对我国蔬菜温室的评价及新型日光温室的研发

蒋锦标 姜兴胜 乔 军 满朝红 吴国兴

改革开放以来，由于经济社会的发展，“菜篮子”工程的实施，设施园艺有了突破性发展。截止到2008年，全国蔬菜（含西瓜、甜瓜、草莓，下同）播种面积2005.4万hm2，产量66915.7万t，分别比1980年增长5.3倍和7.3倍。其中，各类设施蔬菜面积达334.7万hm2，约比1980年增长468倍。其中塑料大中棚130.2万hm2，塑料小拱棚127.88万hm2，节能日光温室61.8万hm2，普通日光温室11.6万hm2，加温温室1.9万hm2，连栋温室1.3万hm2。连栋温室只有少数由国外引进，多数是国产。（以上数据来源于全国农业技术推广服务中心）

党中央和国务院十分重视现代化农业的发展，十七届五中全会明确提出发展设施农业，《国务院办公厅关于统筹推进新一轮“菜篮子”工程建设的意见》提出，建设一批园艺产品设施化生产基地。设施栽培温室是龙头，“十二五”时期还将进一步发展。但需客观评估以往的发展经验，转变发展方式，促进中国温室园艺的健康发展。

1 对现有温室的评价

日光温室和连栋温室各具特色，也各有优缺点，只有通过充分分析、客观评价，才能有所继承、改进和创新。

1.1 日光温室

日光温室为我国独创，在北方冬季-20℃的条件下，不用加温即可进行喜温作物生产，其节能技术国际领先。

日光温室建造容易，管理方便，投资少，见效快，既适合以家庭承包经营为主的小规模生产，也适合企业和种植大户的专业化生产，所以发展很快。但是日光温室也存在一些不容忽视的弱点和缺陷。首先，日光温室土地利用率低，通常只有40%左右，在人均耕地资源相对不足的我国，不能不说是一个重大缺陷。其次，日光温室多为土墙和竹木结构的简易屋架，每年需要维修或重建。第三，骨架立柱多，强度低，容易受灾。

日光温室采用草苫覆盖的外保温措施，虽然经过改进，使用了卷帘机，克服了劳动强度大、卷放时间长、影响有效采光蓄热时间等缺点，但是遇到雨雪天气，草苫易遇湿冻结，不但卷放困难，还降低保温效果，并存在火灾隐患。

1.2 连栋温室

20世纪70年代末起，我国从荷兰、日本、法国、以色列等国引进了一大批现代化温室，具有设备先进、自动化程度高、土地利用率高的优点，但是造价昂贵、耗能多、运行费用高，用于蔬菜生产大都处于高额亏损难以维系的境地。90年代中期以后，国内温室制造业迅速发展，通过吸收国外经验，设计定型了一些造价相对较低的连栋温室，但造价高、能耗高、运行成本高的状况未能得到根本改善，仍然难以大量发展。

2 坚持中国特色的温室发展道路

日光温室发源于我国辽南地区，不仅符合中国国情，而且节能技术世界领先。20世纪80年代中期以来，经国家农业部全国农业技术推广服务中心（原全国农业技术推广总站）组织在“三北”及黄淮地区试验示范，发展了采光设计原理，即由原来的“合理采光原理”发展到“合理采光时段原理”；创新了保温设计原理，提出了“异质复合保温体”理论，即将日光温室的墙体及后屋面设计建造成“异质复合保温体”，大大优化了日光温室的结构性能，促进了日光温室迅猛发展，为保障我国长江流域以北地区冬春季节的喜温蔬菜、瓜、果供给做出了历史性贡献。当然，我们也清醒地看到了如前所述的日光温室的弱点和缺陷。但发现其弱点和缺陷绝不意味着抛弃，而是要进一步研究、改进和完善，使其更适合中国特色农业现代化发展道路，促进以日光温室为主的中国特色温室园艺健康发展。

“十二五”时期，我国温室园艺的发展，应坚持既能保持日光温室低碳节能、造价低的优点，又能显著提高土地利用率，保护耕地，并符合智能型温室发展要求的中国温室发展道路。

3 内保温组装式日光温室的研制开发

3.1 研制背景

1990～1992年，辽宁农业职业技术学院（原熊岳农业高等专科学校）承办了全国日光温室培训班。为了提高培训效果，在实习农场建造了不同结构类型的日光温室，并进行系统的性能测试，对日光温室的优点及存在问题有了充分的了解；对连栋温室，在考察和引进国产温室的同时，也通过自行建造和应用实践，印证分析其优缺点。研究者们认识到，“十二五”时期应该在继承日光温室优点的基础上，克服其弱点和缺陷，继续进行改进和创新。辽宁农业职业技术学院在主管部门的支持下，成立了课题组，采取边研制边实践的方法，设计建造了内保温组装式日光温室。

3.2 结构参数

温室跨度11 m，脊高3.8 m，长60 m。温室屋面拱圆形，不设置传统的墙体和后屋面，温室骨架用自制V型热镀锌槽钢，7道拉杆用4分热镀锌钢管（图1）。

图1 内保温组装式日光温室示意图

温室骨架采用部件组装，所有部件全部是工业流水线生产的标准件，建造无需焊接，安装方便，节省时间。覆盖薄膜后压膜线压在拱杆的槽内，不但压得很紧，还使屋面薄膜平整，有利于透光和流滴。

