温室设计应注意哪些问题
除注意合理选择地块外还应注意以下方面问题:
(1)坐向温室应坐北朝南,并偏西(阴)3°~5°为好。这样的方向,接受阳光时间长,光能利用率高。方法如下:在11:40~12:30,在地面插一根垂直标杆,通过观察,选取其最短投影,然后做其垂直线,再以该垂直线为准,偏西5°划直线,所画直线,即为温室后墙方向基准线。
(2)设施大小日光温室,其东西长50~70米比较适宜。若长度短于40米,则温室体积偏小,保温性能降低,遇到严寒天气,室内易发生冷害或冻害(表8-1)。若长度超过80米,则拉盖草苫的时间长,管理不方便。
"role="table
"role="table(3)温室的高度与南北跨度高度与南北跨度应根据当地的纬度来定。高度与跨度决定着温室采光面的角度(图8-1),采光面角度左右着阳光入射角(阳光射线与采光面垂直线的夹角)的大小。研究得知,太阳光的投射率与光线入射角关系密切。其入射角在0°~40°范围内,光线的入射率变化不明显,当入射角大于40°以后,随入射角的增大,其透光率急剧下降。
"role="figure图8-1中表明,温室采光面的角度=90°-太阳高度角(阳光射线与地平面的夹角)-阳光入射角(40°)。太阳高度角,在一天之中,中午最大(表8-2),早晨出太阳和傍晚落日时为零,随着太阳的升高角度增大,中午后又慢慢下降。
温室采光面的角度,应根据当地太阳高度角来决定。例如,在北纬35°左右地区,其冬至中午时的太阳高度角为31.6°,建温室具体计算其采光面角度时,太阳高度角应采用比中午时的太阳高度角适当减少5°~6°为宜。计算如下:
"role="table从表8-2得知,温室所在地的地理纬度与太阳高度角的变化规律为:纬度每提高1°,太阳高度角就减少1°,采光面角度就需增加1°。北纬38°地带建温室,采光面角度需比35°地带的温室增加3°,应大于26°(23°+3°=26°)为宜。北纬40°地带应大于28°,北纬42°地带,应大于30°。
根据上面所述,高度与南北宽度应根据温室所在地最合理的采光面的角度而定,可根据所在地所处纬度计算出采光面最小角度,再结合温室后坡与后墙综合高度,用公式算出:温室宽度等于温室最高点高度×cotα(α为采光面最小角度)+后坡面的投影长度。例如,在北纬35°地段,其日光温室设计最高点处高度若为3米,后坡面的投影长度为1米,则采光面的角度为23°,cot23°=2.36。计算如下:3×2.36+1=8。则在北纬35°地区,设计日光温室最高点为3米、后坡投影为1米时,其南北跨度应为8米。
(4)采光面形状应采用大弓圆形,这种形式,一是采光面呈拱形,结构坚固,抗压力强;二是坡面凸起,便于用压膜绳压膜,薄膜会被压成波浪形,可增加采光面积20%以上,透光性能好,阳光利用率高,特别是9:00以前,温室增温快;三是采光面薄膜压得紧,大风时较少扇动,防风性能好,保温效果好;四是拉揭草帘便利,且下雪时采光面上积雪少,便于清扫采光面上的积雪;五是夜晚覆盖草帘后,薄膜与草帘之间有较大的空隙,形成一个三角带的不流通空气,可显著提高温室的保温性能。
(5)墙体建造墙体是温室的最主要构件,它不但能支撑封闭温室,起到保温作用,而且它还具有白天蓄积热量,夜晚释放热量,稳定温室夜间温度的作用。墙体分为实心墙与空心墙两种类型,空心墙又可分为有保温填充材料和无保温填充材料两种类型。单纯从保温效果而言,只要封闭严密,空心墙体比实心墙体保温效果好,填充保温材料的墙体又优于无填充材料的墙体。但是墙体的作用不仅仅只是保温,它还担负着高温时贮存热量,低温时释放热量稳定室温的重大作用。若温室遇到连续阴冷天气,空心墙体因其蓄积热量较少,热量释放得少,其室内夜间温度会明显低于相同厚度实心墙体建造的温室。因此不应建造空心墙体,应建造成内有散热穴的适宜厚度的实心墙体,并在墙体外面,覆以保温层,其综合保温效果最好。
