煙臺市日光溫室建造技術現狀及對策研究

張敬夫，馬前磊，安毅，劉曙光，馬云飛

（中國農業大學煙臺研究院，山東煙臺264670）

煙臺市日光溫室建造技術現狀及對策研究

張敬夫，馬前磊，安毅，劉曙光，馬云飛

（中國農業大學煙臺研究院，山東煙臺264670）

為全面了解煙臺市日光溫室的結構類型、建造技術現狀以及存在的問題，為當地日光溫室的規范化建設與發展提供參考，于2015—2016年對煙臺市的典型日光溫室進行了現場調研和測試，明確了煙臺市日光溫室的建筑材料、構造參數以及環境條件等技術現狀。結果表明，目前煙臺市日光溫室整體上規模較大、形式多樣，也存在著由于缺乏規范、合理的建造標準而導致的溫室墻體構造不合理、墻體厚度及后屋面角比較隨意、溫室骨架制作工藝粗糙等問題，并提出了煙臺市日光溫室建造技術的相關建議。

日光溫室；調研；煙臺

煙臺市位于東經119°34′～121°57′，北緯36°16′～38°23′，屬溫帶季風氣候，是山東省東部地區對日本、韓國蔬菜出口的重要基地。據統計，截至2015年，煙臺市擁有冬暖式日光溫室7萬余個，設施蔬菜產值達到4.5億元，占煙臺蔬菜產業總產值的85%[1]，已成為煙臺市農業的支柱產業。為全面了解煙臺市日光溫室的結構類型、建造技術現狀以及存在的問題，本研究對煙臺市的典型日光溫室建造技術現狀進行了現場調研和測試，針對煙臺市日光溫室的建筑材料、構造參數以及環境條件等技術現狀，提出了煙臺市日光溫室建造技術的相關建議，旨在為煙臺市日光溫室的規范化建設與設施蔬菜產業的可持續發展提供參考和借鑒。

1 研究方法

本次調查時間為2015—2016年，選取了煙臺市的57棟日光溫室作為調研對象，調研的內容包括日光溫室的建筑材料、基本構造參數、構造特點及存在的問題等。采用走訪各地農業局及農戶，通過交流、訪談以及現場測量等方法進行調查，調查地點分別在煙臺市的牟平區、福山區、萊山區、海陽市和萊陽市5個區縣。

2 煙臺市日光溫室結構及建造技術現狀

2.1 日光溫室墻體構造

日光溫室后墻構造調查的內容主要包括墻體類型、墻體材料、墻體厚度、建造方式以及熱阻情況，按照溫室建造的年代及墻體構造的做法，可以歸納為9種典型的墻體構造，其中，單質材料構造的墻體有4種類型，復合材料構造的墻體有5種類型（表1）。

表1 日光溫室后墻構造情況

日光溫室后墻要求砌筑材料傳熱系數低、密度和比熱容高，具有良好的保溫蓄熱性能[2]。從表1可以看出，煙臺市日光溫室后墻材料多樣、做法多樣、厚度不同、保溫效果也具有明顯的差異。單質材料墻體有水泥空心磚、加氣混凝土砌塊、紅磚和土墻，用水泥砂漿抹面，占總量的59.6%。復合墻體的材料主要有紅磚、麥秸、煤渣、蒸壓灰砂磚、粉煤灰蒸壓磚、聚苯板、毛石等，用水泥砂漿抹面或混合砂漿勾縫。

以紅磚為后墻材料的日光溫室占12.3%，2003年以前日光溫室的后墻材料以紅磚為主，隨著煙臺市禁止使用黏土機制紅磚以及機制紅磚價格的升高[3]，2005年以后農戶開始對其他后墻砌筑材料進行探索，但在實踐過程中普遍存在著重保溫、輕蓄熱的誤區。

黏土獲取方便、價格低廉、蓄熱及保溫性較好、易于施工，在山東省濰坊及魯西北地區被大量應用于溫室后墻[4-5]。以黏土為后墻材料的日光溫室占7.0%，煙臺市屬于丘陵地帶，土地資源比較緊張，以黏土為后墻材料的日光溫室土墻寬度為5 m，使其土地利用率極低，建造的土方工程量也比較大，土墻淋濕后再干燥時，容易產生裂縫影響保溫效果，因此，在煙臺等沿海降雨多的地區，土墻作為溫室后墻的日光溫室受到一定的限制。

