论文部分内容阅读
2015年3月21日，笔者在调研吉林省吉林市昌邑区设施农业时，发现了一种将后屋面用塑料薄膜覆盖、用活动保温被保温的日光温室（如图1），引起了笔者很大的好奇。
从外观上看，这一改变仅局部改变了日光温室后屋面的做法，日光温室的整体体型和布局方式并没有发生质的变化，但这一改变却带来了日光温室在结构、保温、通风以及储放热等多方面的改变。且听笔者一一道来。
温室保温系统的改变
这种温室摒弃了传统日光温室采用永久固定式保温后屋面的做法，取而代之的是用与温室前屋面相同材料和厚度的活动保温被（这里称为后屋面保温被）。事实上，温室前屋面保温被和后屋面保温被是一张整体保温被，整体展开时可将温室前屋面和后屋面全部覆盖，从而实现对温室全部透光屋面（在保温被卷起时后屋面也是透光屋面）的整体保温，只是由于在保温被的两端各安装了一台卷帘机（图2），分别控制保温被在前、后屋面的独立卷放，才从形式和功能上区分出了前屋面保温被和后屋面保温被。
温室前屋面保温被的运行和控制与传统日光温室相同，上午室外光照达到一定强度时卷起，温室采光；下午室外光照强度或温度下降到设定条件时展开，温室保温。但后屋面保温被的运行和控制与前屋面保温被却有很大的区别。冬季寒冷季节，后屋面保温被基本昼夜不卷起，相当于传统日光温室固定式保温后屋面。而到春秋季节，当室外温度适宜时，可在白天部分或全部卷起后屋面保温被，一则打开后屋面可完全消除传统后屋面当太阳高度角升高时在温室后墙和室内地面，甚至温室后屋面自身造成的阴影；二则打开后屋面可使温室进行后屋面采光，可科学有效改善传统日光温室靠后墙侧光照不足的问题，提高温室内光照的均匀性，从而为提高温室产品的产量和质量创造条件；第三，则是打开后屋面可进行温室后屋面通风，降低温室高温、消除室内高湿、补充室外新鲜空气。到了夜晚，后屋面保温被和前屋面保温被一样展开覆盖，起到夜间保温的作用。
温室通风系统的改变
由于温室前屋面和后屋面使用了一张整体式保温被，前、后屋面保温被卷起时又同时卷放在温室屋脊位置，所以传统日光温室屋脊位置开窗的做法将难以实现。为此，该温室在保留传统前屋面通风口的基础上，增加了后屋面通风口，即在后屋面与温室后墙相接的位置设置后屋面通风口，采用与前屋面卷膜通风相同的方法，在后屋面塑料薄膜的端部安装手动或电动卷膜器（如图3）。
从通风效率的角度看，由于后屋面通风口的高度不及屋脊高度，热压通风的效率肯定不如屋脊口通风，但由于后屋面通风口和前屋面通风口处于相对的位置，所以风压通风的效果要远远优于屋脊通风口，在北风或南风作用下温室内很容易形成“穿堂风”，使温室的通风效率大大提高，同时由于前屋面通风口和后屋面通风口不在一个温室高度，在静风状态下，也有一定的热压通风效果，一般也能够满足日光温室的通风降温要求。当然，为进一步提高温室的通风降温性能，也可以在温室前屋面保温被卷起的屋脊位置和传统的日光温室一样设置屋脊通风口，这样，可使温室通风控制的手段更丰富，通风控制的管理更精细。
温室储放热系统的改变
传统日光温室后屋面对温室储放热的作用在学术上一直有争论，将温室后屋面改变为活动保温被覆盖后将彻底打消了后屋面对温室储放热功能的争论。这样，温室的储放热功能将完全转移到后墙和地面。
为了增强温室的保温蓄热功能，该温室后墙采用了松散土墙的做法，即将松散的自然土填充在两侧用格网和塑料布包裹的填充袋中，填充袋的两侧通过温室骨架限位，并保证其形状和位置，如图4。这种做法避免了机打土墙由于施工要求使土墙厚重的问题，有效地节约了建设用地，此外，对土壤性质也没有了特别要求，因此，更便于就地取材和推广应用。
