一种适合于高寒多雪气候的双膜单被内保温装配结构日光温室——记哈尔滨鸿盛集团在日光温室上的创新
事实上，卷被轴任何部位的弯曲或变形，都将直接影响保温被展开后卷帘机卷被轴与温室前沿基础表面垫毯之间的密封性。单侧摆臂式卷帘机，由于卷轴刚度不足，不仅不能使用在长度较长的温室上（一般不超过 60 m），而且经常发生卷轴弯曲变形的问题，难以保证卷轴与垫毯的密封性，传统的中卷式二连杆卷帘机在内保温温室中又没有安装和运行的空间。鸿盛集团创新开发的双侧同步摆臂卷帘机，能够从保温被的两端同步带动保温被平稳卷放，从而满足了保温被展开后四周严密密封的要求。当然，这一创新技术在建设成本允许的条件下也同样适用于保温被外置日光温室中保温被的卷放。减少温室屋面积雪的第三项措施是在温室骨架上安装振动器（图 8）。在温室前屋面骨架的上部纵向系杆旁间距 20~30 cm 并行布置 1道纵向系杆（为节约成本，附加系杆不一定要求与骨架纵向系杆同长，只在安装振动器的相邻两榀骨架之间安装即可，但这样可能会影响整个棚面的振动效果），沿温室长度方向间隔20~30 m 以两个系杆为依托安装一台电动振动器。下雪期间开启振动器，残存在温室屋面的积雪通过振动器的振动，使积雪脱离屋面塑料薄膜，在上部积雪的推压和积雪自身的重力作用下，在具有一定坡度的屋面上积雪将会自动滑落。采用这种方法，设备简单、运行能耗小，除雪效果好，可大大减少除雪的劳动强度，增加温室作物的采光时间，不仅可以应用在该类双膜单被或单膜单被内保温温室上，也可使用在塑料大棚和连栋塑料薄膜温室上，对前屋面坡度较大的日光温室上覆盖表面比较光滑的保温被时也将具有同样的除雪效果（扫二维码 5 看振动器视频）。
该温室由于前屋面和后屋面均采用透光塑料薄膜外覆盖，室内采用保温被保温，温室的整个屋面系统是一套统一的双膜单被保温结构，提高其保温性能主要通过增加保温被的热阻和增强保温被的密封性来实现（前已叙及），由此，温室围护结构的保温将重点聚焦在温室墙体的保温上。传统的土墙结构日光温室，墙体占地面积大，温室建设对土地的破坏严重，未来土地恢复的成本高、周期长，虽然其保温蓄热性能好、建筑材料来源丰富、温室建设投资低，非常适合投资能力较低的广大农户建设生产，但随着人们对保护生态环境意识的不断提高以及国家和地方政府部门对保护耕地政策的不断强化，淘汰和替代传统土墙结构（尤其是机打土墙结构）温室的呼声在行业内越来越高，墙体轻型化已经成为了当前和未来日光温室技术发展的潮流和方向。目前日光温室墙体轻型化材料的选择主要从两个方向入手：一是用高保温性能的柔性材料，包括草苫、各类保温被等；二是用高保温性能的刚性材料，如彩钢板、发泡水泥、空心砖、聚苯板（EPS）等。其中以聚苯板为墙体保温材料的做法有两种：一种是实心聚苯板（包括彩钢板或挤塑板），另一种是空心的模块砖（图 9），前者一般外贴在承重墙面（立柱）上，而后者则可以通过在内部空腔中设置钢管或钢筋混凝土立柱后形成独立的保温墙体，不仅占地面积小，而且完全消除了承重结构的“冷桥”，使温室的整体保温性能大大提高，由此，EPS模块砖似乎也成为了当前日光温室墙体轻型化中的新宠儿。
