北方用温室大棚骨架（北方温室大棚构造）

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|摘要|

温室是北方高寒地区主要的园艺生产设施，越冬生产中用于加温的能耗是生产成本增高的原因之一。本文以内保温水蓄热日光温室研发和推广过程中遇到的问题为出发点，结合已推广的解决方案，从采光、保温和蓄热方面对温室生产中节能途径进行探讨，期盼为北方高寒地区温室产业发展提供参考。

采光节能

温室结构

针对普遍存在的遮光问题，笔者团队设计了冬（温）室夏（大）棚的结构。春夏秋季后面保温被可以卷起，实现透光和通风的目的，特别寒冷地区可再加一层内保温被进行保温防寒。内架后部水箱改为软塑料水管横置，冬季注水，春夏秋排出水，保证透光和通风，或者下层水箱，上部横置4~5层软塑料蓄水管。东西两侧山墙采用“三膜两被”覆盖，春夏秋保温被可落下透光。智能连栋温室建造时，屋脊东西走向适合北方高寒地区的冬季采光，保证在10:00~16:00进光量最大且光照均匀。

北方用温室大棚骨架（北方温室大棚构造）

冬（温）室夏（大）棚结构剖面图 /mm

透光覆盖材料选用与清洁

选用透光好的PO膜，必要时每年更换。风沙大尘土多的地区要及时清理膜面的尘土。

北方用温室大棚骨架（北方温室大棚构造）

应用不同透光覆盖材料效果图

北方用温室大棚骨架（北方温室大棚构造）

透光覆盖材料利用漂浮带除尘

保温被起放时间

白天保温被要起到最高点，尽可能不遮光，多进一份光就多一份热。保温被的起放时间要根据作物需求，保证作物不受影响的前提下，早揭晚落。

合理密植

采用大行距小株距的单行种植模式，保证后墙或立面蓄热体和地面尽可能多接受光照，多蓄热。

保温节能

日光温室保温

日光温室外保温改为内保温，这在风大的寒冷地区尤为重要，风速大带走的热量更多更快，特别是瞬时负压引起的保温被上下运动，使得膜与被之间形成气流，加速了热量的散失。而内保温的设计隔绝了风直接吹到保温被上，在膜与被之间形成了静止空气层，可有效地提高保温效果。

北方用温室大棚骨架（北方温室大棚构造）

双膜单被日光温室 /mm

北方用温室大棚骨架（北方温室大棚构造）

双膜单被日光温室骨架外包覆彩钢板

北方用温室大棚骨架（北方温室大棚构造）

双膜单被日光温室

特别寒冷地区可采用内外双层保温被设计，下雪时拉起外保温被，夜间雪停后再放下外保温被，也可以在外架下吊挂1~6层的多层保温幕布，白天拉开，夜间关闭。温室四周地下埋设80~180 cm深、10 cm厚的聚苯板隔热，防止地下热量向外传导。

北方用温室大棚骨架（北方温室大棚构造）

双膜双被日光温室 /mm

北方用温室大棚骨架（北方温室大棚构造）

双膜双被日光温室外观

北方用温室大棚骨架（北方温室大棚构造）

双膜双被日光温室内部

北方用温室大棚骨架（北方温室大棚构造）

外架下挂多层保温幕

连栋温室保温

将连栋温室内顶部的内保温幕布和遮阳网改为两层内保温，上层为太空棉内保温被，下层采用1~6层连体膜，四个立面为太空棉内保温被和一层塑料膜。保温被白天拉开，夜间闭合，可以单独控制。2015~2017年内蒙古乌海3000 m2塑料连栋温室内，在外界为-22~-20℃的条件下，接入城市集中供热管道，室内气温维持在15℃以上，比以往保温幕布和遮阳网的配置提高了12~13℃，2018年在内蒙古包头农科院10000 m2连栋玻璃温室、2019年在包头土默特右旗30000 m2连栋玻璃温室中，冬季按热量收费，费用为50元/m2，保温节能效果较好。

北方用温室大棚骨架（北方温室大棚构造）

智能连栋温室横拉内保温被

北方用温室大棚骨架（北方温室大棚构造）

智能连栋温室立面内保温被

蓄热节能

后墙蓄热

传统后墙的蓄热材料主要是土、砖和石头，其热容量较小，笔者团队的设计是采用热容量较大的水来进行蓄热，目前国内有水箱、水袋以及水幕+蓄水池的方式进行蓄放热，都取得了较好效果。根据2018~2019年冬季内蒙古包头固阳的水蓄热日光温室测试，水箱蓄放热量是厚墙体的2倍，当外界气温-30℃时，几种内保温水蓄热和厚墙体日光温室最低温度均达到了8℃；2020~2021年冬季外界-35℃时，温室内最低温度为5℃。2020~2021年冬季在内蒙古鄂尔多斯市准格尔召满世集团基地的测试结果显示双膜单被水蓄热日光温室的气温与双膜单被暖气加温的日光温室相同。外界-24℃的气温下，日光温室内最低温度7.7℃，双膜单被暖气加温的日光温室最低温度为6.8℃，高出0.9℃。

