如何建造日光温室

塑料薄膜日光温室是以太阳能为主要热源的温室。在秋、冬、春进行生产时外界气温很低，因此对建筑结构上的要求是：充分采光、严格保温，以满足桃树生长发育和结果的需要。所谓充分采光，就是要在室内截取最大值的光能，从建筑结构上要注意以下几个方面：

（1）日光温室的方位 我国北方严寒地区，日光温室均为坐北朝南，东西延长建造。在建造方位上，有人主张偏东好，理由是上午光合作用比下午强，偏东可早些接受直射光。

桃树日光温室生产实践证明，在我国北方严寒的冬季，不加温日光温室不能过早地揭开草苫，否则室内温度不仅不能上升，反而下降，实际上太阳出来一段时间才能揭开草苫。因而，温室的方位还是偏西一些好，以延长下午室内光照时间，有利于夜间保持较高的温度。在辽宁、河北东北部及山东，一般日光温室的方位偏西3～5度为宜。

（2）前屋面采光角度与形状 日光温室向阳面多为塑料薄膜的采光屋面，与地平面构成的夹角叫屋面采光角（图6）。屋面某一点处的法线（屋面某一点处的切线的垂直线）与太阳光线的夹角为太阳光线的入射角。屋面采光角的大小与太阳高度角（太阳光线与地面所呈的角度）形成不同的光线入射角，由于入射角不同，光线的反射损失量也不同。而太阳高度角又随季节变化而变化，同一时期不同纬度的太阳高度角也不相同。冬至前后每隔一个节气，太阳高度角约增加4度，到夏至达到最大。

图6 温室前屋面采光角、光线入射角及太阳高度角

1.入射角 2.太阳高度角 3.切点处采光角

太阳光线照射到日光温室的采光屋面上发生三种作用：一是透光质（塑料薄膜）及其附着物产生吸收，二是被透光质反射掉，三是透过透光质进入温室。其关系可用下式表示：

吸收率+反射率+透过率=100%从目前来看，温室光线透过率的大小主要取决于反射率的大小。反射率越小，透过率越高。

反射率大小与光线的入射角关系最密切。当光线的入射角为0，也就是太阳高度角加屋面采光角等于90度，这时反射率为0，光线透过率最大。此时的采光角为理想的前屋面采光角。但这是不容易做到的，如在北纬40度的地方，冬至日正午的太阳高度角为26.6度，则屋面采光角应为90-26.6=63.4度；温室要做到这样大的采光角，势必要大大提高中脊高度，或缩小温室的跨度，不仅保温困难，更主要的是这个温室角只在冬至日一个暂短的时间里称为理想采光角，离开这个时间也就不存在。

由图7可知，当太阳光线的入射角在0～40度范围内变化时，随着入射角增大，透过率略有下降，但下降总幅度不超过5%。即冬至日中午太阳高度角与温室采光角之和为50度时，光线透过率下降幅度不大，所以一般多以50度为参数，设计温室前屋面采光角。如北纬40度地区设计日光温室，太阳高度角为26.6度，理想屋面采光角应为90-26.6=63.4度，合理屋面采光角计算以50度为参数，应为50-26.6=23.4度。

图7 入射角与光线透过率的关系

一般温室前屋面采光角平均在20～20度。冬季实际生产中，中底脚，尤其是中段为冬春季桃树生产的主要受光面，两者的面积应占前屋面的3/5～3/4。至于接近屋脊的上段部分，主要考虑便于拉、放草苫和排除积雨雪等。为了增加温室前屋面的采光角，目前第二代高效节能日光温室的采光屋面一般设计为双弧面半拱圆形。