鸿盛集团下属的鸿盛建材公司就是一家专门生产空腔聚苯模块的企业，进入温室领域后，针对温室特点，专门开发设计了一套适用于温室墙体的聚苯模块，包括通用平面模块砖和转角模块砖等（图 9），每个模块四面端口都设计有对接阴阳契口。温室墙体施工时，各模块通过阴阳契口组装连接，不需要任何胶黏剂即可形成牢固、密封的墙体平面。在墙体平面组装完成后，向模块空心中安插钢筋，最后再向模块空心中浇灌水泥砂浆（图 10），即可构成钢筋混凝土承重立柱和墙体，而且由于空腔模块的保护，钢筋混凝土浇筑还省去了施工模板，不仅施工速度快，而且节约成本，也不需要拆卸模板。此外，由于聚苯模块的保温性能好，施工中又没有任何的冷桥，因此温室的整体保温性能良好，尤其适合于高寒地区使用。通过加厚墙体或调整模块砖材料的密度还可为不同气候区建设的温室提供不同保温要求的设计和材料供应方案。采用轻型化墙体后，传统日光温室被动储放热的功能也将随之消失。没有夜间的补充热源，仅靠严密的保温在高寒地区实现喜温果菜的越冬生产似乎是难以实现的目标。为此，鸿盛集团相应配套了墙面储热和地面储热两套主被动储放热系统。后墙是日光温室被动和主动储放热的主要部位，也是各类储放热技术研究的聚焦位置。围绕后墙的被动储热包括采用土墙、石墙、水墙等厚重墙体；围绕后墙的主动储热包括表面水循环、墙内空气循环等。为了节约用地、减小运行成本、提高经济效益，鸿盛集团采用了紧贴后墙内表面安装立体种植槽的被动储放热方法（图 11a）。该方法是将单体的种植槽沿温室后墙长度方向通长布置、沿温室后墙高度方向设置 6 层，槽内填装栽培基质并种植叶菜，利用栽培基质的热惰性（基质浇水湿润后的热惰性更大）白天储热夜间放热，在完成储放热功能的同时还扩大了温室种植面积，可谓是一种一举多能、高效开发利用温室后墙的综合技术措施。到了夏天，当温室不需要储放热量时，可拆除栽培槽消除墙体储热体（图 11b），也减轻了温室的降温负荷。除了温室后墙外，温室地面实际上更是一个大的储热体。开发利用地面土壤储热不仅不占用温室种植面积，而且还能提高温室地温，对改善作物根区生长环境起到非常积极的作用。地面土壤空气循环储热的方法已经在生产中得到广泛应用，但不同的企业也有不同的做法。鸿盛集团的做法是在温室后墙的上部进风（图 12a，按照热空气上升的原理这里的气温应该最高），通过附着在后墙的主风道将热风导流到沿温室长度方向均匀布置、沿温室跨度方向通长布置的传热导管中，经过与地面土壤热量交换后的空气从温室前端的出风口排出再重新进入温室并与温室热空气混合，一方面将室内热量交换储存在地面土壤中，另一方面降温后的冷空气重新返回温室可起到温室空气降温的作用，此外，在热空气与地面土壤进行热交换的过程中，由于空气温度的降低将伴随空气中水分的析出，同时也起到了降低温室中空气湿度的作用（扫二维码 6 看地道风视频）。传热导管的直径、埋深以及埋设间距目前还没有规范的设计方法。一般而言，传热导管的直径多在 100 mm 以内，埋深应在作物耕作层以下（多为 300~500 mm，最深不应超过 1 m），布置间距与作物的种植垄距相对应最好（图 12b）。但由于埋设传热导管需要土建开沟和回填，管材用量也较大，为了节约成本，有的设计者经常采用宽间距布置（2~3 m），有的甚至采用东西向布置，沿跨度方向布置 2~3根，显然导热管的多少将直接影响温室地面土壤的储热量和风机配套动力大小及其运行成本的高低。为了能够调节传热导管内空气的流量，鸿盛集团还在导管的出口安装了调节阀（图 12c），可根据室内空气温度的高低人工控制调节通风量的大小。但由于调节通风的工作量较大，而且人工调节也不精准、不及时，给实际生产管理带来一定困难。如果能够开发出一套自动控制系统，以室内空气温度和土壤温度为输入参数，以储放热量为控制目标进行自动精准调控将是这一技术未来推广一种更现实的需要。