除了墙体储热之外，该温室还增加了一套地面土壤储放热系统，即将白天室内的高温空气通过管路送到地面土壤中，提高地面土壤的温度，待夜间温室室内温度下降到一定程度后，再将储存在温室地面土壤中热量提取出来，补充温室热量的损失。这种做法早年曾在塑料大棚中进行过很多研究，在日光温室中使用还很少见。该地面土壤储放热系统沿温室屋脊位置布置进风管（白天这里温度最高），并在进风管上开设均匀进风孔，在进风管的中部安装立管和风机，将进风管的来风通过立管输送到沿温室后墙通长布置的配风管，在配风管上均匀安装热交换管，热交换管沿温室跨度方向布置，与配风管垂直。配风管和热交换管均埋设在温室地面土壤中，设置深度在地面以下50cm处，热交换管的出流端从地面土壤中伸出，安装在日光温室前屋面基部，如图5，从而组成气流循环的管路系统。该系统由于风机是单向送风，所以白天储热和夜间散热，管路中气流都是同一个方向运动。
为了增强温室的夜间保温能力，该温室还增设了室内二道保温幕，采用两折式结构手动拉放塑料薄膜，如图6。这种保温技术科有效降低温室夜间散热温室空间，二道保温幕与温室透光覆盖材料之间形成一层空气隔热层，可有效降低温室向外的散热。从室内种植情况看，该温室能够在吉林地区越冬生产草莓，足见其保温性能已经达到了非常良好的性能。
温室结构的改变
后屋面采用活动保温被替代传统固定式保温屋面后，对温室结构而言，可大大减轻温室后屋面的荷载，从而为温室结构的轻型化创造条件。
该温室在结构受力构件的设计中，选取了矩形方管，而且从前屋面到后屋面均采用了单一根构件，只在温室后墙的位置采用了双排立柱的支撑模式（主要是为了给温室后墙提供支撑），虽然温室在后屋面和前屋面各增设了一排立柱，但从整体来讲，室内空间并没有受到多少限制，如图6，温室结构仍然是一种轻型结构。
从外观上看，这一改变仅局部改变了日光温室后屋面的做法，日光温室的整体体型和布局方式并没有发生质的变化，但这一改变却带来了日光温室在结构、保温、通风以及储放热等多方面的改变。且听笔者一一道来。
温室保温系统的改变
这种温室摒弃了传统日光温室采用永久固定式保温后屋面的做法，取而代之的是用与温室前屋面相同材料和厚度的活动保温被（这里称为后屋面保温被）。事实上，温室前屋面保温被和后屋面保温被是一张整体保温被，整体展开时可将温室前屋面和后屋面全部覆盖，从而实现对温室全部透光屋面（在保温被卷起时后屋面也是透光屋面）的整体保温，只是由于在保温被的两端各安装了一台卷帘机（图2），分别控制保温被在前、后屋面的独立卷放，才从形式和功能上区分出了前屋面保温被和后屋面保温被。
温室前屋面保温被的运行和控制与传统日光温室相同，上午室外光照达到一定强度时卷起，温室采光；下午室外光照强度或温度下降到设定条件时展开，温室保温。但后屋面保温被的运行和控制与前屋面保温被却有很大的区别。冬季寒冷季节，后屋面保温被基本昼夜不卷起，相当于传统日光温室固定式保温后屋面。而到春秋季节，当室外温度适宜时，可在白天部分或全部卷起后屋面保温被，一则打开后屋面可完全消除传统后屋面当太阳高度角升高时在温室后墙和室内地面，甚至温室后屋面自身造成的阴影；二则打开后屋面可使温室进行后屋面采光，可科学有效改善传统日光温室靠后墙侧光照不足的问题，提高温室内光照的均匀性，从而为提高温室产品的产量和质量创造条件；第三，则是打开后屋面可进行温室后屋面通风，降低温室高温、消除室内高湿、补充室外新鲜空气。到了夜晚，后屋面保温被和前屋面保温被一样展开覆盖，起到夜间保温的作用。
