“西北非耕地温室结构与建造技术”项目成果汇报(2)非耕地日光温室的建筑设计

建筑设计是日光温室设计建造过程的第一步，是日光温室性能发挥好坏的关键环节。包括跨度、脊高、前屋面角度、后屋面水平投影等建筑参数取值的合适与否，直接影响日光温室的采光和保温。

西北地区由于光照资源丰富、昼夜温差大、冬季室外气温低等气候特性，合理的建筑设计是保证西北非耕地区域日光温室光热性能满足生产要求的首要步骤。

“西北非耕地温室结构与建造技术”项目组，根据修正后的合理采光时段理论[1]和自主开发的日光温室桁架结构优化设计软件（SGS V1.0），结合非耕地区域的地理纬度、极端温度等气象参数，提出了各示范基地适宜的日光温室主体建筑参数的取值，并经过示范验证的检验，效果良好。本文以宁夏吴忠孙家滩示范基地为例，详细介绍9 m跨装配式示范温室和15 m跨厚土墙温室主体建筑参数取值方法和设计思路，供相关技术人员参考。

宁夏吴忠孙家滩示范基地的地理纬度为37.53°，近20年的极端最低温度为-27.1 ℃，区域气象学上（连续5 天日平均气温超过5 ℃）的塑料大棚定植日的日序数为75。针对当地的气候参数和种植习惯，装配式示范温室的跨度定为9 m，种植地面下沉0.6 m；厚土墙温室的跨度定为15 m，种植地面下沉0.8 m。两种类型温室均采用前走道的排布形式，温室整体建筑形式如图1所示。

设计方法

前屋面角和脊高

根据修正后的合理采光时段理论，日光温室至少要保证冬至日中午前后（10：00～14：00）4 h时段内，太阳直射光线对温室前屋面的入射角应不大于43°（部分大跨度温室由于空间大、采光性好，控制条件可放宽至45°），以此为依据计算得出温室适宜的前屋面角α的取值。然后，利用三角函数关系，得出跨度L对应前屋面角α、室外地坪至屋脊高度H和后屋面水平投影P之间的相互关系。

后屋面水平投影

以满足夏季种植区最后一排作物的冠层全天能接受到太阳光照射为控制条件，得到后屋面水平投影P和室外地坪至屋脊高度H之间的关系。

后屋面倾角

以满足日光温室春季作物定植生产时，后屋面白天都有太阳直射光照射为设计条件，得出后屋面倾角θ后坡的取值，并得出θ后坡与后墙高度H1之间的关系。其中，日光温室春季作物定植日是根据选定地区气象学上（连续5天日平均气温超过5 ℃）的塑料大棚定植日的日序数基础上，提前15 天确定。针对大跨度温室，可适当放宽限制条件，使后墙高度在一个合理的范围内。

前走道宽度及控制高度

以保证前走道宽度大于等于冬季由于温室下沉造成的阴影为条件，计算得出前走道宽度的取值。同时，为便于操作人员的进出，提出前走道中心位置处，地坪至骨架下弦的高度不低于1.8 m。

建筑参数

根据上述的设计方法，结合吴忠孙家滩地区的基础参数，计算得出装配式示范温室和新建厚土墙温室的建筑参数，如表1所示。

与基地原有温室对比，新设计的两类温室采光角更大，截获太阳能的效率更高；此外，新设计的两类温室均采用不同程度的下沉、较适宜的后屋面长度，理论上，保温性能也优于原有温室。装配式示范温室、新建厚土墙温室以及基地原有土墙温室的建筑形式实景如图2、图3、图4和图5所示。

结论

通过2 个月的实际运行，项目组设计的装配式日光温室和新建厚土墙日光温室的生产性能和使用便利性等方面均好于基地内的原有设施类型。主要体现于以下4方面：

1.通过合理的采光设计，温室光热环境较好。温室冬季透光率在80%以上，夜间最低温度相比基地原有设施能够提高4～6 ℃。

2.种植地面适当下沉，保温性能较好。通过适当的下沉设计，利用土壤进行保温，有利于提高温室的空气温度。

3.采用前走道的布局形式，增加栽培面积。前走道的设计形式，一方面能够有效规避温室下沉带来的阴影问题；另一方面，避免了传统日光温室前端由于栽培空间和温度的影响，造成的前排作物生长不佳。

4.温室室内空间较大，便于环境调控及轻简化栽培设备的使用。室内空间充足，内保温、自动落蔓、室内自动物流等装备可以安装于温室内，从而改善室内环境条件，减轻劳动作业强度。

关于温室内安装的各种设备以及温室性能测试分析结果，将在随后的报道中详细呈现。

【参考文献】

[1] 魏晓明，周长吉，曹楠，等. 基于光照的日光温室总体尺寸确定方法研究[J].北方园艺，2010（15）：1-5.