对储热系统进风口位置的设置，一般要求设置在温室内最高处，这里白天温度最高，进行储热交换的效率也最高。基于这样的设计原理，有些设计者将系统的进风口伸出内层骨架，设置在了临近外层骨架屋脊的部位（图 13）。这种设计对白天地面土壤的储热应该是合理和高效的，但到了夜间系统运行土壤放热时，由于进风口处于内保温被的外部，虽然外层塑料薄膜也具有一定的保温性能，但与位于内层保温被下的室内空气温度相比有很大的温差。这种冷凉的空气进入地面土壤，将很快把地面土壤中的热量置换出来，使地面土壤温度快速下降，直接影响温室地温的稳定性。另外，从节能的角度讲，尽量采用在保温被下室内的高温空气与地面土壤进行热量交换，整个系统损失的热量将最小，为此，在系统进风口设置时将其设置在内保温被之下（图 12a）应该是比较合理的，或者在内保温空间进风主管上设置阀门，切断与外保温空间的气流交换，形成内保温空间内的气流循环。
在经过 2018~2019 年度整个冬季运行后，这种温室在黑龙江省哈尔滨市和山东省寿光市均取得了良好的效果，种植喜温果菜成功越冬，应该说初战告捷。出师成功的战果也鼓舞着鸿盛集团研究团队继续进行技术改进和性能提升的信心。在分析温室性能的基础上，鸿盛集团在提升温室保温性能方面又进一步提出了新的措施：一是加强温室后屋面的保温；二是加强温室前沿基础表面的密封和保温。针对温室后屋面只有单层塑料薄膜保温性能不足的问题，鸿盛集团又回归到传统日光温室固定保温后屋面的做法，并设计建造了第三代试验样棚（图 14），期望在 2019~2020 年的试验中取得更好的结果。
从改进的温室结构看，温室屋脊前移并使后屋面的坡度适当减小，这主要是考虑：①原设计的温室后屋面坡度达到 80°，远远超过屋面积雪分布系数为 0 的 60° 屋面坡度要求，适当减小后屋面坡度实际上也不会出现屋面积雪的问题，但减小后屋面坡度可在保持屋脊高度不变的条件下增大前屋面的整体坡度，或者在保持前屋面坡度不变的条件下降低温室屋脊高度，从增强前屋面除雪能力和降低温室建设成本两方面都有收益；②安装屋面振动器后可以通过主动振动强制清除较缓坡度屋面上的积雪，而且减缓屋面坡度也能进一步降低温室高度，节约温室建造成本，此外，降低了温室脊高，相应还可缩短前后两栋温室之间的间距，起到了节约土地资源的作用。温室前沿基础表面是保温被展开后放置的地方。前已叙及，保温被密封的严密程度将直接影响温室整体保温性能的好坏。鸿盛集团专门开发的双侧同步摆臂卷帘机能够保证保温被卷轴平直，但如果放置保温被卷轴的温室前沿基础表面不平整，温室的整体密封性将仍然存在缺陷。为此，鸿盛集团在技术改进中将表面平整的高密度聚苯模块通过插接组装水平铺设在基础表面（图 15），既保证了温室前沿基础表面的平整度，又增强了前沿基础的保温性，同时由于外层骨架架空前探，事实上也减小了温室前沿基础的宽度，节约了基础建设的投资，也避免了温室屋面水流对基础表面的破坏（在寒冷地区基础表面沾水可能会引起基础面层冻裂），实际上还增加了温室地面的种植面积。鸿盛集团创新团队的技术创新还在继续，让我们共同期待他们更多、更具推广价值的实用创新技术展现到我们面前、应用在生产实践，为我国设施农业的大花园增添更多、更艳丽的色泽（扫二维码 7 看装配式低能耗非补温日光温室建造技术视频）。本公众号欢迎分享，凡转载文章，除了为作者署名外，还请在文章最前或者最后注明：本文转载自：温室园艺农业工程技术公众号。
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