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日光温室的规划设计与建造新疆农业大学园艺学院高杰一、日光温室的总体规划与设计（一）园艺设施的建筑特点与要求园艺设施与一般工业及民用建筑不同，它有以下特点与要求。1．必须适宜作物的生长和发育园艺设施是栽培蔬菜、果树、花卉等作物的场所，为了适宜作物的生育，要求结构上保证白天能充分利用太阳光能，获得大量光和热，高温时应有通风换气等降温设备；夜间应有密闭度高、保温性能好的结构和设备，条件好的日光温室还应有采暖设备。园艺作物对水肥需求量大，所以要求土壤肥沃，理化性状好，为调节土壤水分，应用性能良好的排灌设备。为使园艺设施能发挥更好的效果，建造时首先要选择好场地，并对建筑物进行合理布局，做好总体规划与设计。场地选择有时不尽完全理想，对一些不良的条件可以进行改造，如设防风林或防风障、排水沟等。2．严格调控环境为获得高产、优质、无公害的产品，要随着作物的生育和天气的变化，不断地调控设施内小气候。特别是春、夏季的高温、高湿和秋、冬季的低温弱光，不仅影响作物的生育，还容易诱发病虫害，所以要求具有灵敏度高，容易调控的结构和设备。3．良好的生产条件设施环境不仅要适于作物生育，也应适于劳动作业和保护劳动者的身体健康。如灌水等管道配置不合理或立柱过多时，会影响耕地等作业；结构过于高大时，会影响放风扣膜作业，而且也不安全；设施内高温、高湿，不仅容易使劳动者疲劳，降低劳动效率，而且因病虫害多，经常施农药，直接影响作业者的健康，其残毒会影响消费者的健康。此外，还要考虑废旧薄膜和营养液栽培时废液的处理问题，否则易造成环境公害。4．坚固的结构为了使设施屋面能充分透过太阳光，减少遮光，要求结构要简单、轻质、建材截面积小，以减少阴影遮光面积。但从强度上又要求坚固，能抗积雪、暴风、降雹等自然灾害。设施屋面要求有一定坡度，合理的屋面角度一是为保证充分采光；二是使薄膜棚面的水滴能顺畅流下不积水；三是有利于保温帘被的揭盖。5．透明覆盖材料要求透光率高，如使用塑料薄膜要选用不易污染，抗老化耐用，且不易附着水滴的无滴膜薄膜。玻璃和聚碳酸醋板材是理想的覆盖材料，保温透光性能良好，但比较昂贵。6．建造成本不宜太高园艺设施生产的产品是农产品，价格低，所以要求尽量降低建筑费用和管理费，这与坚固的结构、灵敏度高的环境调控设备等要求，引起费用增加的事实是互相矛盾的。因此，要根据经济情况考虑建筑规模和设计标准，一般应根据当地的气候条件选择适用的园艺设施类型。园艺设施是轻体结构，使用年限一般为10-15年，在结构设计的设计参数取值和建筑规模上，应与一般建筑物有所不同。（二）场地的选择与布局1．场地的选择园艺设施建筑场地的好坏与结构性能、环境调控、经营管理等方面的关系很大，因此在建造前要慎重选择场地。(1)为了充分采光要选择南面开阔、高燥向阳、无遮荫的平坦矩形地块。利用坡地平整时不仅费工增加费用，而且整地时挖方处的土层遭到破坏，使填方处土层不实，容易被雨水冲刷、下沉。向南或东南有小于10°的缓坡地较好，有利设置排灌系统，坡降走向北高南低。(2)为了减少放热和风压对结构的影响，要选择避风向阳的地带。冬季有季候风的地方，最好选在迎风面有丘陵、山地、防风林或高大建筑物等挡风的地方，但这些地方又往往形成风口或积雪过大，必须事先进行调查研究。要求场地四周不要有障碍物，高温季节不窝风，以利通风换气和促进作物的光合作用，所以要调查风向、风速的季节变化，结合布局选择地势。在农村宜将温室建在村南或村东，不宜与住宅区混建。为了有利保温和减少风沙的袭击而确保生产安全，还要注意避开河谷、山川等造成风道、雷区、雹线等灾害地段。(3)为适宜作物的生长发育，应选择土壤肥沃疏松，有机质含量高，无盐渍化和其他污染源的地块。一般要求壤土或沙壤土，最好3-5年未种过瓜果、茄果类蔬菜以减少病虫害发生。用于无土栽培的园艺设施，在建筑场地选择时，可不考虑土壤选择。为使基础牢固，要选择地基土质坚实的地方。