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张晓蒙初稿
中央广播电视大学开放教育园艺专业本科毕业论文
大棚型日光温室性能的初步研究
学校名称巴彦淖尔市广播电视大学
姓名张晓蒙
学号1215001205884
专业园艺
教育层次本科
入学时间2012年春
指导教师井博义
目录
摘要……………………………………………………………………………………..2
关键词……………………………………………………………………………..……2
1几种常见的温室主要结构类型2
1 .1圆拱型温室2
1.2 尖拱型温室2
1.3 锯齿型温室...........................................................................................................3
1.4 单屋面日光温室...................................................................................................3
1.5文洛型温室…………………………………………………………………3
1.6尖屋顶温室（人字形）……………………………………………………………4
2材料与方法5
2.1 试验材料：
5
2.2试验方法：
5
3结果分析：
6
3.1光照条件6
3.2不同类型温室温度比较6
3.3不同类型温室湿度比较………………………………………………………...6
4讨论：
7
4.1温室性能的几个主要指标7
4.2光照条件与光合作用及作物产量和品质的关系7
4.3温湿度与设施生产的关系……………………………………………………...8
4.4大棚型日光温室冬季进行蔬菜生产的实用性………………………………...8
5.结论：
9
参考文献9
大棚型日光温室性能的初步研究
【摘要】：
目前蔬菜设施主要以带后墙的日光温室、塑料大棚为主，尤其是日光温室由于冬季基本不需加温即能进行蔬菜种植，因而得到了广泛的推广。
【关键词】：
节能光照度保温性能蔬菜生产光照条件相对湿度
几种常见类型温室的结构特点综述
以采光覆盖材料作为全部或部分围护结构材料,可供冬季或其它不适宜露地植物生长的季节栽培植物的建筑统称为温室。
1几种常见的温室主要结构类型
1 .1圆拱型温室
该类型温室一般采用半圆或合理拱轴线屋面形式（如图1所示）,其受力合理,用材少,因而得到普遍应用。
因为屋面坡度较缓,在温室屋面任何地方开窗对温室的通风影响都不太大,而且开窗机构的齿条也不会过长,有利于开窗机构的平稳传动。
此类温室的跨度最大可达12.8m,特别适于柔性塑料薄膜作覆盖材料,同时也适于硬质塑料板。
由于塑料薄膜的保温能力比较差,因此提高薄膜温室保温性能就非常重要。
我国自行设计建造的华北型连栋塑料温室在该方面就做出了改进,即采用双层充气塑料薄膜,通过冲气泵给2层薄膜之间冲入一定量的空气,形成隔热层,从而能有效地防止热量散失和冷空气侵入,冬季运营成本低。
不足的是双层充气膜导致温室透光率下降,在光照弱的地区会影响作物的正常生长,需做人工补光。
该类型温室设有大流量排水槽,满足排水需要;顶部开窗采用齿轮齿条驱动,侧开窗根据围护材料不同可选用齿轮齿条式开窗、卷膜开窗或塑钢推拉窗;该温室成本相对较低,经济性好,保温性强,适于我国大部分地区,主要用于林业、果树、花卉和蔬菜的育苗、生产等领域。
1.2 尖拱型温室
与圆拱屋顶温室一样,尖拱型温室既适用于柔性塑料薄膜,又适用于硬质塑料板作屋面透光材料。
但与圆拱屋顶相比,尖拱型屋顶还有下列两个主要优点:
