周博士考察拾零（五十八）滑盖式日光温室

周长吉

2016年1月23日是北京入冬以来最冷的一天，室外最低温度达到-17℃，北京南郊观象台的观测资料显示，这一天也是北京平原地区近30年来1月份最低气温的极值。

温度虽然很低，但天开云散，阳光灿烂，持续了2个多月的阴霾终于告别了北京。早就听说北京顺义有个滑盖式日光温室，一直希望有机会去看看。为了实地观察、学习这种温室结构，一大早我就约了北京卧龙农林科技有限公司的总经理李晓明，想在北京最冷的这一天着重探究一下滑盖式温室的保温性能。

温室建筑结构

滑盖式日光温室发源于辽宁，发明的初衷是想颠覆传统日光温室土（砖、石）墙结构被动式储放热：一是将温室结构改变为完全组装式结构，提高温室结构构件的标准化生产程度和温室的建设速度；二是将日光温室的柔性外保温被改变为刚性彩钢保温板，彻底解决柔性外保温被防水性能差、密封性不好、不耐老化、使用寿命短、易结冰等问题，提高温室的保温性能；三是改变传统日光温室主要依靠墙体被动式储放热的思想，完全采用主动集热、储热和放热的理念，实现对温室环境的人工自主控制，保证温室的运行效果。

基于上述理念，滑盖式日光温室从形式上也采用了传统日光温室由南向采光面和北向保温面组成的东西延长单跨温室结构（图1）。但与传统日光温室不同的是该温室结构采用了落地式非对称圆拱形大棚结构，大棚的北屋面采用了永久覆盖材料轻质保温彩钢板（图1b），从而替代传统日光温室后墙和后屋面。而南屋面为采光面，覆盖透光塑料薄膜和夜间保温板，其中保温板采用了与北屋面相同的覆盖材料，白天打开、夜间覆盖，完全替代了传统日光温室活动保温被（图1a）。除此之外，温室的两侧山墙也采用了与温室屋面相同的轻质保温材料，并将南侧半面设计为可推拉开启的模式（图1c），东侧山墙上午打开采光，下午关闭保温。同理，西侧山墙上午关闭保温，下午打开采光，可有效提高

温室的进光量和室内长度方向光照的均匀度。

由于温室墙体材料、保温材料以及温室建筑形式的变化，温室承重结构也相应发生了改变。一是采用了完全组装式落地拱形式，彻底改变了传统日光温室墙体占地面积大、施工速度慢的局面，有效提高了日光温室的土地利用率、温室建造速度以及构件工厂化制造标准化程度；二是采用保温彩钢板做温室围护结构，大大提高了温室的保温性能和密封性，并且基本解决了围护材料的防水问题，保温材料的使用寿命也得到大幅度的延长。

这种温室结构采用了非对称半拱形落地拱，而且新增的拉动保温滑盖的传动机构对结构增加了额外压力，所以该温室结构的用材也较传统日光温室桁架或单管屋面拱架有所改进。目前，这种结构采用的拱架形式主要有两种：一种是用和传统日光温室前屋面拱架相同的平面桁架结构，间距1m（图2b）；另一种是在传统平面桁架间增设加强屋架（图2a），两榀屋架间设置3道平面桁架。显然，后者的承载能力高于前者，但其用钢量和造价也相应提高。在实际推广应用中，我们应结合建设地区的风雪荷载，精准分析其结构内力，从而选择经济有效的温室结构和用材。

保温滑盖板驱动系统

保温滑盖板驱动系统是该温室的核心技术。为了驱动前屋面保温滑盖板，该设计采用了钢缆驱动系统（图3）。系统由电机减速机、钢缆驱动轴、驱动钢缆、保温滑盖板、滑轨及换向/导向轮等组成。电机减速机安装在沿温室长度方向中部的屋架上，在温室跨度方向的位置基本在接近屋脊的南侧位置，1栋60m长的温室安装1台电机减速机。电机减速机采用双轴动力输出方式，以电机减速机为中心，沿温室长度方向双向设计动力输出轴。电机减速机的双轴输出轴分别连接沿温室长度方向布置的钢缆驱动轴，每2榀或3榀拱架（桁架/屋架）布置1组驱动钢缆，驱动钢缆的两端都固定在驱动轴上（两个端点紧邻，但不在同一个位置，图3b）。驱动钢缆的一端绕过驱动轴伸向温室的后屋面，到达温室后屋面的下部（滑盖外边缘在后屋面可能到达最低位置以下、温室基础顶面标高以上位置）后通过导向轮变向后穿过后屋面固定保温板（图4a），在后屋面的外部再通過换向轮变向（图4b）后连接到滑盖（活动式前屋面保温板）的下边沿（后缘）；驱动钢缆的另一端反向绕过驱动轴伸向温室的前屋面，到达前屋面的基部后通过导向轮变向后穿过前屋面（图5），在前屋面外部再通过换向轮变向后连接到滑盖的前缘。滑盖和前后两根驱动钢缆形成一个闭合传动系统。通过电机减速机的正反向转动，带动钢缆驱动轴正反向运行，从而拉动保温滑盖在温室屋面上的运动，实现滑盖的开启和关闭。