（3）后坡面的仰角与宽度 后坡面应保持一定的仰角，仰角小势必遮荫太多，后坡面的仰角应视使用季节而定，但至少应大于当地冬至正午时太阳的高度角，以保证冬季阳光能照满后墙，增加后墙的蓄热量。后坡应保持适应的宽度，以利保温。太原市赵忠爱等多点调查表明，在外界温度为-20℃时，前屋采光面、后坡面的投影宽度为4米和2米时，温室内最低温度为8.5℃；5.5米和1.5米的温室，室内最低温度为5.9℃。即加宽后坡的宽度有利于保温，但后坡面太宽，春秋季室内遮荫面积大，影响后排桃树的生长、果实品质和产量。后坡面的宽度要兼顾采光和保温两个方面，一般后坡在地面的水平投影宽度在1米左右。

（4）相邻温室的间距 两排温室间距小，会造成前排温室对后排温室的遮荫，间距大了浪费土地。必须在后排温室采光不受影响的前提下，尽量缩小间距。

计算前后排温室间距的方法是：据温室的高度（加上卷起的草苫高度，一般按0.5米计算）、当地地理纬度和冬至日正午的太阳高度角，依下列公式计算：

式中 S——前后两排温室间距；

H——温室中高（含卷起草苫）；

tgH0——当地冬至日太阳高角的正切值；

L1——温室最高点到后墙内侧水平距离；

L2——后墙底宽；

K——修正值，为减少遮荫，多为1米。

例如，温室高为3米，卷起草苫后为3.5米，北纬40度，冬至日正午太阳高度角为26.6度，其正切值为0.5，后坡面水平投影1.2米，后墙底宽1.5米，代入公式：

即后排温室的前底脚至前排温室的后墙根应为5.3米（图8）。

图8 前后排温室遮荫示意图

（5）温室的长度 温室适当长一些可减少两边山墙遮荫面积的比例，增加有效面积，但温室过长，管理不便。一般温室长度在60～80米。

日光温室生产主要在秋—冬—春季进行，此时外界条件是低温弱光，因此对建筑结构上的要求是：充分采光，严密保温，以满足作物生育，获得一定产量的需要。所谓充分采光，就是要求在室内能截获到最大的光量，从建筑结构上讲主要有以下几个方面：

（1）方位

一般是座北朝南。在冬季严寒，早晨雾多雾大的地区，可以偏西5°～10°；而在冬季早晨不太严寒、雾少的地区可以偏东5°～10°，以利用上午较好的光质。

（2）采光屋面的坡度和形状

必须保持采光屋面有一定的角度，使得采光屋面与太阳光线所构成的入射角尽量小。当然入射角为0°时，太阳光线与采光面垂直最为理想，这时采光屋面对阳光的反射率等于0，射到采光面上的阳光几乎可以全部透进温室中。但这是做不到的，因为冬季太阳高度很小，如果要使采光面与冬至正午时阳光垂直，采光面必须很陡，如在北京这样的采光面与地面夹角要达到63°，而要满足这一点后墙必须很高。同时太阳位置也是在时刻移动着的，要做到时刻与太阳光线垂直显然是不可能的。笔者认为，必须从总体优化角度出发，考虑到温室生产季节，充分采光，建议优化的温室采光屋面的坡度如表10所列：

表10 各地区各时段优化屋面坡度（°）

由表10可以看出：太阳位置冬季偏低，春季升高，在温室前沿底脚附近，角度应保持在60°～70°，腰部30°～40°，上部近屋脊处10°左右。

关于采光屋面的形状，笔者曾研究过几种典型的采光屋面形状与温室直射光透过率的关系，发现在相同的跨度、高度下，圆—拋物面组合式屋面透光率最高，一坡一立式和椭圆形最差，圆和抛物面居中，鞍山园艺所研究的结果与此类似，同是跨度为7米，中脊高为3米的温室，冬季一坡一立式透光率为56%，圆弧形的透光率为60%。