①在高纬度地区,由于屋脊更高,其透光性能更好;②便于雨水或室内雾滴自然流落到天沟中,不会在薄膜上形成兜水现象。
1.3 锯齿型温室
锯齿型分为半拱锯齿型和全拱锯齿型其由立柱、天沟、主拱架、副拱架、天窗等构成,温室屋面及四周均采用塑料薄膜覆盖。
屋顶曲面由两段圆弧组成,短圆弧在竖直天窗一侧,长圆弧在天沟一侧,短圆弧的长度不超过单个跨度的1/2,从而使温室屋面总体呈锯齿形。
锯齿型温室采用垂直立窗,由于该窗设在天沟处,往往造成通风窗高度达不到屋脊高度,这样温室必须设置两道天沟,在一定程度上减轻了暴雨对温室排水的压力,但屋檐天沟处的防水必须特别注意,要防止天沟溢流将雨水排进温室。
由于通风窗口只能设在温室的一侧屋面,因此在设计上要考虑将窗户的设置位置与当地夏季的主导风向相一致,以使温室通风口处形成强烈负压,加强温室的负压通风;同时也要考虑当地冬季的主导风向,避免冬季冷风直接吹向温室窗口,减少温室的冷风渗透
1.4 单屋面日光温室
该类型温室主要由围护墙体、后屋面和前屋面3部分组成,简称日光温室的“三要素”,根据不同构造情况,可以分成3类。
其中前屋面是温室的全部采光面,可以采用竹片或竹竿作受力骨架,或者用钢筋、钢管焊成桁架结构作为承力骨架,白天采光时段前屋面只覆盖塑料薄膜采光,当室外光照减弱时,及时用活动保温被覆盖塑料薄膜,以加强温室的保温;后屋面起保温隔热作用,平均厚度在50cm以上,为使受力合理,前部可适当薄些,后部可适当厚些;墙体包括后墙和东西山墙,可采用多层异质复合墙体或者红砖、土堆砌筑。
白天墙体吸收热量,温度升高,一部分热量散失了,一部分被储存起来;夜间,墙体温度降低,向温室中放热,减缓温室温度的下降,同时起保温作用,阻止温室热量向外传导。
日光温室的透光率一般在60%～80%以上,室内外气温差可保持在21～25℃。
单屋面日光温室与普通温室相比,突出特点有:
①具有良好的采光屋面,能最大限度地透过阳光;②保温和蓄热能力强,能够在温室密闭的条件下,减少由于室外温度下降而造成的能量损失;③具备易于通风换气、排湿降温等环境调控功能。
而且该类型结构安装简单、方便,造价低廉,属经济型温室,主要用于大田、蔬菜、花卉、果园、苗圃等。
1.5文洛型温室
文洛（Venlo）型温室是一种源于荷兰的小屋面双坡面玻璃温室,其结构特点是构件截面小、安装简单、使用寿命长、便于维护。
每一结构单元可以分为二尖顶、三尖顶、四尖顶,对应跨度分别为6.4、9.6、12.8m。
结构材料、钢柱及侧墙檩条均采用热浸镀锌轻钢结构,屋面托架采用桁架结构,屋面梁采用专用铝合金型材,基础通常采用钢筋混凝土独立基础,四周侧墙用砖墙或钢筋混凝土护板连接。
墙顶部及四周均采用单层浮法玻璃,在寒冷的北方为了解决单层玻璃温室保温性能差的问题,也可采用双层玻璃覆盖。
除此之外,还可以采用PC板（聚碳酸酯中空板或波浪板）,与其它覆盖材料相比,它具有采光好、保温好、轻便、强度高、防结露、阻燃等优点,且其向阳面具有防紫外线涂层,其抗老化性能达10年,使用寿命长。
杨仁全等研制出屋顶全开启型文洛式温室,整个坡屋面绕天沟旋转,实现温室两坡能同时张开或闭合,达到温室顶部全开的目的,大大提高了通风面积,可以快速除去温室内的高温高湿空气,获得快速交换空气的效果,同时给作物生长提供全部的自然光照,满足作物生长所需的多种光谱能量的需求,提高作物品质。
文洛型温室具有透光率高、密封性好、通风面积大、屋面排水效率高、使用灵活性强、构件的通用性强等优点,因此在世界各国得到了广泛的应用,广泛应用于水产养殖和花卉、蔬菜的育苗、生产等领域以及观赏性温室、生态温室餐厅等建筑物,成为世界上应用领域最广、使用数量最多的温室结构形式。
1.6尖屋顶温室（人字形）