具体建造时,最好用泥土掺麦草砌土墙,后在墙内壁用铁制水管向墙内斜上方打洞,每间隔40厘米高打1排,每排相距40厘米打1个。或内有12厘米的孔穴砖体墙,墙外砌100厘米左右厚的泥土实心墙体,墙体的内壁均匀密布有直径5~6厘米的孔穴(图8-2),孔穴深入墙内80~100厘米。
"role="figure这样的墙体,用砖量少,投资较少而墙体结实牢固,不怕风吹雨淋,使用寿命长。墙外包有泥土,泥土是仅次于水的贮热材料,白天可以蓄积贮存较多的热量,夜晚释放热量多,有利于提高设施内的夜间温度。墙体的内壁密布有孔穴,白天高温时,热空气可通过孔穴进入墙体内部,加热墙体,提高温度,蓄积热量,夜晚墙体降温,又可通过散热穴经空气对流向室内释放更多的热量,稳定、提高室内温度。
实践证明,一般情况下,两种不同墙体温室,夜温可相差2℃左右,若遇2~3天连续阴冷天气,其夜温相差幅度可达3℃左右。
(6)增设保温层如前所述,温室墙体贮存的热量绝大部分都向室外散放,为减少热量散失,提高室内夜间和连续阴冷天的温度,墙体建成后,还需在墙体外面增设保温层,杜绝热量外传。方法:用普通农膜,或用温室换下的旧薄膜将后墙、山墙包裹严密。然后在墙与薄膜之间的缝隙内填满碎草,碎草厚度20厘米左右,再用泥土把薄膜上下边缘埋压于温室后坡上和地面泥土中,并绑缚1~2道铁丝,加固薄膜。
墙体外面增设保温层后,墙体热量不再向外散发,夜晚寒冷时,墙体贮存热量只向室内释放,可显著提高室内夜温,比不设保温层的温室夜温提高3~5℃。对稳定严寒时期的室内夜温,效果甚佳。如此建造,100厘米左右厚度的墙体的温室,其保温效果,相当于甚至高于5米厚度墙体的温室。
(7)日光温室后坡面角度与投影长度日光温室设有后坡面,可显著提高温室的保温效果;并能适当提高温室的高度,增大采光面角度,利于太阳光的射入;还能方便摆放与揭盖采光面的保温覆盖层(草苫、纸被等)。为保障严寒时期温室的室内温度,设立后坡面是必要的。但是,后坡面又能阻挡温室北边空中散射光的射入,恶化温室后部的光照条件,造成温室后部辣(甜)椒生长发育状况、产品的产量与质量,都明显劣于前部辣(甜)椒。平衡利弊,并为便于摆放和揭盖保温覆盖物,应设立后坡面,但后坡面宽度不可过于宽大,其投影长度应维持在1米左右,以尽量减少遮光。如有条件,后坡面建成半活动型为好,上半部为透光型,夜晚备有保温覆盖设施,以提高温室保温效果,白天撤去保温设施,增加散射光的射入,以改善温室后部光照条件,下半部为保温性能良好的永久性坡面,利于保温、摆放与揭盖保温覆盖物。再者,后坡面的仰角应合理,在北纬36°左右地区,应维持在38°以上,以便于在最为严寒的季节(冬至前后2个月),太阳光可以直射后坡面的内壁,利于提高室温和改善温室后部光照条件。
(8)设置防寒沟防寒沟应在室内4个边沿设置。其中南边沿的一条,应改建成贮水蓄热防寒沟,即在前沿开挖一条深40厘米、宽30~40厘米的东西向条沟,沟的南部边缘、紧靠温室的外沿处,站立埋设一排厚2厘米的泡沫塑料板,也可用旧薄膜包裹碎干草代替。沟底铺设一层碎草,再用旧薄膜将沟底、沟沿全部覆盖严密,后在沟内铺设一条直径为50厘米左右的塑料薄膜管(90厘米宽的双面塑料筒),长度同温室长。塑料管的一端开口封闭,使其高于地面,从另一端开口灌满井水,后将开口垫高封闭。
其他3条边沿,各挖掘宽20厘米、深30厘米的窄沟,沟内填入碎草,草要填满、踏实。沟内填入的碎干草,一能吸收设施内空气中的水蒸气,降低空气湿度,利于防病;二是比较全面地防止土壤热量的外传,提高室内土壤温度;三是沟内的碎草吸收水分后,被土壤微生物分解发酵,既可释放热量,提高室内温度,又可释放二氧化碳,为叶片的光合作用提供原料,可显著提高室内辣(甜)椒产量。前沿的泡沫板能防止温室热量外传,具有良好的保温效果;塑料管内的井水,白天吸收和蓄积热量,夜晚释放热量稳定室温,改变温室前沿部位夜间温度偏低、白天温度偏高的弊病,管内的井水还可用于灌溉室内辣(甜)椒,解决冬季灌溉用水温度低,灌溉后降低地温的难题。