（3）后屋面的仰角和宽度

后屋面应保持一定的仰角（后屋面与地面的夹角），仰角小势必遮荫太多，后屋面的仰角应视使用季节而定，但至少应略大于当地冬至正午时的太阳高度角，以保证冬季阳光能照满后墙，增加后墙的蓄热量。后屋面应保持适当宽度，以利保温。但后屋面太宽，春秋季室内遮荫面积大，影响后排作物的生育和产量。后屋面的宽度要兼顾采光和保温两个方面，南方后屋面投影（中脊至地面垂线到后墙根的距离）可短些；北方可长些，关于这个问题，我们在下面还要进一步分析。

（4）相邻温室的间距

南北相邻两栋温室间距，应当保持一定距离，在一天之中的大部分时间里不致相互遮荫。考虑到揭、盖帘的时间，两温室间距应使在当地冬至上午9时至下午3时的时段内，南面的温室对北面的温室不致造成遮荫。设两温室的间距为L，当地冬至上午的太阳高度角为h，太阳方位角为A，温室方位角为B，温室脊高为H1，白天外覆盖保温材料卷起时的高度为H2，后屋面投影长度为L1，后墙厚度为L2，则如图15：

图15 求算南北两温室间距方法

（5）温室长度

温室适当长一些可减少两山墙遮荫面积比例，降低造价，但如温室过长，影响通风，一般温室长以50～60米为宜。

在温室采光设计中还有采光材料的选择，将在下面专门讨论。这里强调选择用于日光温室的塑料薄膜时，应特别强调防雾、防滴性能和保温性能。此外缩小温室建材的尺寸，减少立柱等都是提高室内光照水平的措施。

（1）温室跨度温室跨度过大不利于保温，跨度过小则土地利用率低。目前研究认为，日光温室的跨度以6～8米为宜。北纬40°～41°以北地区以6～7米为宜；北纬40°以南地区以7～8米为宜。

（2）墙体温室的后墙和两侧山墙除了起支撑作用外，还具有一定的保温、蓄热、散热等功能。墙体的建筑材料通常有：夯实土、草泥垛、砖、石等。墙体的保温性能也主要由墙体材料的吸热性、蓄热性和导热性来决定。保温性能好的墙体，应当由吸热性、蓄热性好，导热性差的材料组成。在以上的建筑材料中石墙、土墙的蓄热性好，但吸热性差、导热性强。墙体有单质墙体和复合墙体两种，单质墙体是由一种建筑材料砌成，复合墙体是中间填加保温材料，内外层则是由砖砌成。墙体中间的隔热材料可以选用干土、煤渣、珍珠岩等。但不能使用有机质作隔热材料，因为有机质在高温、高湿条件下容易腐烂，不仅起不到隔热的作用，反而会降低墙体的坚固性。墙体的厚度因建筑材料而定，一般墙体的厚度以1.0米左右为宜，南方可薄一些，北方可适当厚一些。砖墙以50～60厘米为宜，中间有隔热层的效果更好。

（3）后屋面后屋面连接前屋面和后墙，具有承重、保温和防水等功能，其建筑材料和厚度直接影响着保温效果。就后屋面的建筑材料可以分为两大类：一是由钢筋混凝土空心板为主要材料，虽然坚固耐久，施工规范，但保温效果稍差；二是用疏松、干燥、多孔的材料如玉米秸秆、高粱秸、稻草、炉渣等，成本低，保温效果较空心板好。这种后屋面的厚度一般为30～70厘米。在河南、山东、河北南部等地区，厚度可在30～40厘米；华北北部、东北、内蒙古等寒冷地区，厚度以60～70厘米为宜。

后屋面的长度也是影响保温的重要参数。后屋面长有利于保温，但不利于升温；后屋面短有利于升温，但不利于保温。在设计后屋面长度时要以后屋面的垂直投影占温室跨度的1/5～1/4为宜。

