甘肃日光温室的特色及改进建议

李 艳 周长吉富建鲁

（农业农村部规划设计研究院，北京 100125）

甘肃日光温室是全国日光温室的一个缩影，基本代表了当前国内日光温室的发展潮流和特征。本文通过调研，梳理总结了甘肃日光温室的墙体和骨架结构特点，并针对温室建设重后墙而轻保温被、骨架锈蚀普遍、温室保温构造和通风系统不完善等问题提出了改进措施和建议。

甘肃省地域狭长，气候和土壤多样。为适应当地气候和土壤特点，甘肃各地坚持就地取材、因地制宜的原则，设计建造了很多富有地方特色的日光温室。2020 年11 月26——29 日，笔者随中国农业工程学会设施园艺工程专业委员会专家团，赴甘肃省对平凉市、白银市、武威市、张掖市、酒泉市的日光温室建设和生产情况进行了调研。本次调研走访了9 个日光温室规模生产园区，见证了地域穿越黄土高原和沙漠戈壁、气候横跨温带到寒带（年日照时数从2 000 h 到3 600 h，年降雨量从80 mm 到480 mm，采暖期平均温度从-1.7 ℃到-4.4 ℃）的日光温室建设的特征与变迁。甘肃日光温室是全国日光温室的一个缩影，基本代表了当前国内日光温室的发展潮流和特征。笔者根据本次调研总结了甘肃省日光温室的结构特征，并提出日光温室建设中一些共性的问题和特殊的需要，以供业内同仁共同研究和探讨。

1 甘肃日光温室现状及特点

1.1 日光温室墙体

甘肃各地的日光温室通常是根据当地的地质条件，因地制宜地采用当地材料建造日光温室墙体，主要墙体种类包括干打垒土墙、机打沙土墙、沙袋墙、混凝土槽砖墙、“砖包土”墙、浆砌石墙和护网挡板戈壁石墙等。

①干打垒土墙。平凉市和白银市地处黄土高原，土壤黏性较好，日光温室墙体采用传统的干打垒土墙（图1），墙厚约2 m，墙体强度高、建造土方量小、建造成本低（每667 m27 万～8 万元）、保温储热性好。针对这种墙体结构，当地还发明了干打垒土墙的机械施工方法，从而大大提高了温室墙体建设的效率。

② 机打沙土墙。武威市古浪县地处腾格里沙漠的边缘，土质为沙漠土，沙粒柔细、无粘性，不适合采用干打垒和机压土墙，为此当地温室建设者创新发明了机打沙土墙：将表层沙土剥离，挖出深层黏土，再与表层沙土按比例拌和，形成一定黏性的混合土，再用山东寿光机打土墙的方法垒筑墙体，墙底厚4 m，墙顶厚1 m（图2）。由于土墙加厚，温室的保温性能也相应增强，但施工取土的工程量较大，造价也相应提高，每667 m2造价约在10 万元。

③沙袋墙。张掖市高台县地处荒漠戈壁，土质为沙粒土，温室建设者创新使用了沙袋墙体，其做法是将沙土盛装在塑料编织袋中，采用类似“码垛”的方式，逐层错缝堆砌成墙体，码垛成型后再在墙垛表面涂抹草泥浆或张挂无纺布，从而对沙土袋进行表面防护，并形成温室的围护墙体。墙体沙袋部分厚1.5 m，沙袋外堆沙土，沙土底部厚1.5 m，顶部厚0.7 m（图3）。这种墙体结构由于装袋、“码墙”以及墙后培土、表面防护需要的人力和材料成本较高，温室的造价在15 万～16 万元·（667 m2）-1，但墙体保温性能好，基本可以实现当地果菜安全越冬生产。

④ 混凝土槽砖墙和砖墙夹沙石墙（“砖包土”墙）。在甘肃张掖和酒泉地区，由于黏土少、戈壁沙石多，且颗粒大小不一，温室建设者发明了用钢筋混凝土板槽盛装沙石和砖墙夹沙石（“砖包土”）的墙体筑造方法。钢筋混凝土板槽砖墙的做法：事先预制1 面（上底面）开口、其他5 面封闭的开口钢筋混凝土板槽（简称“混凝土槽砖”）。混凝土槽砖通常长1.0 m，高0.5 m，宽与墙体厚度一致（一般为1.0～1.2 m）。施工时，将混凝土槽砖像砌筑黏土砖墙一样错缝砌筑，每砌筑一层混凝土槽砖，即刻向槽砖内腔中灌注戈壁沙石，墙顶最后一层砌筑完成后，在槽砖顶面做水泥抹面或在其上浇筑钢筋混凝土圈梁封口，并预埋埋件做好与屋面拱架连接的准备（图4）。这种墙体结构由于预制钢筋混凝土板槽的成本较高，而且施工必须使用吊车作业，增加了温室的建设成本，一般造价在20 万元·（667 m2）-1以上，而且由于钢筋混凝土槽及内部填充沙石的导热性能比黏土强，所以与同厚度的土墙温室相比，其保温性能略差。

