温室采光与保温

温室采光与保温上次去宁夏，对方农场有四种结构的温室，通过实际观察作物生长和温度测量，可以看到温室的修建是要下功夫的，温室的采光与保温是建造日光温室的关键因素，温室热源主要来自于白天的日照,为了保证温室内作物生长的需要,在寒冷季节如何保温,使白天聚集的热量尽可能少流失，对日光温室来讲是一个非常重要的问题。高效节能型日光温室在结构上因地域气候条件不同而有差别，但是在设计和建造上都遵循一个原则，就是要与当地的气候条件相适应，最大限度地获取太阳能，优化采光条件最大限度地保存己获得的太阳能，加强保温措施。这次查阅资料学习整理温室采光、保温方面的知识。一、温室的采光温室采光首先要从温室造型的各种参数（如跨度、最大采光点高度、采光膜曲线形状、温室内外表面积大小等）设计入手，采光屋面与太阳光线所构成的入射角尽量小。当然入射角等于0°，阳光与采光屋面垂直时最理想，一般温室都是曲面，对于曲面的更细的划分，有的地区将半拱圆式日光温室的采光面分成若干个切线角，自前屋面底脚开始每1m一个切线角。前底角（采光屋面前底脚与地面的夹角）50°~60°，1m切线角处35°~40°，2m处25°~30°,3m处20°~25°,4m处15°~20°，最上部15°左右。当温室的其他结构参数相同时,调整前屋面的形状,便可获得不同量的太阳辐射。确定采光面形状时要兼顾到如下几点：采光性；便于雨水流失，下雨时雨水不会滞留在棚膜上形成“兜水”；易被压膜线压紧，有风时不会“兜”风”；便于工作人员操作离前屋面底脚0.5~1m处应有一定的空间，便于工作人员操作，有利于作物生长。几种典型的采光面形状与温室透光率的关系，相同的高度、跨度下，圆一抛物面组合式屋面透光率最高，一坡一立式和椭圆型最差。从作物光合强度及最佳光合作用时段看，早上、即日出至正午，是光合作用最活跃的时候，这段时间需要有充足的光照和理想的温度环境，因此，可将日出至正午视为最佳采光时段，那么，在确定合理采光屋面角时，以考虑最佳采光时段(早上10时)的太阳高度角及入射角最为合理。根据计算，高效节能日光温室前屋面倾角应在合理采光屋面角的基础上增加5°—7°即可。那么，在北纬36度地区，其最佳采光时段合理采光屋面角应为19.5°+5°或7°即为24.5°—26.5°。在北纬39°地区，其最佳采光时段合理采光屋面角应为22.5°+5°或7°即为27.5°—29.5°。以计算出的采光屋面角为基础，确定日光温室前屋面的坡度及弧度，即可建造理想的日光温室。后屋面仰角：一般温室后屋面和后墙体的交角为90°，后屋面对后墙体造成了很大的阴影面，因此，温光效应不好。高效节能日光温室后屋面和后墙体的交角为90°+(40°±5°)，也就是说形成了125°—135°的交角，后屋面对后墙体几乎没有造成阴影面，冬至前后，后屋面和后墙体同样可有太阳光照射，容易提高后屋面和后墙体的温度，从而提高温室性能。二、关于温室保温1、温室的墙体材料温室散热包括围护结构传热、换气传热、地中传热,其中围护结构，也就是传热占总散热的70%~80%，增加墙体的蓄热、隔热性能是非常有效的节能保温措施。因此,在温室的设计中一定要加强墙体蓄热设计。温室的墙体表面温度与室内外温度的关系和热流量及墙体表面蓄放热的变化规律，研究表明：(1)墙体的温度分布规律与室内的温度变化一致,随着墙体高度的增加,温度降低(2)蓄放热变化规律,放热量为蓄热量的10.5%左右,大部分以热传导的形式散失到室外,温室墙体的保温设计非常重要。土墙结构：以土为建筑材料的墙体做法有两种形式：干打垒和堆土碾压。早期在我国的西北地区，日光温室的土墙主要采用干打垒结构。这种结构耐久性好，结构占地面积小，尤其适合降雨量较小的干旱或半干旱地区；材料主要以黏土和黄土为主，可就地取材，其中若掺杂一些麦草或稻草秸，更能提高墙体的强度。但打造干打垒结构主要依靠人工，建造费时费工，所以在我国东部经济发达地区革新创造了堆土后墙，目前发展为机打土墙结构，就是用履带机直接碾压堆土，形成宽厚墙体，再用挖掘机裁出温室内墙面，即形成宽厚的温室墙体。