以加氣混凝土砌塊為后墻材料的日光溫室占19.3%，該類型的日光溫室具有密度小、尺寸大、保溫性能好、砌筑效率高等優點，但使用加氣混凝土砌塊的溫室后墻往往會出現大量裂縫，主要原因一是加氣混凝土的干燥收縮值以及線膨脹系數較高，導致其干燥變形及溫度變形值較大；二是加氣混凝土砌塊氣孔率通常達到70%～80%，且多數氣孔呈封閉狀，容易將砌筑砂漿中的水分吸走，導致砌筑砂漿黏結性變差、溫室后墻出現大量裂縫，嚴重影響溫室的美觀及保溫性能[6]。采用加氣混凝土后墻的日光溫室普遍夜間溫度比較低，這是因為加氣混凝土雖然保溫性能好，但其蓄熱系數較小，僅為砂漿黏土磚的1/3左右[7]，表面抵抗溫度波動的能力較差。

采用水泥空心磚為日光溫室后墻材料的占21%，水泥空心磚同樣具有質輕、強度高等優點，但由于磚體空隙前面部分的實心部分厚度較薄，蓄熱性能較差，因此，采用水泥空心磚后墻的溫室普遍夜間溫度比較低，甚至部分溫室出現過凍害的現象。

采用復合異質墻體的日光溫室表現出了良好的蓄熱及保溫性能，特別是采用聚苯板做為保溫材料的日光溫室，其保溫性能遠遠高于其他單質墻體日光溫室[8]。煙臺市日光溫室后墻材料采用蒸壓灰砂磚及粉煤灰磚復合材料為后墻材料的日光溫室各占8.8%，溫室內冬季熱環境比較好。蒸壓灰砂磚是以砂和石灰為主要原料，經坯料制備、壓制成型，再經高壓蒸氣養護而成的，粉煤灰磚則由大摻量粉煤灰混凝土制成，二者都具有較好的蓄熱性和耐久性，并且這2種材料的生產均沒有燒結過程，節能環保、造價低廉，可以作為紅磚的代替品進行推廣。煙臺福山區有3棟日光溫室后墻采用毛石砌筑，墻背面采用玉米秸稈沿墻堆垛保溫的形式。毛石具有保溫蓄熱效果好、抗壓強度高的特點，可用于砌筑日光溫室墻體，但存在著砌體密度大、砌筑效率低下以及砌筑人工費較貴的缺點，除了毛石產區外不適宜于進行推廣。

2.2 日光溫室后屋面

2.2.1 日光溫室后屋面構造后屋面是日光溫室圍護結構保溫設計中的重要組成部分，煙臺市日光溫室后屋面的構造有6種類型（表2）。第2，3種類型的后屋面構造都比較低廉，便于就地取材，第1，2，3種類型的保溫層（玉米秸稈或草苫）在薄膜破壞后容易吸水，使用壽命較短，需要每2 a更換一次；第4種類型的施工比較方便，但由于溫室內的相對濕度較高，普通的彩鋼夾芯板在吸水后容易出現結冰的情況，從而會破壞保溫材料的內部結構，腐蝕彩鋼板，使夾芯板材的保溫性及使用壽命直接下降；第5種類型的承載力、防水效果及使用壽命較好，但其熱阻較小，保溫效果較差；在第6種類型構造設計中，聚苯板因為需要承擔上部草苫和土層傳來的重力，容易發生斷裂。

表2 日光溫室后屋面構造情況

2.2.2 日光溫室后屋面傾角與寬度日光溫室后屋面傾角的大小對日光溫室的采光和保溫性均有一定的影響，一般情況下應該略大于當地冬至正午的太陽高度角5°～8°。在冬季生產時，盡可能使太陽直射光能照到日光溫室后坡面內側；在夏季生產時，則應避免太陽直射光照到后坡面內側[9]。所調研的煙臺市日光溫室的后屋面傾角設置比較隨意，一般多在25°～50°的范圍內，有2棟溫室的后屋面傾角甚至在63°左右。