砖墙夹沙石墙实际上就是“砖包土”的复合墙体（图5），即在两侧围护砖墙内填筑戈壁沙石。由于沙石的侧压力较大，为减少两侧砖墙的厚度（一般砖墙按240 mm 厚砌筑），在砖墙内设置了钢筋混凝土构造柱或承力柱，并在相邻立柱之间设置水平拉梁（包括墙体表面和纵深两个方向），使所有立柱形成框架承力体系。这种墙体由于需要现浇墙内钢筋混凝土立柱及连系梁，砌筑砖墙也费时费力，所以施工速度慢，建设成本同样较高，一般在20 万元·（667 m2）-1左右。其保温性能与墙体厚度有关，同等厚度条件下，其保温性能一般比上述混凝土槽砖墙体好。

⑤ 浆砌石墙和护网挡板戈壁石墙。酒泉市地处河滩戈壁，卵石多、沙粒大，针对这个特点，温室建设者设计了两种墙体。一种为浆砌石墙，即用水泥砂浆砌筑卵石作为温室承重墙体，石墙厚1.2 m，石墙外堆卵石，卵石堆底宽3.0 m，顶宽1.5 m（图6）。这种墙体结构强度高、保温性好，但施工劳动强度大、建设效率低，建设成本也相应较高，多在25 万元·（667 m2）-1左右。另一种是护网挡板戈壁石墙，包括双侧挡板的“三明治”石墙和单侧挡板的“堆石挡板”石墙（图7）。所谓“三明治”石墙就是在双层护网挡板墙中间填充戈壁石形成的三层结构墙体，类似“砖包土”墙的做法，只是将砖墙换成了护网挡板，墙体厚度多在1.5 m。“堆石挡板”石墙是在墙体的内侧设保护挡板，外侧堆砌戈壁石而形成的墙体，结构类似浆砌石墙，用护网挡板替代了浆砌石墙，墙体底宽约3.0 m，顶宽约1.5 m，大大减小了墙体建设用地，加快了墙体的建设速度。与“三明治”石墙相比，“堆石挡板”石墙节省了一面护板，从而也节省了温室建设造价，一般建设成本在20 万元·（667 m2）-1以内。从节约成本、提高温室保温性能和增加温室美观性方面考虑，可将上述两种墙体结合在一栋温室中，温室山墙建造采用“三明治”石墙，温室后墙建造采用“堆石挡板”石墙。

护网挡板石墙的结构是钢骨架立柱及纵向系杆构成的1.5 m × 1.5 m 椭圆管方格网，其内侧再焊接0.2 m × 0.2 m 钢筋方格网，钢筋网内贴10 mm ×10 mm 钢丝网并固定无纺布，防止戈壁沙石洒漏。对于“三明治”石墙，两侧挡板墙立柱之间要设置拉杆，以保证挡板柱能够承担内部填充石料的侧压力；对于单侧挡板墙，提高挡板柱对外侧石料侧压力承压能力的方法一般是在外侧拉斜杆，并将其锚固到地基。温室的保温性能主要取决于墙体的厚度，“堆石挡板”石墙温室由于后墙为下大上小的结构，最薄处厚度在1.5 m 左右，所以其保温性能要优于双侧护板墙体厚度一致的“三明治”石墙，而“三明治”石墙由于厚度与内填沙石的混凝土槽砖墙基本相同，所以二者保温性能也相差无几，但要比同厚度的砖墙夹沙石的“砖包土”墙温室的保温性能略差。

本次调研的9 个规模园区合计日光温室29 538栋（不包括保温被围护装配结构墙温室），其中干打垒土墙温室1 855 栋，占比为6.28%；机打土墙温室24 057栋，占比为81.44%；沙袋墙温室136栋，占比为0.40%；浆砌石墙及戈壁沙石填充墙（包括混凝土槽砖墙、“砖包土”墙和护网挡板石墙）温室2 790 栋，占比为9.45%（表1）。虽然这些温室中的97.17%都是被动储放热结构的厚重墙体，但也不乏当前国内超前研究的组装式日光温室，尤其针对河西走廊的沙漠戈壁条件创新性地设计建造了戈壁沙石材料墙体温室，为当地日光温室建设开辟了独特的发展道路。

