兰州市节能型日光温室结构类型调查及效益分析

滕汉玮，于威，王钦（.兰州市农业科技研究推广中心，甘肃，730030；.天津科润农业科技股份有限公司蔬菜研究所）

兰州市节能型日光温室结构类型调查及效益分析

滕汉玮1，于威1，王钦2
（1.兰州市农业科技研究推广中心，甘肃，730030；2.天津科润农业科技股份有限公司蔬菜研究所）

通过调查研究，筛选出了4种兰州市较为典型的日光温室结构类型，分别为寿光5代变异Ⅰ型（Q1）、寿光5代变异Ⅱ型（A2）、8.5 m跨度管架拱圆型（H1）、下沉式8.5 m跨度管架拱圆型（H2），理论上温室性能Q1最优，A2次之，H1、H2较差，同时对兰州市日光温室的成本和效益进行了分析。

日光温室；结构类型；效益分析

设施农业是全国农业发展趋势，是实现现代农业的显著标志。近年来，兰州市设施农业的发展经历了由低级到高级、由分散到集中、由粗放到集约、由低水平种植向高科技发展的过程，生产规模逐步发展。达到了厚墙体、高起架、钢结构、自动化控制光热的要求，采用了卷帘机、保温被等配套设备。到2012年底，兰州市日光温室建设已初具规模，设施种植面积10 667 hm2，日光温室面积达到4 266.7 hm2，建成5个千亩设施农业示范基地，各基地已逐渐连片形成温室群。种植的蔬菜发展到数十个品种，极大地丰富了冬春季节蔬菜市场，满足了人民对“菜篮子”的需求。所生产的各类蔬菜不仅满足了本省本市需求，而且还源源不断地销往新疆、青海、宁夏、内蒙、西藏、陕西等西部地区。

日光温室安全性、耐久性和适用性强，节省土地面积，且保温效果良好。墙体厚度、后墙高度、方位角、半地下式温室下沉深度、采光面角、后屋面角、脊高、跨度、后屋面长度等是实现上述目标的重要参数指标。众所周知，节能型日光温室中，光照是其获取能量的唯一来源，光是温室内气候环境中的主导因子，它决定着日光温室内的光照度、温度、湿度等诸因子的状况甚至是温室的整体环境状况，建造参数的合理配比影响日光温室的采光和保温性能，因而建造参数及其配比决定着温室中作物的生长发育以及经济产量[1～3]。

目前在兰州市已建成的日光温室中，建造参数及配比各有不同，关于兰州市日光温室建造结构类型的文章也鲜有报道，因此，本文对兰州市已建成的日光温室结构类型进行调查，并对各类型温室的生产效益进行分析。

1 温室结构调查

1.1 调查区域

兰州市现辖城关、七里河、西固、安宁、红古5个区和永登、榆中、皋兰3个县。平均海拔1 500 m，年均日照时数为2 600 h，年均无霜期为180 d，年均降水量250～350 mm，年均气温9.1℃。

1.2 调查内容

墙体厚、后墙高、方位角、半地下式温室下沉深度、采光面角、后屋面角、脊高、跨度、后屋面长度。

2 结果与分析

通过调查筛选出了4种兰州市较为典型的日光温室结构类型，分别为：8.5 m跨度管架拱圆型（H1）、下沉式8.5 m跨度管架拱圆型（H2）、寿光5代变异Ⅰ型（Q1）、寿光5代变异Ⅱ型（A2）。建造参数见表1。

兰州地区纬度为36°03″，冬至最大太阳高度角为23°27″[4]，理想屋面角为59.45°，合理屋面角为19.45°，合理采光时段屋面角28.55°～28.70°。表1中屋面角分别为35°和45°在合理采光时段屋面角的基础上加大了6.45°和16.45°，目的是加大采光面抛物线的弧度，从而增加入射角在50°以上阳光的照射时间。为使冬季阳光能整日洒满后墙内侧，后屋面仰角不可太小，至少应大于当地冬至 （12月22日或23日）正午的太阳高度角，保持在35°～45°。在甘肃省中部及东部地区，后屋面仰角可设计为38°左右[5]。以上4类温室设计基本合理。

除可以通过人工的室内小气候环境调控实现日光温室变温管理外，通过合理的日光温室方位角设计来达到调控室内光温也是一个可行、有效的方法[7]。李军等[7]分析探讨了西北型节能日光温室采光设计理论中的温室方位角和前屋面角的设计原理，建议在西北地区建造东西延长、面朝正南方向（低纬度区）或南偏西5～8°（高纬度区）的节能日光温室。曹伟等[8]通过对具有不同朝向日光温室室内温度环境进行对比，认为温室方位角偏西有利于提高晴天时日光温室夜间气温和地温。表1中只有A2为南偏东，但是A2用加大下沉深度的方法弥补了地温降低的问题。然而如表1所示，除H1无下沉外，H2、Q1、A2分别下沉0.3、0.5、1.0 m，据调查测量H2的下沉深度无遮光现象，Q1根据太阳高度角不同遮光室内前端投影长度为0.5～1.5 m，A2遮光室内前端投影长度在1 m以上，因此，Q1、A2对于温室前端作物生长前期长势有一定程度的影响，适合种植番茄、黄瓜等植株个体较高的作物。

