、纖維棉做覆蓋材料,保溫效果良好。草苫等傳統的覆蓋材料保溫性能好,但笨重,易污染、損壞薄膜,易浸水、腐爛等。 因而近10年來研制出了一類新型的稱為保溫被的保溫材料,這種材料輕便、潔凈、防水而且保溫性能不遜于草苫。保溫被一般由三層組成,內、外層由塑料膜、無紡布(事先進行防水處理)和鍍鋁膜等一些保溫、防水和防老化材料組成,中間由針刺棉、泡沫塑料、纖維棉、廢羊絨等保溫材料組成。目前市場上出售的保溫被的保溫性能一般能達到或超過傳統材料的保溫水平,但有的保溫被的耐用性有待提高。

另一種是室內張掛保溫幕,如舊薄膜、寒冷紗等,白天卷起讓陽光射入室內,夜間拉上,阻止散熱,一般可使室內溫度提高2.0℃,在栽培床面上架設小拱棚,也是一種室內覆蓋的方式,可使拱棚內氣溫提高1.0℃-3.0℃。

十、防寒溝

設置防寒溝是防止土壤熱量橫向流失,提高地溫的有效措施,防寒溝一般設在室外,溝的寬度40-50cm,深度40-60cm,溝內填干草、干土或其它隔熱物,可使室內5cm地溫提高4.0℃。防寒溝要封頂,防止雨水雪水流人溝內。也可在土中埋設聚苯板代替防寒溝。聚苯板的厚度2-3 cm,寬30 cm,沿溫室墻腳埋入土中,保溫效果很好。

十一、其它

地面覆蓋 地面覆蓋是提高地溫的重要措施,地面覆蓋的方法,主要是鋪設地膜,噴灑增溫劑于土壤表面,在土壤中一定的深度鋪一層稻草,麥秸加馬糞、雞糞等釀熱物,根據一些研究,鋪一層地膜可使地面最低溫度提高0.5℃。噴灑增溫劑的提高2.0℃-2.4℃,增溫劑的增溫效在3-20天內增溫明顯,所以最好每隔30天噴一次。在土中40cm處鋪一層10-15cm稻草,可使根層土溫提高1.0℃-3.0℃,鋪一層10-15cm厚馬糞,增溫2.0℃-4.0℃。鋪馬糞和稻草都有一定時效,鋪后10天內生效,20天達到高峰,以后增溫效應減弱。

通風 日光溫室通風的目的是除濕、降溫,調節室內二氧化碳濃度,排除室內有害氣體。常采取的通風方式是“扒縫”通風。上排通風縫設在屋脊附近,放風時可將其扒開,下排通風道設在靠近腰部,放風時可將其扒開。不放風時,風道關閉,這種通風方法可以根據室內外溫濕度狀況,調節風道口的大小和放風時間,在嚴寒時既保溫,又達到通風的目的,同時不損壞薄膜,是一種較好的通風方法,但覆膜時工藝要求高。另外還有開通風孔、通風口等方法。

進出口 溫室山墻一端應設進出口(門),進出口設在東山墻為宜,以防西北冷風侵襲。要設木門,再掛上門簾(草簾、棉簾)以保溫,為了防止人出入溫室時冷風灌入室內,應在東山墻(即開門的山墻)東側設一操作間,操作間的門向南,嚴寒時節最好也掛門簾。

結構比 溫室骨架材料面積與采光面面積之比,要提高溫室的透光率就必須降低結構比,在有條件的地方可選擇剛度大、尺寸小的建材,減少或取消立柱。

采光覆蓋材料(塑料薄膜)的選擇 在薄膜的選擇上要強調透光性、無滴性和保溫性。

建造溫室的時間宜在當地雨季結束,到土壤凍結前半個月這段時間內,溫室修建過晚,墻體不易干透,影響溫室效應,土墻還會因凍融交替而破損。


26uuu