为保证密封，钢缆穿过温室后屋面和前屋面时，应用现场发泡的聚氨酯密封孔洞（图4、图5）。

钢缆在室内的走向基本沿骨架的方向布置，在温室骨架上安装导向轮，以适应骨架的弧形变化，保证驱动钢缆线不影响室内作业。室内导向轮有2种：一种是常规的支撑滚轮式导向轮（图6a），主要安装在温室较高位置，钢缆线无须精确导向到设定的方向和位置；另一种是长筒形导向轮（图6b），可以将钢缆精确导向到指定的位置和方向，主要安装在温室内钢缆可能影响温室作业的下部位置以及钢缆穿越温室前后屋面的位置（图4a?图5a）。

钢缆在室外的走向则是内嵌在滑盖滑轨内（图1a、图5b）。滑轨为C形钢，滑盖下部沿滑轨方向安装若干滚轮，滚轮在滑道内运动。随着滑盖的上下运动，钢缆也在滑轨内往复运动。

对屋面滑盖的设计有的采用1块整体板，有的采用了2块板。后者的灵活性更大，如图7所示（图中N为固定不动保温板，W、Z为可活动滑盖板），当W、Z两块滑盖板全打开时（此时，W、Z、N3块保温板全部叠落在一起（图7a），温室的采光面面积加大，后屋面在温室中基本不会形成阴影。而在早晚时段，室外温度较低，可将2块滑盖板中的其中1块滑动到保温位置，使前屋面部分采光，既减少了温室的散热，也延长了温室的采光。

为节约建造成本，两侧山墙的滑板采用人工推拉的方法启闭（图1c）。

温室通风系统

该温室的通风系统采用了日光温室常用的自然通风

系统，由屋脊通风口和前屋面通风口组成。屋脊通风口沿温室屋脊方向通长设置，采用齿轮齿条开窗机构，由电机减速机驱动，可自动控制（图2a）。温室前屋面通风口有两种形式：一种是间隔设置在前屋面中下部的内翻窗（图8a、图8b）。这种通风窗采用齿轮齿条和电机减速机驱动，能自动控制。通风窗口外设置固定的防虫网，可有效防止害虫进入温室。但这种开窗通风方式的通风口面积小，并且由于窗扇为下旋开启，雨雪天气开窗时雨水容易通过窗口进入温室。这种开窗方式适合冬季室外温度较低的地区。另一种是安装在前屋面底脚沿温室长度方向通长开启的手动通风窗（图8c）。这種通风窗增大了温室通风口面积，通风时进风均匀，但需要人工手动启闭，操作费时费力，容易导致通风不及时。而且该方式的温室进风口在前屋面最低处，进入温室的冷风直接吹袭作物，容易引起温室前部的作物受冻。此外，开窗齿条在窗户关闭后会伸进温室内，在一定范围内影响温室作业。这种开窗方式也可以加装电机减速机电动控制，实现自动控制，适合在温室运行期间室外温度较高的地区使用。

温室保温与采暖系统

由于没有传统日光温室被动储放热系统，该温室在注重保温的基础上采用了太阳能集热器集热热水供暖和室内热空气地中热交换提升地温等加温方式。在极端低温情况下，还使用了生物炭临时加温技术。

温室保温系统

该温室的保温系统包括采光面的滑盖保温和保温面的固定保温两部分。采光面滑盖保温就是用聚苯板保温彩钢板材料，按照温室采光面的弧形制作成弧形板，替代传统日光温室的保温被。这种材料强度高、保温性能稳定、热阻大、防水防潮、使用寿命长，其综合性能优于柔性保温被（包括草苫、闭孔发泡聚乙烯、针刺毡保温被等），而且不使用卷帘机，节约了温室室外空间。