由于结构宽厚，这种墙体的保温性和承载能力都得到了保证，而且施工速度快、造价低，因此，受到广大农民欢迎，得到快速推广。土墙结构也存在一些天然的缺陷：①结构的耐久性差；②各地土质不同，墙体的性能差异较大（沙质土壤不能打墙）；③吸湿能力强，潮湿后保温能力下降很快；④墙体防雨水冲刷的能力差；⑤材料的保温性能较差，要满足温室的保温，必须建造很厚的墙体，导致占地面积大，土地利用率低；⑥墙体建造对土壤的破坏比较严重，尤其对可以用作种植的有机质土层破坏严重，土壤肥力恢复时间长，改造花费成本也高。可见，土墙结构的缺点几乎和优点一样多。因此，长久以来，人们一直在研究和探索替代土墙的新的建筑材料和建造技术。砖墙结构：黏土砖是最早用于替代土墙的建筑材料。早期的做法是采用空心墙或夹心复合墙，利用空气或填充保温材料的绝热性能来提高墙体的保温性能。保温性能的好坏取决于填充材料的性能。可填充的保温材料包括炉渣、珍珠岩、蛭石、陶粒、土等松散保温材料以及聚苯乙烯泡沫板等块状材料。研究发现，由于两堵墙体之间空隙一般宽度在10厘米至12厘米，空气在其中容易形成上下对流，使空心墙体的保温性能远达不到理想的静止空气隔热的效果，因此，在实践中基本不采用空心墙体，而采用填充墙体。但松散材料的保温墙体，由于材料容易吸潮，而且随着时间的延长，保温材料在自重作用下逐渐被压实，造成墙体上部自然形成空心，保温性能下降。有鉴于此，用吸潮性差的聚苯乙烯泡沫板作墙体保温层就成了夹心墙体的主流。用这种材料，墙体厚度薄，占地面积少，施工速度快，虽然价格较高，但在具有一定经济实力的示范园区建设中被大量采用。通过实践人们逐步认识到，这种夹心结构墙体与日光温室墙体保温蓄热的理论有一定冲突。长期以来大家认为，温室墙体的内侧材料主要起储热放热的作用，而外侧保温层则主要起隔热的作用，也就是主要抵御外部冷量侵入，同时阻止内部墙体热量扩散。从这种理论分析，如果将保温层设在墙体的中间，保温层的外侧墙体对温室整体性的保温基本没有太大作用，它的存在只是保温层的一个围护结构，对松散保温材料还有其存在的必要性，但对块状保温材料而言则基本没有存在的必要。所以，对块状保温材料，墙体结构的革新直接演变成了外贴式，即取消复合墙体的外层砖墙，直接外贴聚苯乙烯泡沫板，而且进一步延伸，用其他保温性能良好的砌筑材料替代传统的聚苯乙烯泡沫板。这样不仅革新了墙体结构，而且使墙体材料获取的渠道也更加丰富.外贴保温层的做法，使保温层与砖墙的结合更加紧密，砖墙也可以从夹心墙的两堵24厘米厚墙体简化为一堵24厘米或37厘米厚砖墙，不仅节约了建设用地，而且节约了投资，提高了温室墙体的建设速度，也增强了温室的保温性能。目前这种做法已经成为日光温室砖墙结构建设的主流。为进一步增强这种墙体结构内层砖墙的储热和放热能力，新的墙体革新主要体现在：一是采用热惰性更强的水泥砖材料替代传统的黏土砖材料，通过提高建筑材料的储放热能力来提升墙体的储放热性能；二是在建造砌筑方法上采用了波浪形或蜂窝状墙体砌筑方法，通过增大墙体内表面的比表面积，加大墙体与温室内空气的热交换，来增强墙体的储放热能力。研究表明，这种做法可有效地增加温室墙体的储热和放热量，对提高温室夜间温度具有良好的效果。但波浪形或蜂窝状墙体砌筑方法，由于施工速度慢，人工成本高，相应增加了墙体的建造成本，因此，没有得到大量推广。新型墙体结构与材料：黏土砖早在上世纪80年代国家建设部就开始禁止在民用建筑中使用，粘土砖的来源渠道越来越少，价格越来越高。在这种客观形势的驱动下，人们需要改革传统日光温室的砖墙结构，于是产生了各色各样的新型日光温室墙体结构和材料。创新日光温室墙体结构和材料，首先要突破传统日光温室墙体储热放热的理论体系，也就是日光温室的墙体不再承载储热放热的功能，甚至其承重功能也被框架结构体系所替代，而只是日光温室的围护结构，只要能满足良好的隔热要求即可。在这里笔者将其称之为单一功能墙体，以区别于前述的复合功能墙体。