否则修建在地基土质松软，如新填土的地方或沙丘地带，基础容易下沉，避免因加大基础或加固地基而增加造价。(4)园艺设施主要是利用人工灌溉，要选择靠近水源、水源丰富，水质好，pH中性或微酸性，无有害元素污染，冬季水温高（最好是深井水）的地方。为保证地温，有利地温回升，要求地下水位低，排水良好；地下水位高不仅影响作物的生育，还易造成高湿条件引发病害，也不利于设施墙体的保护。(5)为了便于运输和建筑，应选离公路、水源、电源等较近交通运输便利的地方。这样不仅便于管理、运输，而且方便组织人员实施对各种灾害性天气采取保护措施。为了使物料和产品运输方便，通向温室区的主干道宽度要保证。因温室用电设备主要为灌溉和照明设备，灌溉和照明常用220伏电压，但是，温室中的机械卷帘机和节水灌溉控制系统电机也有380伏的。与生产区配套的附属用房电力供应也需保证。所以，温室规划中要充分考虑电力总负荷充足，以确保温室用电的可靠性和安全性。(6)温室区位置要避免建在有污染源的下风向，以减少对薄膜的污染和积尘。因为设施生产需要大量的有机肥（一般每公顷黄瓜或番茄年需有机肥10-15吨），温室群位置最好能靠近有大量有机肥供应的场所，如工厂化养鸡场、养猪场、养牛场和养羊场等。2．场地调查与地质勘探（1）场地调查对场地的地形、大小和有无障碍物等进行调查，特别要注意与邻地和道路的关系。先看场地是否能满足需要，其次要看场地需要平整的程度，以及有无地下管道等障碍。此外，还要调查供水、送电和交通等情况。（2）地基调查地基的情况与建筑物基础有密切的关系，地基的调查要在施工前进行，一般在场地的某点，挖进基础宽的2倍深，用场地挖出的土壤样本，分析地基土壤构成和下沉情况以及承载力等。一般园艺设施地基的承载力在50吨/米2以上；粘质土地基较软，约为20吨/米2，但园艺设施是轻体结构，对勘测精度要求，不像工业及民用建筑那么严格。3．园艺设施园区布局园艺设施生产一般采取集中管理，各种类型相结合的经营方式。专业户、专业队也是一样，只是在规模上有差别。规模再小也要考虑设施之间，以及它们与其外部之间的联系进行合理布局。人和物之间的联系活动在建筑计划中称为动线计划，从动线计划中容易看出布局计划的好坏。计划时动作多、频率高的支线及搬运重物的动线应该短，且尽量不要交错。因此，应该把和每个园艺设施都发生联系的作业室、库房、变电所等共用附属建筑物放在中心部位，将园艺设施生产场地分布在周围，还应靠近道路，便于运输。园艺设施群的布局首先要考虑方向问题；其次考虑道路的设置、设施入门的位置和每栋间隔距离等，设施群内道路应该便于产品的运输和机械通行，主干道路宽度为6米，允许两辆汽车并行或对开，设施间支路宽最好能在3米左右。主路面根据具体条件选用沥青或水泥路面，保证雨雪季节畅通。日光温室基地应规划为若干个小区，每个小区成一个独立体系，安排生产不同园艺作物种类或品种。所有公共设施，如管理服务部门的办公室、仓库、料场、机井、等应集中设置，集中管理。每个小区之间的交通道路有机的结合，雨水较多的地区应设置排水渠。图3-1是一个日光温室基地的园区示例，在实际规划中应在保证合理的交通路线的前提下，最大限度地提高土地利用率。为了管理方便，公共设施区一般规划在南面为好。（三）园艺设施建筑计划的制定园艺设施一次性投资较大，使用年限较长，为取得较高的经济效益，除了考虑地理、气象等自然条件外，还要考虑劳动力、资金等经济条件。所以在工程设计前还要作投资计划，进行成本核算，做好建造规划。建造规划设计一般要考虑：类型和规模（长、宽、高、屋面角度）、门窗的形式、数量和造价等问题。我区园艺设施的类型很多，规格也不尽相同。随着我区农村产业结构的调整、农村专业组织形式的落实，出现了极小型（几十平方米）、简易型（土木）、巨大型（几万平方米）园艺设施。多种多样的类型和规格，是由于栽培作物、栽培方式、气候条件、建筑材料、经济条件、历史习惯和引进新技术不同而形成的。