保温面固定保温是在使用聚苯板保温彩钢板材料的基础上，室内再增加一道附加保温措施，进一步提高温室的保温性能。后屋面室内附加保温的措施有2种形式：一种是在固定彩钢板的内侧粘贴柔性岩棉等保温材料，并在柔性保温材料的外侧张挂反光铝箔（图9a）。这种保温方法可根据温室建设地区冬季室外温度的高低来增加或减少柔性保温层的厚度。室内铝箔反光幕不仅保护了柔性保温材料，提高了温室保温层的密封性，还有效改善了温室后部的光照环境，因此温室的综合光温环境变好，但总体建设成本也相对提高。另一种是用塑料薄膜完全遮盖固定保温彩钢板，避免彩钢板接缝处的冷风渗透。在此基础上，再安装一套完全脱离固定保温彩钢板的手动卷膜二道幕保温系统（图9b）。这种方法建设成本低，温室保温密封性能高，在二道幕和温室固定保温板之间还能形成一个空气间层，利用空气的隔热能力来提高温室的保温性能，也是一种不错的选择。

太阳能集热器集热热水采暖系统

该系统在日光温室北侧沿温室长度方向独立设置了2排太阳能集热器（图10a），白天太阳能集热器接受太阳能，并通过水媒介质，把太阳能转换为热能保存在热水中，并将热水循环储存在日光温室西侧的热力房（图10b）中的储热罐中（图10c）；夜间关闭太阳能集热器和热水储存罐之间的循环回路，开启热水储存罐和温室内散热器（图11）之间的循环回路，将储热罐中的热量通过散热器释放到温室中，实现对温室的加温。

空气循环地中热交换地温提升系统

太阳能集热系统主要是提升温室的空气温度。为了进一步提升温室的地温，该温室配置了一套空气循环地中热交换系统（图12）。在靠近温室屋脊的后部位置按照一定的间隔设置收集热风的送风管（图12a），送风管的进风口安装送风风机（图12b），将室内高空热空气送入送风管，送风管沿着温室后墙竖直布置，将热空气导流到埋设在沿温室长度方向布置的后走道下的垂直气流分配主管中。垂直气流分配主管按照一定间隔沿温室跨度方向设置气流分配支管，将热空气均匀导流到温室土壤中，通过支管和土壤之间的对流换热将空气中的热量传导到土壤中，从而提高温室的土壤温度。气流分配支管的末端安装弯头将支管内的气流从地下导出地面，再通过末端三通（图12c）将尾气扩散到温室的前底脚，最终释放到温室中，从而形成完整的气流回路。

白天，当室内空气温度达到设定上限温度后启动系统运行，将室内空气中的多余热量储存到温室地面土壤中，提高温室地温；到夜间，当室内温度降低到设定下限温度后，启动系统运行，也可将温室地中热量回抽到温室中，起到提高室内空气温度的作用。实际管理中，可视地温和空气温度的高低合理开启风机，从而使温室达到理想的空气温度和地温。

生物质型煤应急加温系统

温室虽然配备了太阳能热水加温系统和空气循环地中热交换系统，但在遇到连续阴天等没有太阳光或太阳能不足以满足温室热损失时，为保障温室的正常运行，该温室还配备了应急加温系统，就是在温室的走道上，每隔15～20 m，用砖铺地，在其上放置2块生物质型煤（图11），每组型煤可持续燃烧达4 h左右，只要在半夜更换1次型煤即可获得温室一夜的供热。100 m长的温室，按照20 m间距布置，共需要布置5组，每夜需要燃烧型煤20块。这种措施，可以用在任何形式的日光温室中进行临时应急加温。但由于生物质型煤内含有较多的蜡质，燃烧后室内石蜡气味很浓，白天应及时通风换气，否则会影响操作人员和植物的健康。

作物栽培系统

据种植者介绍，2015年底到2016年初的雾霾严重影响了温室的生产，当前温室内种植的作物是在上一茬作物受冻后重新定植后移栽的。

温室内种植方式采用了基质盒栽的方式（图13a），并采用滴箭滴灌的灌溉方式，即每个盒内插2支滴箭，供水主管沿温室长度方向布置，支管沿温室跨度方向布置，滴箭安插在支管上。

为了避免作物直接吊挂在温室骨架上引起骨架变形，进而影响温室滑盖系统的平稳运行，温室作物支撑系统单独设立了一套支架系统，在支架上安装纵横两级吊线，吊挂作物（图13b）。

滑盖式日光温室在两套采暖系统（太阳能集热器供暖和生物炭临时供暖）与空气循环地中热交换系统联合运行的情况下，温室内的蔬菜长势良好。该结果表明，只要室外阳光充足，即使室外最低温度为-17℃，这种形式的温室仍然能够安全生产喜温果菜。但在没有生物炭供暖的情况下，仅靠太阳能集热器供暖系统和空气循环地中热交换系统，滑盖式日光温室的正常生产尚难以保证。