3.3 采光设计

3.3.1 方位角 内保温组装式日光温室走向与传统日光温室相同，东西延长。鉴于蔬菜作物大都是上午的光合作用能力强，温室往往并不是朝向正南，而是因当地冬季早晨的气温而定。通常情况下，纬度较低的地区，冬季气候温和，8：00前即可揭苫见光，宜取南偏东的方位；纬度较高的地区，冬季气候严寒，须9：00以后才可揭苫见光，宜取南偏西的方位；介于以上两者之间的地区，则宜取正南方位，即日光温室的延长线垂直于当地的真子午线；而南偏东或南偏西温室延长线的垂线与当地真子午线的夹角以5°为宜，切不可过大，否则不利于日光温室的蓄热。

3.3.2 屋面采光角 南屋面的采光设计原理与传统日光温室相同，就是要符合“合理采光时段屋面角”的设计要求，以最大限度地获取太阳辐射能。在北纬40°地区，从温室中部最高透光点向地面引垂线，再由最高点向前底脚引斜线，形成与地面呈35°夹角的直角三角形（图2），然后在拱圆形屋面上每米设一切角（图3）。由于不设置不透明屋面，温室内的光照度全天都高于传统日光温室。

图2 前屋面夹角示意图

图3 前屋面每米切角示意图

3.4 保温设计

传统日光温室的保温设计要求是最大限度蓄积太阳辐射能，故须尽可能减少贯流放热、缝隙放热和地中传热。内保温组装式日光温室封闭较严，可以有效控制缝隙放热。对于地中传热，由于温室跨度较大，温室的蓄热土壤地表面积比传统日光温室大30%以上，边际低温效应的影响显著减弱。但在冬季冻土层较深的地区，温室四周应埋入聚苯板隔热。内保温组装式日光温室，保温设计的关键是阻止贯流放热。课题组以传统日光温室覆盖5 cm厚的稻草苫的保温性能为依据，筛选保温被。经过测试定型的保温被，在北纬40°地区，以传统日光温室为对照，经保温效果测试和生产验证，内保温组装式日光温室与传统日光温室无明显差异。

3.5 内保温组装式日光温室的建造

温室槽钢拱杆间距1 m，共61根，两端与地面交接处先埋入地脚。地脚用混凝土（水泥砂浆和碎石）浇注成梯形，顶端20 cm×20 cm，底端30 cm×30 cm，高30 cm，从顶端的中部到底端有一垂直孔洞，顶端5 cm深留出缺口，以便装入槽钢拱杆。地脚需提前浇筑，埋入温室两侧拱杆基部，上端较地面略高。安装拱杆时，两端装入地脚上口，用50 cmΦ10钢筋，从拱杆的槽中穿透地脚插入地中。

拱杆两端装入地脚后，用7道4分镀锌管作拉筋，固定拱杆。由于温室的全部构件，从拱杆、拉筋到螺丝都是由工业流水线生产的标准件，规格统一，建造既方便又省工，用户按说明书即可安装。

在拱杆下面按3 m间距，用一寸镀锌钢管作为支撑保温被的拱杆，两端插入土中，保温被与屋面薄膜有20 cm的间距。保温被收卷于温室顶部。

屋面铺塑料薄膜后，压膜线压在拱杆的槽中，基部用Φ8铁线拴两块砖，埋30 cm深，露出铁线套，以便绑压膜线。

3.6 保温被的筛选及操作

经过试验研究和生产实践，利用高分子感光复合材料，组合成腔囊（空心）保温被，由三层材料复合（反光层+隔热层+反光层），材料全面紧密复合，便于电动机械系统操作。卷被器示意图见图4。

图4 卷被器示意图

卷被器安装的注意事项：

①卷被器安装完成后，务必将限位盒上的硅胶塞子塞好，以防电机进水。

②卷被轴安装好后应检查轴是否笔直，整根轴有无障碍，确认整轴转动顺畅后再开启电机。

③当驱动轴长度较长时，可以在未安装电机的一端加装配重，增加保温被卷起的均匀性。

④反复运行几次，测试限位开关的工作是否正常，同时调整到最佳工作状态。

⑤限位开关一经调整好后请勿随意改动。

3.7 内保温组装式日光温室开发情况

2009年在校外进行示范，2010年已在8个地区建成10.6 hm2内保温组装式日光温室（表1）。

表1 内保温组装式日光温室建设情况

3.8 内保温组装式日光温室的主要特点

从已建成的159栋内保温组装式日光温室2009～2010年的运行情况来看，不论冬季生产蔬菜、果树还是花卉，都不需要加温，充分表明其继承了传统日光温室节能的优点。改进和创新的地方是不设置传统的墙体和后屋面，有效降低了建造难度和造价，提高了土地利用率，便于机械化操作，综合性能显著优于连栋温室。

内保温组装式日光温室，由于屋面的全拱形设计，不但光照条件优越，而且冬季通常存不住雪，大大降低了雪灾风险；化纤的内置保温被非常轻便，减轻了骨架负荷，能够延长温室寿命。同时，保温被白天收起，夜间展开，不受风吹雨淋和紫外线影响，也可以延长使用年限。

2011年以来，各地区要求建造内保温组装式日光温室的比2010年已增加数倍，可见内保温组装式日光温室在“十二五”时期的发展前景广阔。