日光溫室后屋面寬度會對日光溫室的保溫性與建設成本產生影響，隨著后屋面的寬度變大，溫室的保溫性能會得到提高，但同時建設成本也會相應提高[10]。所調研的煙臺市日光溫室跨度9 m的溫室，后屋面的寬度（水平）一般在0.8～1.4 m。

2.3 日光溫室前屋面

煙臺市日光溫室的前屋面透光材料多為PE薄膜和PVC薄膜以及EVA復合膜這3種。其中，PE膜（包括普通膜及無滴膜）因為良好的透光性及壽命使用最為廣泛，在調研的57棟溫室中，有38棟溫室使用PE膜，占調查總數的66.7%；而PVC膜則因為使用壽命及后期透光性較差的原因應用相對較少，有9棟溫室使用PVC膜，占調查總數的15.8%；EVA復合膜具有透光率高、保溫效果好、抗拉及耐候性能均優于普通農膜的優點，盡管價格稍高，仍有10棟溫室使用，占調查總數的17.5%。

煙臺市日光溫室的外保溫覆蓋層材料共有4種，草簾的使用范圍比較廣，有23棟溫室使用，占調查總數的40.4%；有8棟溫室采用綴鋁箔PE發泡無紡布保溫被，占調查總數的14.0%；有15棟溫室采用PE發泡保溫被，占調查總數的26.3%；其余11棟溫室則采用由機器縫制的棉氈普通保溫被，占調查總數的19.3%。在干燥的狀態下草簾的保溫性能最好，并且價格最低；PE發泡保溫被質量較輕，在早春季節不利于防風；綴鋁箔PE發泡無紡布保溫被保溫能力較好，但價格相對較高；而普通的棉氈保溫被防風性能較好，但防水性能較差，一旦進水就會造成保溫能力下降。

2.4 日光溫室地面下挖深度

對于適宜于采用土墻作為溫室后墻的地域來說，溫室地面下挖的土可以被用來做后墻，從而節省了墻體材料[11]，同時地面下挖也可以減少地面四周傳熱，增大溫室的容積，改善溫室的熱穩定性[12]。調研的溫室中，有15棟溫室的地面比室外地面要低，深度為0.5～1.2 m，其中下挖深度較大的日光溫室棚內容易出現相對濕度過大的現象，主要原因一是煙臺大部分地區臨近沿海，地下水位較高而導致溫室內地面水分蒸發量高；二是和內陸相比，煙臺市降雨量較多，如果溫室群之間的排水處理不當，容易出現因雨水滲入地下造成溫室土壤含水量較高的現象。尤其在晚秋和早春以及連陰雨季節，不利于溫室內蔬菜病害防治。

2.5 日光溫室通風形式

日光溫室必須設置通風口進行通風，以利于降溫、除濕、調節CO2含量等[13]。但在調研中發現，通風口形式、風口位置及風口面積各異，其實際通風效果也各有差異。煙臺市日光溫室通風方式主要有以下3種類型：第1種是在屋脊處向前扒膜和前底腳處扒膜相結合通風，有12棟溫室使用，占調查總數的21.1%；有28棟溫室采用在屋脊處向前扒膜和前坡離地面1 m處扒膜相結合通風的方式，占調查總數的49.1%；另外，有17棟溫室在溫室后墻開窗或者通風口和前坡離地面0.8 m高處扒膜相結合通風，占調查總數的29.8%。

第1種通風方式的通風總量較大，通風降溫性能較好，但在通風時，風會直接吹到作物上，不利于作物生長，尤其是在室外溫度較低、作物處于幼苗階段時，甚至會使作物遭受冷害。另外，這種通風方容易使屋脊處前屋面棚膜起皺，影響采光，并且風口部位的棚膜易磨損，造成冷風滲透。第2種通風方式雖然避免了冷風直接吹在作物上，但屋脊處前屋面薄膜的缺陷依然存在。第3種通風方式可根據不同的作物通風需求，開啟不同數量的通風窗，靈活方便，而且避免了屋脊前屋面扒膜通風時磨損棚膜的現象，同時前屋面棚膜始終處于繃緊的狀態，采光效果較好。