园艺设施看来很简单，实际上不然，设计的好坏与园艺设施的性能、管理的难易、经济效益高低等关系很大，应慎重做好设计。1．设施方位为了保证设施的采光，一般温室布局均为坐北朝南，但对高纬度（北纬40°以北）地区和晨雾大、气温低的地区，日出时不能立即揭帘受光，方位可适当偏西，以便更多的利用下午的日光，如北疆片区和东疆片区；相反，对于冬季不太寒冷且大雾不多的地区，方位应适当偏东，以充分利用上午的阳光，提高光合效率，如南疆片区。无论方位南偏西还是南偏东，偏离角应根据当地的地理纬度和揭帘时间来确定，一般为5°—10°，不宜太大。塑料大棚方位多为南北延长，屋面东西朝向，防止骨架产生死阴影。2．设施（温室）间距以每栋不互相遮光和不影响通风为宜，从采光考虑，东西长温室或大棚的前后栋距离（Ｘ），应在脊高或后墙高(h)的投影处，即X=hctgθ,这里θ是冬至时中午的太阳高度角，后墙高在脊高的投影线内时，X由中柱算起，不然则由后墙算起，高纬度地区大致在脊高＋草帘卷高的2—2.5倍，或墙高的3倍以上，纬度越高倍数越大。在风大的地方，为避免道路变成风口，温室或大棚要错开排列。3．长度园艺设施的长度，单屋面日光温室或塑料大棚一般以50—60M为宜。过长易造成通风困难。灌水水渠过长浇水不均匀，管道灌水一般在50米以内。长度过长采收或某些作业时，跑空的距离增加，给管理上带来不便。设施过长风雪天在结构上振动大，影响结构强度和稳定性，如果某一部位被破坏时，那个部分所负担的荷载要加到邻近构架的同一部位，由于荷载增加可能引起该部位变形和破坏，依次连锁作用加大破坏范围，所以长度应适当。塑料大棚的走向多为南北延长，因此主要靠东西侧墙透光，长度(L)越短，即长、宽(B)比L:B越小，透光率越大，如10米与50米长的大棚相比，透光率相差5％左右。东西延长的日光温室则相反，因东西两侧山墙不透明，L:B越小山墙阴影占的比率越大，光照越差。4．宽度又称“跨度”它涉及到一系列间题。日光温室如跨度加大，高度也相应增加，屋架就要变大，必然增加建材，若高度不变则屋面角度相对变小，特别是大棚几乎接近平顶，棚顶外面容易积水；宽度对光照分布也有影响，宽度过大内部光照减少，光照分布不均匀程度也随之增加。日光温室或塑料大棚跨度过宽影响通风效果，夏天不易降温。5．高度园艺设施的高度一是指脊部（最高点）到地面的垂直高度，又称脊高，另一是侧高，即侧墙顶部到地面的垂直高度，也称“檐高”。侧墙光线主要从侧面照射进去，高的温室或大棚，屋内光线好，作物的遮荫也少。东西延长的园艺设施的地窗角度大时光线好。根据风压高度变化系数，园艺设施的高度由2米增到4米,每增高1米,风压约增加10％，影响不十分明显。所以目前钢架塑料大棚侧高多在1.5米以上，脊高3米左右。6．屋面坡度塑料大棚或温室的屋面坡度越大，光照、温度、湿度条件越好，对栽培有利，但建筑费增加。从结构力学来看，屋面坡度（即三角形角度）大的比角度小的骨架更稳定，雨雪容易滑落；坡度小的虽然保温比大，但增加温差，结露时容易滴水。屋面形状有平面和拱圆形两种，一般玻璃、塑料板材屋面多为平面屋脊形，塑料薄膜多为拱圆屋面。从太阳光线射入情况比较，拱圆屋面更有利于采光。阳光照射到透光屋面上以后，一部分被透光材料吸收；一部分被反射掉，一部分透入室内。根据物理学定律三者之间有如下关系：吸收率十反射率十透过率=100％=1吸收率、反射率和透过的大小是和光线与被照面所组成的入射角有关，此入射角除了与透光面的倾角（坡度）有关外，还与太阳位置有关。太阳位置又随着地理纬度、季节和时间而变化，所以想获得最大的透光率，必须要有最佳的入射角，但最佳入射角每时、每分、每地都在变化，也就是温室透光屋面最佳坡度也应是每时、每分、每地都不同。如温室一旦建成，屋面坡度也就固定了，但阳光的入射角在不断地变化，所以，最佳屋面坡度就有一定的局限性了。设计者只有在温室生产的季节中使室内透入的阳光最多为目的，计算出优化屋面坡度。使温室透入阳光最多的屋面坡度称为优化屋面坡度。优化屋面坡度主要取决于太阳位置（包