尖屋顶温室与文洛型温室的基本结构和覆盖材料相同,区别在于屋顶的结构形式。
文洛型温室一跨有2～3个尖顶,而尖屋顶温室只有1个尖顶,从而增加了温室的净高和自由空间,使温室内部可自由设置隔断,利于分区管理,适合大规模连栋建造。
该类型温室的屋顶面坡度在15°以上,屋面的大部分雪可直接滑落到地面或天沟,而且由于屋面高差大、自由空间大,对温室的夏季通风和室内环境的均布性都比较有利。
但由于温室体形加大,冬季散热量也加大,温室骨架用材也相应增大。
若在室内天沟以下设置水平保温幕,在冬季运行,温室的散热面积将与圆拱屋面温室的基本相当;再通过结构优化,其总体用材量也能够达到其它温室的水平。
这种类型的温室适于花卉种植、花卉市场、生态酒店等。
随着世界温室业的发展,人们更加重视温室产
节能日光温室为改善中国北方冬春季节蔬菜、瓜果的供应做出了重大贡献，具有很好的可持续发展性。
目前蔬菜设施主要以带后墙的日光温室、塑料大棚为主，尤其是日光温室由于冬季基本不需加温即能进行蔬菜种植，因而得到了广泛的推广。
塑料薄膜大棚是用塑料薄膜覆盖的一种大型拱棚，简称塑料大棚。
它和日光温室相比具有结构简单，建造和拆装方便，一次性投资较少等优点;与中、小棚相比，又具有棚体空间大，有利于作物生长及作业，便于环境调控，坚固耐用，使用寿命长等优点。
日光温室虽然冬季保温性能好，但在中国北方高寒地区，冬季只能生产抗旱的叶菜类蔬菜，附加值较高的果类菜却很难达到优质高产的目的：
而在春、夏、秋生产旺季，由于日光温室后墙的遮挡，温室内光照较差，影响作物的产量和质量。
随着设施园艺的发展，日光温室结构优化是进行日光温室蔬菜、花卉等高产、高效、优质、节能栽培的前提。
塑料大棚光照条件好，但冬季保温性能较差，不能进行蔬菜生产，而日光温室与塑料大棚相比，冬季保温效果好。
如在适宜的地区把两者的优点结合起来，不但能提高夏季蔬菜的产量和品质，而且冬季仍可以进行蔬菜生产，从而可以提高菜农的经济效益。
大棚型日光温室即是基于以上目的设计建造的。
本文对大棚型日光温室的光照、温湿度性能进行了比较全面的测定和分析，为今后日光温室的合理设计及科学种植提供参考。
2材料与方法
...............................................................................................................________________2.1 试验材料：
试验用温室为新设计的大棚型日光温室。
其温室拱架按砖墙日光温室角度和建造要求用钢管和圆钢焊接做成，后坡及后墙和东西山墙亦用钢筋材料焊接做成拱圆形。
冬季后坡及后墙和东西山墙用保温棉被覆盖。
对照采用当地砖墙日光温室（以下简称普通日光温室）。
所用覆盖塑料膜均采用北京华盾塑料有限公司生产的0.08 mm厚普通塑料膜。
大棚型日光温室主要技术参数：
温室跨度9 m，脊高3.9 m，长80 m，主要采光面角度为26.5°，方位为偏西5°。
冬季保温棉被覆盖，电动卷帘机起放棉被;普通日光温室主要技术参数：
温室跨度6.5 m，脊高3.1 m，长50 m，主要采光面角度为25.5°，方位为偏西5°。
冬季草帘覆盖，人工起放草帘; 普通塑料大棚的主要技术参数：
大棚跨度10 m，高度2.5 m，长度70 m，南北走向。
冬季不使用。
2.2试验方法：
光照度的测定，测定仪器采用自动换档数字式照度计。
分别在试验设施内中央南北方向距地面1m处设3个观测点。
每月上、中、下旬的晴天测定3次，每次测定时间为8:
00~18:
00，每隔1h记录一次光照度数据;温、湿度的测定：
采用自动记录仪，分别在试验用设施内中央距地面1m高处设置一个观测点进行温湿度观测。
每月上、中、下旬进行测定，每次测定时间为8:
00~18:
00，每隔1h记录一次温、湿度数据。
3结果分析：
3.1光照条件
不同月份大棚型日光温室和普通日光温室不同部位平均光照度的差异。
大棚型日光温室在各个观测点的光照度均高于普通日光温室，尤其是后部的光照度更为突出。
大棚型日光温室在冬季后部观测点光照度明显比前、中观测点偏低，而在夏季，温室内3个观测点的光照度则无显著的差异，这是因为大棚型日光温室冬季覆盖保温棉被，影响了后部的光照。
而普通型日光温室3个观测点光照差异较大，中部光照度最高，后部光照度明显偏低，说明后墙对温室后部光照的影响很大。
。
由此可以看出，大棚型日光温室在温室前部、中部、及后部的光照度均优于普通日光温室，在春夏秋主要生产季节尤为突出。
3.2不同类型温室温度比较
通过观测大棚型日光温室在午间温度均比普通日光温室高，这与其采光条件好有很大关系。
在冬季12、1、2三个月份中，大棚型日光温室与普通日光温室温度变化基本一致，即早晚温度较低，午间温度偏高，偏高幅度2~10℃。
在外界气温最低的1 月份，外界气温最低达-17.6 ℃时，大棚型日光温室内温度为-1.2 ℃，较普通日光温室低2.5 ℃，而午间温度却比普通日光温室高2.1 ℃。
这与大棚型日光温室内光照度较高有关，白天升温较快，但由于后部的棉被保温性能不如砖墙，夜间温度较普通日光温室略有降低。
夏季设施内温度较为接近，这与该阶段外界温度较高，设施放风管理有关。
春季和秋季趋势一致。
3.3不同类型温室湿度比较
根据观测，在低温时期，各设施内的相对湿度较大，而在夏秋季各设施内湿度较低，这与一般设施生产中湿度变化规律一致。
大棚型日光温室在一年中大部分时期湿度较高。
未放风的情况下，温室内的湿度与其光照条件及温度密切相关，而放风后此二种因素的影响就很微弱了，因为各温室内部浇水、放风管理一致，所以湿度与温度的密封性及光照呈正相关。
湿度的数据由于放风而显得有些不规则，但整体来说是随着温度升高而降低，所以早晚较高，午间较低，夏季各设施内的湿度相差不明显，这与此期间放风时间较长、次数较多有关。
4讨论：
4.1温室性能的几个主要指标
温室的性能指标主要指温湿度透光性能和温室的保温性能。
温室是采光建筑，因而透光率是评价温室透光性能的一项最基本指标。
透光率是指透进温室内的光照量与室外光照量的百分比。
温室透光率受温室透光覆盖材料透光性能和温室骨架阴影率的影响，而且随着不同季节太阳光照角度的不同，温室透光率也在随时变化，与普通日光温室比较，温室透光率的高低就成为作物生长和选择种植作物品种的直接影响因素。
大棚型日光温室由于无后墙的遮挡，加之比普通日光温室采光角度大，因而进入设施的光照量与室外光照量的百分比大。
所以大棚型日光温室的透光率比较好。
加温耗能是温室冬季运行的主要障碍。
提高温室的保温性能，降低能耗，是提高温室生产效益的最直接手段。
温室的保温比是衡量温室保温性能的一项基本指标，温室保温比指热阻较小的温室透光材料覆盖面积与热阻较大的温室维护结构覆盖面积和地面积之和的比。
保温比越大，说明温室的保温性能越好。
大棚型日光温室的设计弧度与普通日光温室相当，冬季加装保温棉被，因而大棚型日光温室的保温性能要略弱于普通日光温室。
从实际测量数据看，大棚型日光温室在冬季的最低温度较普通日光温室低2.5℃。
4.2光照条件与光合作用及作物产量和品质的关系
光照是植物光合作用不可缺少的条件之一。
设施内的光照分为直射光和散射光，散射光照度虽小，但所含成分主要是植物和叶绿素吸收利用较多的红、橙、蓝、紫光。
普通日光温室虽然比大棚型日光温室冬季保温性能好，但到春、夏、秋季却因后墙和后坡遮挡散射光和部分直射光，严重地影响了作物的光合作用，这也是我国普通日光温室周年黄瓜产量只有15~25kg/㎡，远远不及国外大型连栋温室15~75kg/㎡的主要原因之一。