（4）外保温覆盖材料主要是指温室前屋面夜间保温覆盖的不透明覆盖物。传统覆盖材料有草苫、蒲席、纸被、棉被等。草苫的导热系数小，保温性能好，夜间可使温室的热消耗减少60%，提高温室1～3℃。但草苫制作一定要紧密，并且有一定厚度，质量好的草苫覆盖在采光面上后，室内应见不到光亮。一块宽1.5米、长5.5米的稻草苫，质量至少应有30千克以上。纸被多由4～6层牛皮纸缝合而成，并在外面罩上一层塑料薄膜或无纺布，防止雨雪侵蚀。在寒冷地区，常在草苫下铺垫一层纸被，可使室内最低气温提高3.0～5.0℃。保温被的保温效果与草苫大体相当，但由于保温被结构致密，减少了缝隙散热，实际保温效果略好于草苫。

除在保温设计中主要注意以上几个方面外，还要设置防寒沟、温室缓冲间以及进行地面覆盖，来增强温室的保温效果。

日光温室一般指塑料薄膜日光温室，是我国特有一种栽培设施，国外则很少见到（国外主要以玻璃温室为主）。因其起源于民间，且其结构受其所处地理位置影响，因此目前尚无统一的技术规范和标准，不同地区其结构形式也不完全相同，但根据前屋面结构的形状，可将日光温室分成半拱圆形和一斜一立式两大类型。

前屋面为1/4圆形、1/4椭圆形、抛物线形和双弧面形的日光温室，称半拱圆日光温室。半拱圆日光温室依其后墙的高矮和有无、后坡的长短和有无，又可分为矮后墙（小于1米）长后坡（2～3米）、高后墙（大于1.5米）短后坡（小于2米）、高后墙无后坡和长后坡（大于3米）无后墙四个类型，但对黄瓜生产而言，以前三种为主。

一斜一立式日光温室是传统的一斜一立式玻璃温室发展来的，由于采用竹竿作拱杆，前屋面覆盖薄膜，建造比较容易，于是扩大了跨度，抬高了前立窗，中脊高2.5～2.5米，前立窗0.8米。但采光角度小，升温慢，保温也较困难。沈阳市及其以北地区的一斜一立式温室，跨度多为6米，前立窗高0.6米，脊高2.3～2.4米，冬季只能生产耐寒的叶菜类蔬菜，遇到灾害性天气还需要临时辅助加温。20世纪80年代中期以来，一斜一立式日光温室的采光保温设计已进行多次改进。

（1）矮后墙长后坡日光温室此类型温室的典型代表是感王式日光温室和永年日光温室。感王式日光温室（图29、图30）后墙高0.6～0.7米，后坡长3.5米左右，跨度5.5～6米，脊高2～2.3米，长多为60～70米，其后墙为土筑，后坡骨架为中柱、柁、檩结合而成的“柁檩”结构，柁的下端担在后墙顶上或穿过后墙直插到后墙外的地面上，后坡为草、泥的复合结构。前屋面为1/4圆形和1/4椭圆。原始的感王式日光温室除后坡下的中柱外，前坡下还有前后立柱。晚间覆盖草苫和纸被进行保温。

图29 感王式（原始型）日光温室1.柁 2.脊檩 3.檩 4.中柱 5.前柱 6.横梁 7.拱杆 8.后墙 9.后坡 10.培土

图30 长后坡矮后墙半拱形日光温室结构示意图（单位：米）

感王式日光温室白天升温快，寒冬季节阳光可直射后墙里侧和后坡的下表面，受光和贮热多，保温效果好。缺点是春季种植果菜时，后坡遮光面大，土地利用率较低。80年代以来，感王式日光温室几经改进，先后形成了海城1、2、3型日光温室，温室性能和生产效果有了很大的提高。