目前实现单一功能的墙体结构也有多种形式，如草墙、聚苯乙烯泡沫板墙、聚苯乙烯泡沫空心砖墙、整体发泡水泥墙、大型屋面空心板墙等。草墙结构有两种建造方法：一种是“草砖”垒砌，另一种是“草苫”铺挂。“草砖墙”是将麦草或稻草打成正方体或长方体草捆，像砌筑砖墙一样将草捆堆码成墙，在草墙内外两侧挂防水层，可以是水泥砂浆防水层，也可以是草泥防水层，有的温室还在墙体的外侧砌筑一层泡沫水泥空心砖，可进一步起到保护草墙的作用。“草苫墙”是用专门的编制机将稻草或玉米秸秆如同前屋面保温草苫一样编制成厚度约10厘米的草苫，直接铺挂在温室的支撑骨架上，温室墙体和后屋面均可以采用相同的材料，内外两侧用塑料薄膜围护做防水。这种做法充分利用了农作物的秸秆，原料可就地取材，结构自身重量轻，生态环保，在降雨量少的干旱、半干旱地区也具有一定的耐久性。聚苯乙烯泡沫板墙体也有两种做法：一种是直接用工厂化生产的彩钢板材料，即在两层经表面处理的压型钢板中间，填充聚苯乙烯、岩棉、玻璃纤维、聚氨酯等保温材料而形成的整体式板材，现场组装拼接，形成墙体；另一种就是将聚苯乙烯泡沫板直接挂靠在温室骨架上，内外两侧挂水泥浆防水。相对而言，前者建造速度快，使用寿命长，材料色泽丰富，但造价较高，而后者造价便宜，但建造速度慢。聚苯乙烯泡沫空心砖墙就是在工厂将聚苯乙烯发泡成型为空心砖，根据温室墙体的部位不同，可以成型为不同形状的空心砖，砖与砖之间采用插接连接，现场组装，施工速度快，材料浪费少。温室承重的框架可以直接安装在空心砖的孔洞中，不再占用温室空间，温室内外表面美观整洁。白色的聚苯乙烯板还具有一定的反光能力，可提高温室内光照分布的均匀性，特别是提高了温室北墙附近的光照强度。发泡水泥墙是先用建筑模板搭建墙体外形，之后向模板内注入发泡水泥，待发泡水泥膨胀后，在建筑模板中即形成连续的墙体。这种墙体结构一次成型，密封性好，而且由于发泡水泥内部是闭孔结构，表面无需进行防水处理，材料的导热系数很小，基本与上述聚苯乙烯泡沫板相当，因此，具有良好的保温隔热效果。但这种墙体施工需要大量的建筑模板，现场浇筑后还需要精心养护才能达到理想的效果。复合墙体：温室内,复合墙体夜间内表面温度比纯砖墙内表面温度平均提高3.7℃;在相同室外温度环境条件下,复合墙体温室内夜间空气温度比夯实土墙温室的室内温度平均提高3.0℃，单位面积复合异质墙体全天向室外传热量是纯砖墙的1/17，理论分析及试验都证明聚苯板作为墙体的隔热材料、砖作为墙体的蓄热材料是合理的.2、温室中的土壤保温冬季温室外土壤温度低于温室内的土壤温度，为了阻止温室内热量地中横向传导而散失，可以在温室外设置防寒沟。但是，在每年夏季必须将防寒沟内有机物挖掘出来，而在秋季再重新埋设，同时注意防止雨水进入防寒沟内降低防寒效果。寒沟绝热材料的含水率对其绝热性能影响很大,含水率增加会明显降低绝热性能。温室土壤含水率高,一般的绝热材料吸湿后会失去保温、隔热的作用,在材料的选择上最好选用吸湿性小、导热系数小、整体性好的材料较为理想。PS板也叫聚苯乙烯泡沫板。由大中小不同密度，该板具有闭孔结构，密度小，隔热性能好，缓冲力强的优点，是理想的保温、隔热、防震缓冲材料。由于PS苯板具有隔热、防潮、导热系数低等特点，近几年来，在温室设计与建造时通常采用在温室基础外埋设苯板，埋设深度为0.8~1.2ｍ。这种处理方式的效果与温室基础外挖防寒沟的效果一致，现今温室建造时被广泛采用。但是，对于不同地区的冻土层厚度不同，所需要埋设苯板厚度与深度却没有参考依据，造成苯板使用盲目性，不过一般防寒沟的深度与当地冻土层厚度一致。。3、温室覆盖的保温材料日光温室前屋面是主要散热面，前屋面覆盖可以阻止温室热量散失，达到保温目的。目前使用的外覆盖保温材料有草苫、蒲席、纸被、棉被等。草苫是用稻草、蒲草、谷草、蒲草加芦苇以及其它的草等编制而成,的多孔保温材料，由于空气的低导热率，草苫的导热系数很小,保温效果好，可使温室夜间耗热减少60%,保温能