温室通风系统的改变
由于温室前屋面和后屋面使用了一张整体式保温被，前、后屋面保温被卷起时又同时卷放在温室屋脊位置，所以传统日光温室屋脊位置开窗的做法将难以实现。为此，该温室在保留传统前屋面通风口的基础上，增加了后屋面通风口，即在后屋面与温室后墙相接的位置设置后屋面通风口，采用与前屋面卷膜通风相同的方法，在后屋面塑料薄膜的端部安装手动或电动卷膜器（如图3）。
从通风效率的角度看，由于后屋面通风口的高度不及屋脊高度，热压通风的效率肯定不如屋脊口通风，但由于后屋面通风口和前屋面通风口处于相对的位置，所以风压通风的效果要远远优于屋脊通风口，在北风或南风作用下温室内很容易形成“穿堂风”，使温室的通风效率大大提高，同时由于前屋面通风口和后屋面通风口不在一个温室高度，在静风状态下，也有一定的热压通风效果，一般也能够满足日光温室的通风降温要求。当然，为进一步提高温室的通风降温性能，也可以在温室前屋面保温被卷起的屋脊位置和传统的日光温室一样设置屋脊通风口，这样，可使温室通风控制的手段更丰富，通风控制的管理更精细。
温室储放热系统的改变
传统日光温室后屋面对温室储放热的作用在学术上一直有争论，将温室后屋面改变为活动保温被覆盖后将彻底打消了后屋面对温室储放热功能的争论。这样，温室的储放热功能将完全转移到后墙和地面。
为了增强温室的保温蓄热功能，该温室后墙采用了松散土墙的做法，即将松散的自然土填充在两侧用格网和塑料布包裹的填充袋中，填充袋的两侧通过温室骨架限位，并保证其形状和位置，如图4。这种做法避免了机打土墙由于施工要求使土墙厚重的问题，有效地节约了建设用地，此外，对土壤性质也没有了特别要求，因此，更便于就地取材和推广应用。
除了墙体储热之外，该温室还增加了一套地面土壤储放热系统，即将白天室内的高温空气通过管路送到地面土壤中，提高地面土壤的温度，待夜间温室室内温度下降到一定程度后，再将储存在温室地面土壤中热量提取出来，补充温室热量的损失。这种做法早年曾在塑料大棚中进行过很多研究，在日光温室中使用还很少见。该地面土壤储放热系统沿温室屋脊位置布置进风管（白天这里温度最高），并在进风管上开设均匀进风孔，在进风管的中部安装立管和风机，将进风管的来风通过立管输送到沿温室后墙通长布置的配风管，在配风管上均匀安装热交换管，热交换管沿温室跨度方向布置，与配风管垂直。配风管和热交换管均埋设在温室地面土壤中，设置深度在地面以下50cm处，热交换管的出流端从地面土壤中伸出，安装在日光温室前屋面基部，如图5，从而组成气流循环的管路系统。该系统由于风机是单向送风，所以白天储热和夜间散热，管路中气流都是同一个方向运动。
为了增强温室的夜间保温能力，该温室还增设了室内二道保温幕，采用两折式结构手动拉放塑料薄膜，如图6。这种保温技术科有效降低温室夜间散热温室空间，二道保温幕与温室透光覆盖材料之间形成一层空气隔热层，可有效降低温室向外的散热。从室内种植情况看，该温室能够在吉林地区越冬生产草莓，足见其保温性能已经达到了非常良好的性能。
温室结构的改变
后屋面采用活动保温被替代传统固定式保温屋面后，对温室结构而言，可大大减轻温室后屋面的荷载，从而为温室结构的轻型化创造条件。
该温室在结构受力构件的设计中，选取了矩形方管，而且从前屋面到后屋面均采用了单一根构件，只在温室后墙的位置采用了双排立柱的支撑模式（主要是为了给温室后墙提供支撑），虽然温室在后屋面和前屋面各增设了一排立柱，但从整体来讲，室内空间并没有受到多少限制，如图6，温室结构仍然是一种轻型结构。