永年日光温室吸取了感王式日光温室保温性能好的优点，结合本地区气候和物质条件而设计的温室。这种温室适合河北省中南部、山东省大部、河南省大部，以及11月至翌年4月日照时数不少于650小时，日照率不低于50%，极端最低气候一般不低于8℃，冬季可生产各种喜温的果菜类蔬菜的地区。永年温室虽然在感王温室基础上有所改进，但是仍属于矮后墙长后坡日光温室，进行黄瓜生产有效利用面积较小，增产潜力不易提高，近年来也在不断进行改进。（2）高后墙短后坡日光温室20世纪80年代中期以来，由于喜温果菜类蔬菜季节栽培技术的发展，矮后墙长后坡日光温室的不足之处越显突出，亟待改进。在总结矮后墙长后坡日光温室优缺点的基础上，又逐步形成了高后墙短后坡的日光温室（图31、图32）。在北纬40°以北地区，这种温室的跨度为6～7米，脊高2.5～3.2米，后墙高1.8～2米，后屋面水平投影为1.2～1.6米。

图31 高后墙短后坡日光温室1.后坡 2.后墙 3.中柱 4.腰柱 5.前柱 6.横梁 7.横梁 8.拱杆 9.柁

图32 短后坡高后墙半拱形日光温室示意图（单位：米）

这种温室由于加高了后墙，缩短了后坡，相对增加了采光面积，加大了温室空间，提高了土地利用率，增温效果较好，中午前后比矮后墙长后坡温室温度高。由于夜间散热面比矮后墙长后坡温室相对为大，保温性能不及后者。但由于扩大了采光面，增加了采光量，在一定程度上弥补了夜间保温能力差的不足。这种温室土地利用率高，作业方便，有利于黄瓜等喜温果菜生产，20世纪90年代以来各地新建的日光温室已开始向这一类型发展，并在采光角度和保温措施等方面不断地进行改进。其代表型结构主要有以下4种：

①竹木结构悬梁吊柱式日光温室 这是比较原始的一种结构类型。温室前坡下每3米设一道立柱，同排立柱上设一道横梁（拉杆），横梁上用吊柱，下端固定在横梁上，上端顶着竹拱（图33）。悬梁吊柱式日光温室的优点是减少了温室下的立柱，压膜线容易压紧棚膜；缺点是在压膜线的作用下，棚膜会形成有规则的波浪式起伏，对温室采光不利。

图33 悬梁吊柱式日光温室1.后坡 2.拱杆 3.腰柱 4.前柱 5.吊柱 6.横梁②竹木结合加强架日光温室 这是一种比较原始型的前坡下无柱式结构（图34）。温室前坡下每3米设一道加强架。加强架的结构是：用小头直径10厘米的原木，上端固定在柁头上，下端在前立柱上。在原木上、中、下适当位置各设1个小立柱，各小立柱之间用横梁。在3道小立柱上固定竹片，此乃桁架式竹木结合的加强架。各加强架间按60厘米距离设置拱杆，拱杆上端固定在脊檩上，中间由上而下担在3道拉杆和前立柱的横梁上，下端插入土中。竹木结合式加强架日光温室虽然取消了前坡下的立柱，方便了作业和有利于2次覆盖，但由于加强架的下梁仍比较低矮，种植黄瓜及在室内操作仍显不方便。

图34 竹木结合式加强架日光温室1.后坡 2.中柱 3.加强架 4.拱杆 5.吊柱 6.前支柱③钢加强架前坡下无柱式日光温室 这是在竹木结合式加强架基础上，新形成的一种前坡下无柱式日光温室（图35）。温室前坡每隔2.5～3米设一道钢质的加强架，加强架上弦用6分镀锌管，下弦用?12圆钢，拉花用?10圆钢焊接。加强架上端固定在脊榱横梁拉杆或8号铁丝。两加强架间按60～65厘米设竹拱。