杨建军等[9]研究表明，日光温室墙体越厚储热保温效果越好，当达到当地的最佳厚度时，再通过增加墙体厚度来增加保温效果不明显。墙体内距内外表面越近温度变化越剧烈，根据室内外气温周期性变化对墙体内部温度的影响，墙体可以分为随室内气温变化的内层、中间稳定层和随室外气温周期性变化的外层。随着室温低—高—低周期性变化，墙体内部与室温的等温点相应进行着外移—内移—外移的周期性变化，移动最大距离距内表面50 cm。50 cm厚墙体内层是对温室环境贡献最大储热和放热层[9，10]。然而兰州市最大冻土层深度为98 cm，按上述理论，随室内气温变化的内层最大距离距内表面50 cm，那么兰州市日光温室墙体厚度为148 cm左右，是否需要中间稳定层还需要进一步试验。如表1所示，4种类型日光温室中H1、H2墙体略显单薄，热传导过大，不利于温室保温；A1、Q1墙体过厚，不但无法进一步提升保温性能，反之使土地利用率降低，浪费土地资源。

表1 兰州市不同结构类型日光温室建造参数

墙体高度对温室夜间温度能够产生明显影响，随墙体高度增加，温室夜间温度提高，温室墙体高度增加，夜间降温速度减慢；墙体高度与室内夜间温度相关分析结果表明，墙体面积/总表面积的比值每增加0.1，温室内夜间平均温度提高0.5℃左右。故随墙体高度增加，温室保温性改善[11]。但同时要考虑温室的稳定性、采光和保温性能，其不仅与建造参数有关，还与各参数的比值有关。

各部位建造参数比例见表2。前后坡比是指前坡和后坡垂直投影宽度的比例，该比例直接影响到采光和保温效果。生产上主要有3种：短后坡式，前后坡垂直投影比例为7∶1；长后坡式，前后坡垂直投影比例为2∶1；无后坡式即全采光面。从保温、采光、扩大栽培面积、方便操作等方面考虑，前后坡垂直投影比例为4.5∶1左右为宜[12]。A2与Q1的比例基本符合建造标准，H1与H2属于长后坡式日光温室，因此在数据上与A2、Q1存在差异。

表2 兰州市不同结构类型日光温室各部位比例

高跨比是日光温室高度与跨度的比例，二者比例的大小决定了屋面角的大小。要达到合理的屋面角，适宜的高跨比为1∶2.2左右。表2中Q1比例略大，A2、H1、H2比例均偏小，但均在合理设计范围内。

保温比指日光温室内的储热面积与放热面积的比例。日光温室保温比（R）=日光温室内土地面积（S）/日光温室前屋面面积（W）。保温比的大小决定了日光温室保温性能的大小，保温比越大，保温性能越高。要提高保温比，应尽量扩大土地面积，而减少前屋面的面积，但前屋面又起着采光的作用，还应该保持在一定的水平，因此，以保温比值等于1为宜，即土地面积与散热面积相等较为合理。A2与Q1完全符合标准，H1与H2比例偏小，但基本不会影响日光温室的采光和保温。

因此，从理论层面上分析得出，在不考虑下沉过深影响采光的情况下，兰州市4种典型日光温室性能，以Q1最优，A2次之，H1、H2较差。

3 效益分析

3.1 温室成本

①建造成本 温室建造成本视建造时间 （物价）、温室规模、使用材料等因素而定。以H1、Q1、A2 3种温室为例（H1、H2建造成本相当），建造年份分别为：1999年、2008年和2010年；建造成本分别为：5 000、40 000、70 000元；单位面积建造成本（建造成本/占地面积）分别为：15.62、35.70、54.38元/m2；可利用土地单位面积建造成本 （建造成本/可耕作面积）分别为：19.84、59.97、86.02元/m2。

②生产成本 生产成本以棚长70 m为667 m2折算，生产投入为5 986元，其中种子385元，底肥526元，追肥2 166元，农药413元，棚膜1 000元（按使用2 a折算），地膜85元，草帘子611元（按使用4 a计算），水电费700元，其他100元。