表1 甘肃省部分地区日光温室调研基本情况

1.2 日光温室骨架

长期以来我国日光温室骨架以琴弦结构和桁架结构为主流承力结构。近年来，随着日光温室结构向轻简化、组装式方向发展，单管结构逐步开始发展，并有替代琴弦结构和桁架结构的趋势（周长吉，2018a，2020a）。椭圆管骨架是近年来推广面积较大的一种日光温室轻简化单管骨架结构类型（周长吉，2020b），其构件截面积小，与钢桁架相比骨架挡光少；室内无立柱，便于机械化作业和种植布局；闭口截面，截面模量大，平面外稳定性好，杆件承载能力强，因此各地日光温室都有应用。本次调研的日光温室骨架几乎均为椭圆管材料，但其所用的结构形式却各有不同。

传统的日光温室结构包括前屋面、后屋面和后墙，其中前屋面和后屋面各自为一个独立的弧面或坡面，二者通过屋脊连接为一个整体。日光温室骨架按照承力的范围可分为屋面承力骨架和一体化承力骨架两类。

屋面承力骨架只承载前屋面和后屋面的荷载（统称为屋面荷载），并将屋面荷载传递到后墙和骨架基础。这种结构主要用于后墙为承重墙的温室结构体系，如干打垒土墙、机打沙土墙、混凝土槽砖墙、“砖包土”墙和浆砌石墙日光温室（图1～2、4～6）。

一体化承力骨架是在上述屋面承力骨架的基础上结合后墙立柱，形成温室屋面承力骨架和后墙柱一体化的承力体系，温室后墙不再参与结构承力。这种结构主要用于后墙非承重的温室结构体系，如沙袋墙（图3）、护网挡板石墙（图7）和装配结构日光温室。

在考察中还发现了一种后屋面为双折面的温室（图8），后屋面与屋脊连接部分保留了传统后屋面的形式，呈坡面（图8-a）或弧面（图8-b），但与后墙相连接的部分则采用了坡面或平面，以便于操作人员在后屋面上行走和作业。在温室骨架结构上，双折面后屋面温室前屋面、后屋面的上半部分以及温室立柱形成与上述一体化骨架相同的承力体系，但温室后屋面连接后墙的部位前部连接在一体化温室骨架上，而后部则直接支撑在后墙上或后墙立柱上。这种结构主要用于完全组装结构和机打沙土墙结构的日光温室。机打沙土墙结构日光温室的后墙虽具有一定的承载力，但不足以承担全部屋面荷载，因此其采用了后墙钢柱和后墙共同承担屋面荷载的承力方式（图8-c）。

2 甘肃日光温室存在的问题

2.1 温室建设重后墙而轻保温被

平凉市和白银市干打垒土墙平均厚度为2.0 m，武威市机打沙土墙平均厚度为2.5 m，张掖市沙袋墙平均厚度为2.6 m，酒泉市浆砌石墙体平均厚度为3.7 m、“三明治”石墙平均厚度为2.2 m。酒泉市冬季温度最低，“三明治”石墙的保温效果已经足够当地番茄等喜温茄果类蔬菜越冬生产。与之相比，武威市机打沙土墙、张掖市沙袋墙和酒泉市浆砌石墙日光温室的后墙则过厚（大于2.2 m），易造成温室地面下沉。甘肃河西走廊地区虽气候干旱，但仍有暴雨灾害，地面下沉的温室易被淹。张掖市高台县曾发生过温室被淹1 周的案例，导致前屋面矮墙塌陷，钢骨架前移（图9）。

以长度为60 m，跨度分别为10 m 和15 m 的日光温室建筑参数计算，二者前屋面散热面分别是山墙、后墙和后坡面积之和的2.5 倍和1.7 倍，因此前屋面保温被的保温性至关重要。调研发现，大部分日光温室保温被仍为传统的针刺毡保温被（图10），并且较薄，不能防湿，一旦下雨雪保温被吸湿后会显著降低其保温性，从而影响温室的保温性能。

2.2 温室骨架锈蚀普遍

调研发现，甘肃省部分新建2 年的日光温室钢骨架表面已经局部锈蚀，说明部分钢管镀锌层厚度不达标，或者加工安装过程中热镀锌层表面被破坏。骨架杆件之间的连接方式有焊接和抱箍两种，其中焊接易破坏热镀锌层，所以焊接处需要做防锈处理。在调研现场发现，部分温室内没有经过防锈处理的钢骨架焊接点已经锈蚀，另外，日光温室前屋面底部和后坡底部的易积水位置骨架锈蚀也比较严重。