目前设施栽培的作物对光能的利用率只有6%~8%，中国人均耕地少，今后农业生产的根本出路就在于提高单位面积产量，而提高产量就必须提高作物对光能的利用率。
大棚型日光温室由于无后墙的遮挡、采光角度大的优势，在春夏秋季可以有效地客服普通日光温室光能利用率低下的不足，从而提高设施作物的产量和品质。
4.3温湿度与设施生产的关系
温湿度是影响作物生长的主要因子，也是设施栽培力图控制的主要因子。
一般来讲，对设施内的温湿度管理，必须结合作物种类、生长时期等不同而有所改变。
各类蔬菜对于温度的要求都有一定的范围，即最高温、最低温和最适温。
如果某种蔬菜超过了它可以忍耐的最高温或最低温的界限，其生理活动就会受到阻碍，甚至导致蜘蛛的死亡。
各类蔬菜按其对温度的要求范围可以分为以下五类：
耐寒性蔬菜、半耐寒性蔬菜、耐寒适应性比较广的蔬菜、喜温性蔬菜及耐热性蔬菜。
其中耐寒性蔬菜地上部分可长期忍耐-1~-2℃低温，短期可忍耐-3~-5℃，生长发育最适宜的温度为18℃左右，例如甘蓝、菠菜、大葱和油菜均属于这类蔬菜。
喜温性蔬菜生长发育阶段低于10~15℃则影响作物花芽分化和开花结果，生长最适宜的温度为18~35℃。
例如菜豆、生姜、黄瓜及茄果类等均属于这类蔬菜。
大棚型日光温室在春夏秋季最低温在10℃以上，最高温在35℃左右，可以满足喜温性蔬菜对温度的要求。
设施内的空气湿度是由土壤水分的蒸发和植物体内水分的蒸腾形成的。
设施内作物由于生长势强，代谢旺盛，作物叶面积指数高，通过蒸腾释放出大量水蒸汽，在密闭情况下水蒸气很快达到饱和，空气相对湿度比露地栽培要高的多。
高湿，是农业设施湿度环境的突出特点。
特别是设施内夜间随着气温下降相对湿度逐渐增大，往往能达到饱和状态。
蔬菜是我国设施栽培面积最大的作物，不同蔬菜种类和品种以及不同生育时期对湿度要求不尽相同，多数蔬菜光合作用适宜的空气相对湿度为60%~85%，低于40%或高于90%时，光合作用会受到阻碍，从而使生长发育受到不良影响。
大棚型日光温室的湿度除全年均较高，通过合理管理可以满足大部分蔬菜生产对湿度的要求。
4.4大棚型日光温室冬季进行蔬菜生产的实用性
目前，我国北方地区的普通日光温室冬季在不加温的条件下，可以进行蔬菜生产，但主要只能进行耐低温的菜叶类和个别喜温作物如黄瓜的生产。
本项研究中大棚型日光温室，其角度与普通日光温室接近，外部覆盖保温材料，在本地区冬季不加温，仅比普通日光温室低2.5℃，在这样的温度环境下，耐寒性叶菜类完全可以安全生长，而实际生产情况也是如此。
大棚型日光温室的设计初衷是为北方地区蔬菜春夏秋季主要生产季节改善光照条件，增加产量，提高品质，而冬季又不闲置。
所以，大棚型日光温室除了进行蔬菜作物春夏秋季主要生产季节的生产外，同时还具有冬季进行耐寒类蔬菜生产的实用性。
5、结论：
通过对大棚型日光温室、普通日光温室以及普通塑料大棚的光照、温度、湿度等性能指标的观测，得出如下结论：
①大棚型日光温室的光照条件，特别是温室后部的光照度，在全年均高于普通日光温室，主要生产季节略高于普通塑料大棚。
在春夏秋季主要生产季节光照条件较普通日光温室有较大提高。
②在本地区大棚型日光温室冬季最低温度低于普通日光温室2.5℃左右，午间温度高于普通日光温室，高出2~10℃。
③综上所述，大棚型日光温室在春夏秋季主要生产季节中，光照、温度、湿度条件适合于喜温类蔬菜的生长，良好的光照条件，为设施蔬菜获得优质高产提供了保证。
而在冬季，可以进行耐寒性叶菜类蔬菜的生产。
【参考文献】
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