(9)采光面透明覆盖材料要采用透光、无滴、防尘、保温性能良好,且具有抗拉力强、长寿的多功能复合膜。比较好的有聚乙烯长寿无滴膜、三层共挤复合膜、聚乙烯无滴转光膜、乙烯—醋酸乙烯三层共挤无滴保温防老化膜等。
(10)通风口的设置目前温室通风口多数仅设置1道风口,并且不在温室的顶部。这样设置,通风不畅,高温时降温难,只有扒开温室底口通风,结果冷空气直吹秧苗,引起冷害发生。
通风口最好设置2~3道,设3道时,1道在后坡的最上部,宽20~30厘米;1道在前坡采光面的最高处(草帘卷的前面),宽80~100厘米;1道在采光面前部120~140厘米高处,宽10厘米左右。设置2道的只保留后二者。如此设置通风方便,例如调节温度,高温时不需扒开温室底口,不会发生冷空气直吹秧苗现象。后坡风口,利于夜间通风排湿。
温室多由砖木或钢筋水泥结构、覆盖物、加热设备等构成,具有较完备的供暖、通风、透光设施。加热设备多以煤火、暖气为主。先进温室的光、温、湿调节已采用各种仪器、仪表等现代化手段进行调控。覆盖物有玻璃、塑料薄膜等。玻璃温室采用钢材构架,寿命较长,可做永久性设备,但造价较高;塑料温室采用轻质构造覆以薄膜,造价较低,但需每年更新薄膜。温室的形式有改良式、三折式和连接式等多种,走向也以东西向为好。
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根据北方地区实际,设施栽培果树时,以采用日光温室最佳。目前,日光温室结构已推广应用至第二代温室类型,即拱圆形温室,无立柱或少立柱,大跨度、大空间、透光保温性能强,有利于操作应用的优化结构。西北农林科技大学设计的西北型系列节能日光温室就属于这一类型。按生产上应用的结构划分,主要有以下五类:
1.钢筋混凝土拱架结构日光温室 前屋面用厚5厘米、高10~12厘米钢筋混凝土作成水泥拱架,拱间跨1米。屋背处设一排后立柱(10厘米×12厘米)。后屋坡用草泥秸秆,墙体用土墙。跨度7.5米,背高3.4米,长度50~60米。
2.轻钢桁架无立柱日光温室(西北GJ-A型温室)该型温室前后坡的屋面全部用轻钢桁架组成,桁架上弦为6分钢管,壁厚不宜小于2.5毫米,下弦可用12毫米钢筋,腹杆用8毫米钢筋连接。桁架的间距为1~1.2米,跨度7~8米,后坡屋面用轻质复合保温板,墙体可用夹心砖墙(24厘米+中空7厘米+12厘米)或土砖结合(土墙80厘米+12厘米砖)。纵向栏杆6根,前屋面用 4 分钢管,后屋面用<30× 3角铁,温室高度在3.2~3.6米,长度在50~60米。
西北GJ-A型日光温室
3.钢木 结构 日光 温 室(西北 G J-B 型) 该 温 室 每 隔 2.5米布置一榀轻钢桁架,用来承受温室前后坡屋面的荷载。在桁架前坡面处,每隔 0.4 5米沿东西方向布置一根 8号铁丝,置于桁架上弦顶面,两端固定于山墙外的地锚上。在铁丝上面,每隔0.625米,固定直径为 15毫米的细竹竿。后屋坡可用轻质保温板或麦草泥屋面。墙体采用土砖结合,其他规格同 A 型棚。
西北GJ-B型日光温室
4.单桁钢架日光温室(西北GJ-C型)该温室每隔3米设一榀组合桁架,每两榀桁架之间设两榀单管拱架,组合桁架与单管拱架之间设有横向联系构件,其规格为桁架上弦用外径 32毫米、壁厚 2.5毫米的电焊管,下弦用 25毫米×25 毫米、壁厚2毫米的方形焊管。单管规格同桁架上弦。其他规格同A 型棚。
西北GJ-C型日光温室
5.改良型日光温室结构 该温室最大的特点是将后墙作成底宽4.5米、顶宽1.2米的梯形保温墙,温室平面向下挖深40~50厘米,其他规格同普通温室。其优点是增强了夜间保温和提高土温,但缺点是占地太多,施工费力。
华南植物园温室群景区是亚洲最大的植物景观温室群,由法国瑞奇公司设计,外形取自广州“市花”木棉花形态,由一大、三小4朵“木棉花”组成,为一主、三副的温室布局,水体贯穿于4个温室之间,形成“漂浮在水上的木棉花”景观。热带雨林温室为主温室,是“漂在水中的木棉花”中最大的1朵,其设计上非常注重温室与周边环境的协调,四周由一条蜿蜒的水系与其他区域分隔开来,