3.2 生产效益

①番茄—白菜—茼蒿 667 m2番茄平均产量3 500 kg，平均产值约8 000元；白菜平均产量为4 000 kg，平均产值1 500元；茼蒿平均产量750 kg，平均产值2 000元。三茬合计平均每667 m2产量为8 250 kg，平均产值11 500元，除去年生产成本5 801元，平均667 m2纯收入5 699元。

②一茬辣椒 667 m2辣椒平均产量3 500 kg，平均产值21 000元，除去年生产成本5 776元，平均667 m2纯收入15 224元。

③一茬西葫芦 每667 m2西葫芦平均产量7 000 kg，平均产值11 200元，除去年生产成本5 781元，平均667 m2纯收入5 419元。

④一茬黄瓜 每667 m2黄瓜平均产量15 000 kg，平均产值30 000元，除去年生产成本5 901元，平均667 m2纯收入24 099元。

3.3 用水效益

日光温室每年正常生产10个月，3～6月及9～ 10月气温相对较高，需水量较大，每月需浇3次水，11月到次年2月气温相对较低，需水量较少，每月需浇2次水，周年需浇22～30次水，每次需水20 m3左右，667 m2日光温室平均年需水在520 m3左右，按平均667 m2产值18 425元计算，每1 m3水产值为35.43元，按平均667 m2纯收入12 605元计算，每1 m3水效益为24.24元。

4 展望

日光温室将是中国温室园艺装备优化升级的重点。我国西北地区地域广阔、光照资源丰富，但耕地资源贫瘠，拥有大量的戈壁、沙漠等非耕地，开发适宜非耕地生产的日光温室结构类型及基于当地资源特征的墙体结构，将是日光温室发展的热点。随着新的生产要求、新的建筑材料的出现，日光温室结构也会不断优化升级，在日光温室不断发展的同时，配套的先进生产技术也需要进一步的提升和优化，真正做到让农民科技致富。

[1]陈端生，郑海山，张建国，等.日光温室气象环境综合研究（三）——几种弧型采光屋面温室内直射光量的比较研究[J].农业工程学报，1992，8（4）：78-82.

[2]Critten D L.The effect of house length on the lighttransmissivity of single and multispan greenhouse[J].J of Agric Engng Res,1984,32:163-172.

[3]孙忠富，吴毅明，曹永华，等.日光温室中直射光的计算机模拟方法——设施农业光环境模拟分析研究之三[J].农业工程学报，1993，9（1）：36-42.

[4]傅连江，樊鸿修.高效节能日光温室蔬菜栽培[M].兰州：甘肃科学技术出版社，1993.

[5]吴国兴.日光温室蔬菜栽培技术[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，1992.

[6]宋明军，郭晓冬.甘肃省节能日光温室采光设计的分析与探讨[J].北方园艺，2005（5）：14-15.

[7]李军，邹志荣，杨旭，等.西北型节能日光温室采光设计中方位角和前屋面角的分析、探讨与应用[J].西北农业学报，2003，12（2）：105-108.

[8]曹伟，李永奎，白义奎.温室方位角对日光温室温度环境的影响[J].农机化研究，2009（5）：183-184.

[9]杨建军，邹志荣，张智，等.西北地区日光温室土墙厚度及其保温性的优化[J].农业工程学报，2009（8）：180-185.

[10]杨建军.西北地区日光温室土质墙体厚度优化及其保温性研究[D].杨凌：西北农林科技大学，2009.

[11]温祥珍，梁海燕，李亚灵，等.墙体高度对日光温室内夜间气温的影响[J].中国生态农业学报，2009（5）：980-983.

[12]李式军.设施园艺学[M].北京：中国农业出版社，2002.

Investigation on Structure Types and Benefit Analysis of Solar Greenhouse in Lanzhou

TENG Hanwei1,YU Wei1,WANG Qin2

We screened out four typical structure types of solar greenhouse in Lanzhou,Shouguang 5 typeⅠ (Q1), Shouguang 5 typeⅡ(A2),arch pipe rack type with 8.5 meters span(H1),sinking arch pipe rack type of 8.5 meters span (H2).The performance of Q1 was better than A2,H1 and H2 theoretically.At the same time,we analyzed the costs and benefits of the four solar greenhouses in Lanzhou.

Solar greenhouse;Structure type;Benefit analysis

S625.2

：A

：1001-3547（2014）04-0033-04

10.3865/j.issn.1001-3547.2014.04.013

滕汉玮（1963-），男，推广研究员，主要从事粮食、蔬菜栽培、立体农业的研究探索及农业技术试验、示范、推广工作

②威（1983-），女，通信作者，硕士，农艺师，主要从事蔬菜栽培、设施农业生产及日光温室建造结构研究等工作，

电话：18693108317，E-mail：yuwei831@126.com

2013-01-08