2.3 温室保温构造不完善

甘肃省日光温室保温构造不完善，导致局部冷风渗透或形成“冷桥”，影响温室的保温性，主要体现在以下三方面：①干打垒土墙日光温室墙体在施工过程中受模具长度限制，长度方向有垂直缝隙，需要用柔性材料密封封堵，但调研过程中发现部分温室并没有进行封堵（图11-a）；② 沙袋墙日光温室后坡底与后墙顶连接处也有较大缝隙，封堵不严（图11-b）；③调研中发现多个基地均在日光温室钢骨架屋脊处焊接竖直钢管，以防止保温被及卷轴后翻至后坡滑落，但竖直钢管穿出后坡面处的缝隙未封堵，而钢管为中空结构，本身也会形成“冷桥”，出现冷风渗透现象（图11-c）。

2.4 日光温室通风系统不完善

大部分日光温室采光面只有屋脊通风口，而无底部通风口。正午时分，日光温室内光照强度最强，温度最高，也是作物光合作用最强的时候，如果只有脊部通风口，不设底部通风口，则不能形成有效热压通风，温室内CO2浓度会迅速降低，作物光合作用强度明显下降从而影响其生长。大部分日光温室屋脊通风口采用手动卷膜或手动扒缝，通风系统的机械化、自动化水平较低，有的屋脊通风口甚至不设开窗控制设备，而是将保温被压在通风口上，通过调整保温被的卷起位置来调控屋脊开口大小。与电动卷膜器相比，用保温被位置调控通风口大小时，由于控制卷帘机的动力输出大，易造成保温被卷轴弯曲，从而使通风口开启程度大小不一，甚至有的地方完全不能打开，直接影响温室的通风效果。

3 建议

3.1 继续探索适宜戈壁地区的日光温室墙体做法

甘肃戈壁滩上因地制宜建造出的沙袋墙、浆砌石墙和戈壁石填充墙（混凝土槽砖墙、“砖包土”墙、护网挡板墙）等新型墙体，冬季保温效果好，基本可以实现果菜越冬生产。但从保温要求看，这些墙体厚度都偏大，不仅影响建设造价，而且也影响建设速度。应针对各地气候条件，提出适合各地的墙体厚度，避免墙体过厚而增加非必要施工难度及施工成本。

不断尝试日光温室新型墙体做法，例如机压大体积土坯墙、整体钢筋笼内填石料墙体和小钢筋笼石料码垛墙体等被动储放热墙体（周长吉，2018b）。对完全组装结构日光温室，为增强温室的储放热能力、保证作物正常生长温度，建议配套如后墙水箱等主被动储放热系统设备（周长吉，2019），也符合日光温室轻简化发展方向。

3.2 加强温室标准化设计和规范化建设

针对不同地区气候特点和建材供应条件，研究设计标准化定型温室及环境调控设备标准化配置方案，尤其要重视温室构件的加工和工程施工过程中的标准化，避免由于加工和施工不规范而引起温室出现“冷桥”或不合理构造，影响温室的整体性能。温室的整体设计尺寸及温室整体保温性能设计参数应根据各地的地理纬度和冬季室外温度，按照农业行业标准NY/T 3223——2018《日光温室设计规范》要求进行合理选取。

3.3 提高保温被性能

戈壁地区冬季温度较低，日照较强，应选择保温性能好、抗辐射、耐老化的保温被。建议采用自防水保温被，其保温性能与针刺毡保温被相比有显著提高，尤其抵抗风雨的能力更强（谢欣，2020）。在冬季比较寒冷的河西地区也可以采用双层棉被或内保温温室的做法。保温被幅与幅之间的连接尽量采用粘接的方式，避免两幅保温被的接缝处漏风或漏雨。探索温室保温被自动控制方法和设备，有效降低劳动强度，实现温室环境的精准控制。

3.4 提升日光温室通风设施建设水平

为形成有效的自然通风，日光温室应增设底部通风口。顶部和底部通风口均由卷膜电机替代手动扒缝，通过环境自动控制形成智能通风设施，不仅可以节省人工管理成本，并且可以提供更适合作物生长的温度、湿度及CO2浓度（张明阳，2020）。采用后屋面活动通风窗结合前部通风可充分利用后屋面的采光，提高温室内光照的均匀度，而且彻底解决了屋脊通风窗兜水的问题。