图35 钢加强架日光温室1.土墙 2.钢加强架 3.横拉杆④钢架全室无柱式日光温室 钢架全室无柱日光温室的跨度、高度、前屋面形状与竹木骨架温室无大差异，但是墙体和层面差别较大，其山墙、后墙是用空心砖或黏土砖砌筑成的夹心墙，内填珍珠岩或炉渣，后屋面覆盖水泥预制板。前后屋面的骨架用钢材料焊接为一体，其中上弦用6分镀锌钢管，下弦用?12圆钢，拉花用?10圆钢焊成，上端焊接在后墙顶梁上，下端焊接在底脚地梁上。拱架上下弦距离20厘米，拱架间距75～80厘米，拱架用3道?14圆钢作横向拉筋（图36）。代表温室有鞍Ⅱ型日光温室（图37），辽沈Ⅰ型日光温室，熊岳第二代节能日光温室，冀优Ⅱ型日光温室等。

图36 钢架全室无柱日光温室

图37 鞍Ⅱ型日光温室结构示意图（单位：米）

（3）高后墙无后坡日光温室20世纪70年代前期，辽宁省不少地方建造无后坡日光温室，只有山墙和后墙，不设后屋面。后墙高2.32～2.4米，用竹竿作拱杆，顶部直接担在后墙上，前屋面半拱形（图38）。夜间覆盖纸被草苫。这种温室因为不设后屋面，节省了建筑材料，降低了造价，光照充足，白天升温快，温度高，但是保温困难，夜间降温快，黄瓜不能进行越冬栽培，只能进行春提早或秋延后黄瓜栽培生产。

图38 高后墙无后坡日光温室1.后墙 2.拱杆 3.中柱 4.腰柱 5.前柱 6.横梁（4）普通一斜一立式日光温室普通一斜一立日光温室的后屋面骨架和构造与半拱式基本相同，前屋面拱杆用小头直径3～4厘米竹竿做成，拱杆间距50～60厘米，上端固定在脊檩上，下端固定在前立窗上。前立窗是用木桩支起一道横梁构成的。北纬40°以北地区跨度多为6米，后屋面水平投影1.4～1.5米，脊高2.4～2.5米。前立窗宽60厘米，前屋面采光角23°左右（图39、图40）。这种温室前屋面没有弧度，薄膜不容易压紧，遇到大风天气，屋面薄膜容易鼓起，随着风速的加快而出现上下摔打现象，往往造成薄膜破损，必须用竹竿或木杆压杆才能压牢。

图39 普通一斜一立式日光温室1.后墙 2.柁 3.中柱 4.脊檩 5.腰檩 6.拱杆 7.前立窗 8.前柱 9.横梁 10.后坡

图40 一坡一立式日光温室结构简图（单位：米）

（5）琴弦式日光温室琴弦式日光温室是瓦房店农民创造的，其跨度7米，脊高3.1米，后屋面水平投影1.25米，前立窗高80厘米，后墙高2.2～2.3米。前屋面每隔3米设防桁架用木杆或钢管做成。架上端固定在脊檩上，下端固定在前底脚木桩上。在桁架上东西横拉8号铁线，铁线间距30～40厘米，两端固定一东西山墙外的地锚上，使前屋面呈琴弦状。在8号铁线上按75厘米间距，用2.5厘米直径的竹竿作拱杆。琴弦式日光温室前屋面采用钢管桁架可不设立柱，木杆桁架强度不够时，可设一排支柱。琴弦式温室固定薄膜不能用压膜线，在薄膜外面用细竹竿压在拱杆上，用细铁丝穿透薄膜，把上下细竹竿拧紧（图41）。

图41 琴弦式日光温室1.前立柱 2.前立窗 3.钢管桁架 4.脊檩中柱 5.横拉8号铁线 6.细竹竿骨架 7.山墙 8.山墙外8号铁线 9.地锚琴弦式日光温室的优点是建材截面小，桁架数量不多，遮荫面小，室内光照充足，作业方便。缺点是固定薄膜要穿透很多孔洞，不但增加了缝隙放热量，薄膜也容易从穿孔处破损。琴弦式日光温室冬季栽培黄瓜等喜温果菜类获得成功后，很快在华北和黄淮等地区发展起来，尤其山东、河南推广面积较大。