2.6 日光溫室的骨架結構

日光溫室立柱和屋面骨架的結構類型對日光溫室的結構安全及造價有著較大的影響。在調研的57棟溫室中，有9棟溫室使用混凝土立柱、竹竿骨架，占15.8%；有13棟溫室使用熱鍍鋅鋼管焊接骨架、混凝土立柱或者鋼柱支撐，占22.8%；有27棟溫室直接采用熱鍍鋅鋼管焊接骨架，占47.4%，其中有9棟骨架外涂紅丹防銹漆；有5棟溫室采用裝配式薄壁熱鍍鋅鋼骨架，占8.7%；另外還有3棟溫室骨架采用幾字型鋼制作。

采用混凝土立柱、竹竿骨架的溫室整體造價較低，但在冬季溫室遭受雪災坍塌的風險較大；采用熱鍍鋅鋼管焊接骨架的溫室，由于溫室內濕度較大，多數施工焊點出現銹蝕的現象，嚴重威脅溫室安全；而采用幾字型鋼骨架的溫室骨架陰影率較低，透光率較高。

3 煙臺市日光溫室規范化建造的建議

3.1 溫室墻體

煙臺市日光溫室后墻墻體應摒棄以水泥空心磚和加氣混凝土砌塊為材料的單質墻體[14]，采用以蒸壓灰砂磚復合墻體及粉煤灰磚加聚苯板復合墻體為主的構造做法以提高其保溫性能[15]。上述復合保溫墻體構造做法，其保溫性能和蓄熱性能在以往研究中已經得到認可[16]。

3.2 溫室后屋面構造、寬度與傾角

對于煙臺市日光溫室后屋面的構造做法，建議從里向外按照防水層+承重層+保溫層+防護層的原則進行設計[17]，以達到保溫的目的。有資料表明，在北緯36°～40°地區，溫室的后屋面寬度宜在1.2～1.4 m[18]。根據地理緯度，煙臺市日光溫室的后坡水平寬度應在1.2 m以上，低于該數值則有可能會影響溫室的保溫效果，高于該數值會增加造價，合理的后屋面傾角應該為35°～38°。

3.3 溫室地面下挖深度

煙臺市日光溫室的地面下挖深度要根據溫室所在地域的情況進行具體分析。在煙臺市地下水位較低的地域，可以采取溫室地面下挖的方式增強保溫效果，下挖深度不宜超過煙臺地區凍土層的厚度，即0.55 m。

3.4 溫室通風形式

煙臺市日光溫室可以采取后墻開窗和前坡離地面0.8 m高處扒膜相結合的通風形式，但后墻開窗的大小、間距以及前坡扒膜的面積需要根據溫室的必需通風量進行計算。

3.5 日光溫室的骨架結構

在經濟條件允許的情況下，應該首選鍍鋅裝配式或幾字型鋼骨架[19]，并根據不同跨度，形成標準構造做法，在保證安全的情況下節省骨架材料造價。

4 結語

總之，煙臺市日光溫室建設規模較大、形式多樣，但在溫室后墻、后屋面、地面下挖深度、溫室骨架等構造參數以及通風方式的選擇方面還有必要進一步探討和研究，在地域日光溫室標準化方面還需要做大量工作。

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Present Situation and Countermeasure Research of the Construction Technology of Solar Greenhouse in Yantai

ZHANGJingfu，MAQianlei，ANYi，LIUShuguang，MAYunfei
（Yantai Research Institute，China Agricultural University，Yantai 264670，China）

To provide a holistic understanding of the construction and development of local greenhouses,an investigation of the structural type,construction technology status and existing problems of solar greenhouses in Yantai was conducted in 2015-2016.The results of the on-site investigations and surveys of the greenhouses′building materials,structural parameters and environmental conditions demonstrated that the solar greenhouses in Yantai were highly diversified and constructed at a large scale,but still had problems that need to be immediately solved.A lack ofstandardization,an unreasonable thickness of the back wall,and an unreasonable angle ofthe back roofofgreenhouses in Yantai were amongsome ofthe problems that need tobe urgentlyaddressed.

solar greenhouse;investigation;Yantai

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.05.41

S625.1

：A

：1002-2481（2017）05-0839-05

2016-12-14

煙臺市科技計劃項目（2013ZH083）；中國農業大學煙臺研究院本科生URP計劃（U2016019）

張敬夫（1995-），女，山東煙臺人，在讀本科，研究方向：設施農業科學與工程。馬云飛為通信作者。