北方用温室大棚骨架（北方温室大棚构造）

不同装置的日光温室水蓄热图

北方用温室大棚骨架（北方温室大棚构造）

2018 年冬季年包头固阳不同日光温室气温

北方用温室大棚骨架（北方温室大棚构造）

2020 年 12 月 29~31 日室外内外气温变化图

北方用温室大棚骨架（北方温室大棚构造）

2021 年 1 月室内外平均气温变化图

地面蓄热

地面也是很重要的蓄热体，地面吸收太阳光转化为热，从而提高地温，夜间温室内气温低于地温时，地面向温室内释放热量。此外，地温是日光温室越冬生产的主要限制因素，因此，提高地温对冬季温室防冻和提高园艺作物产量非常重要。地温的提高可以通过加大种植行距，尽可能多接受太阳光能、多施有机肥（有机肥分解可放出热量）、起垄覆盖地膜等常规方式来解决。还可通过一些装置来增加土壤中热量，如内蒙古工业大学科研团队发明的跨季节土壤储热技术，该系统在10~11月通过对太阳能的收集将空气加温到140℃，再将热空气输送到温室内地下，将土壤温度提高到20~25℃，由于土壤降温慢，这样可以在寒冷的1月和12月保持温室内土壤温度达到15℃以上，有效地解决了果类菜冬季越冬生产的难题。其优点是地下管道不怕漏气，建造工艺要求不高，栽培面积900 m2的日光温室运行费用为408元/年。

北方用温室大棚骨架（北方温室大棚构造）

跨季节土壤储热技术

讨论

节能目的

节能不代表零耗能，其目的是为了降低生产成本，温室生产的最终目的是要提质、增产和增收。北方高寒地区如果通过少量的人工加温，可实现越冬生产、提高生产效益，并且能解决淡季蔬菜瓜果供应紧张等问题。像内蒙古寒冷地区，冬季光照资源充裕，内保温及水蓄热的设计很大程度上降低了温室热能的损耗及日光温室中进行喜温类蔬菜生产的成本。2~3天的短暂连阴天或雪天，仍可维持作物的基本生长，3天以上的连阴天，可配置应急加温设备，这也就节约了很大一部分加温耗能成本。笔者团队设计的蓄热水箱的另一特别之处是其加热功能，在水箱配置一个电加热线，遇到长时间阴天或雪天时，可以进行临时加热来应对低温天气，像这样的低能耗换来高收益的方式十分值得推荐。

利用自然光

太阳能作为用之不竭的资源，保证经济效益的同时，直接用于温室的增温和蓄热是最佳选择。提高温室内部温度，并在温室内蓄热，改善温室内作物的环境条件，使作物获得高品质、高产，从而达到增收。利用太阳光不仅可以增温、蓄热，还可以提高作物光合效率，因此，北方高寒地区不仅在冬季要充分利用太阳能，春夏秋也要充分利用太阳能增加光合作用提高产量。常见日光温室由于棉被上卷高度不足，常出现后部多排作物遮阳重而引起作物徒长的现象，既影响产量也有损品质，而冬室夏棚在夏秋光能利用率上具有明显的优势。

水蓄热潜力

水是最常见、最普通的材料，将其注入黑色水箱后，将光能高效地转化为热能，可充分发挥其大比热容的优势持续放热以抵御低温。配有蓄热水箱的温室与接入集中供热管道的温室相比，有着更加优异的供热能力。此外，水箱蓄热系统与灌溉系统、临时加温系统结合后，不仅可以用于应急灌溉也可用于临时加温，以应对连续阴天。以水为蓄热材料，能适于不同循环或储存方式的蓄放热系统，发展潜力巨大。

高效保温措施

日光温室之所以节能是因为保温性好，北方高寒风大地区的保温，既要注意强风带走热量的问题，也要注意保温被荷载与雪荷载，保温被的内置设计很好地解决了这些问题。连栋温室耗能大的最大原因是保温性差，在既保温又透光的透明覆盖材料发明出来之前，还要做好保温才能充分发挥连栋温室透光性能优势，保证连栋温室的盈利。

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