張彩虹+姜魯艷+鄒平+吐爾遜娜依+馬彩雯
【摘要】為了提高新疆非耕地日光溫室的綜合性能,根據(jù)新疆自然氣候條件,對(duì)戈壁地、鹽堿地日光溫室建造參數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),通過對(duì)兩種非耕地日光溫室性能的測(cè)試分析,結(jié)果表明:標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的非耕地日光溫室在喀什、克州兩地冬至日時(shí)溫室內(nèi)的平均溫度可達(dá)到18.9、20.6℃,最低氣溫10.6、14.3℃,最高氣溫達(dá)32.2、35.6℃。標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)建造的非耕地日光溫室保溫性能好,在新疆喀什、克州地區(qū)冬季不加溫條件下可實(shí)現(xiàn)越冬生產(chǎn)。
新疆處于中國西北地區(qū),北緯32°22′~
49°33′,東經(jīng)73°21′~96°21′,面積166萬hm2,約占全國總面積的1/6,屬于干旱區(qū),降雨少,晝夜溫差大,光熱資源豐富,全年日照時(shí)間在2550~3500 h,非常利于農(nóng)作物的生長(zhǎng)和有機(jī)質(zhì)積累。在這樣優(yōu)厚的條件下,作物果實(shí)籽粒飽滿、含糖量高、品質(zhì)優(yōu)良,是發(fā)展園藝和設(shè)施種植的適宜區(qū)域。
截止2013年底,新疆設(shè)施農(nóng)業(yè)總面積達(dá)到91.4萬畝(約6.09萬hm2,數(shù)據(jù)源自新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)業(yè)廳),而設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展用地主要集中在農(nóng)區(qū)土壤肥沃的老農(nóng)田和熟地,與大農(nóng)業(yè)爭(zhēng)地矛盾日益突出。如何開發(fā)和利用廣袤的戈壁地、荒漠地是破解新疆地區(qū)耕地資源不足、產(chǎn)業(yè)整體效益不高的重要措施。據(jù)統(tǒng)計(jì),新疆戈壁、鹽堿、荒漠地等和短期內(nèi)難以開發(fā)利用的土地13.7億畝(約0.91億hm2),占全疆土地面積的54.91%;農(nóng)林牧用地合計(jì)10.51億畝(約0.70億hm2),占全疆土地面積的42.13%,是全國土地利用率最低的省區(qū)。
為適應(yīng)現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展需求,依托“十二五”設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)成果和前期工作基礎(chǔ),開展戈壁地、荒漠地日光溫室結(jié)構(gòu)、材料及建造技術(shù)的溫室研究,開展戈壁地、荒漠地就地取材墻體結(jié)構(gòu)及建造技術(shù)研究日光溫室合理采光區(qū)域配置、日光溫室標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)以及災(zāi)害應(yīng)急加固技術(shù)的研究;形成環(huán)境調(diào)控與建造材料、經(jīng)濟(jì)性能等方面的最佳模式;建立適合新疆戈壁地日光溫室設(shè)計(jì)及建造標(biāo)準(zhǔn),推進(jìn)新疆非耕地設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,對(duì)確保農(nóng)民增收、提高設(shè)施經(jīng)濟(jì)效益、增強(qiáng)設(shè)施農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力具有重要意義。
非耕地日光溫室標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)
新疆喀什、克州地理氣候信息
新疆南北跨越15個(gè)緯度,南北東疆氣候特點(diǎn)、地理、光熱條件均有著極大的差異,本文采集南疆克州、北疆塔城兩地區(qū)的地理緯度、日照時(shí)數(shù)、極端最低氣溫、冬至日太陽高度角等氣象數(shù)據(jù)(表1)。
非耕地日光溫室設(shè)計(jì)
非耕地日光溫室結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)
日光溫室的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)主要包括溫室方位角、室外設(shè)計(jì)溫度、溫室面積(A)、溫室跨度(B)、溫室長(zhǎng)度(L)、溫室間距(D)、溫室脊高(H)、墻體厚度、后墻高度(h)、后屋面水平投影(b)、前屋面角(α)、后屋面角(β)等,可根據(jù)本地區(qū)地理緯度選擇合適的溫室結(jié)構(gòu)參數(shù)。非耕地溫室標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)考慮到新疆北疆地區(qū)光照資源豐富,日照時(shí)間較長(zhǎng),跨度選擇在7 m,南疆地區(qū)北緯35?~40?,標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)從經(jīng)濟(jì)角度考慮,適當(dāng)增加其跨度,從而擴(kuò)大栽培面積,因此跨度選擇8 m較為適宜。
非耕地日光溫室前屋面角的大小直接影響到溫室的采光性能,是非耕地日光溫室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,根據(jù)不同區(qū)域地理緯度不同,日光溫室標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的前屋面角南疆地區(qū)為31?,北疆地區(qū)為32?~33.5?。對(duì)于新疆非耕地日光溫室來講,根據(jù)南北疆地理氣候特點(diǎn),標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的后屋面角分別為南疆40?、北疆45?,一方面降低后墻高度,減少建設(shè)成本;另一方面增加后屋面蓄熱面積,提高整個(gè)溫室蓄熱能力。但是后屋面投影長(zhǎng)度不能過長(zhǎng),否則會(huì)使栽培區(qū)形成遮光區(qū)。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《日光溫室和塑料大棚結(jié)構(gòu)與性能要求》(GB/T 19165-2003)及地方標(biāo)準(zhǔn)《北疆地區(qū)干打壘墻體春提早、秋延晚蔬菜生產(chǎn)型日光溫室設(shè)計(jì)與建造規(guī)程》(DB65/T 3377-2012)中的規(guī)定,后屋面投影與跨度之比在0.17~0.25,同時(shí)依照兩地區(qū)氣候條件,標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的非耕地日光溫室后屋面投影長(zhǎng)度南北疆均可為1.6 m。
非耕地日光溫室跨度、前屋面角及后屋面投影確定后,可計(jì)算出脊高,合理的脊高取值應(yīng)達(dá)到光照條件和保溫效果相互協(xié)調(diào)的目的。南疆地區(qū)非耕地日光溫室標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的脊高為3.9 m,北疆地區(qū)為3.6~4.0 m。兩地溫室結(jié)構(gòu)參數(shù)(表2)。
非耕地日光溫室墻體設(shè)計(jì)
新疆非耕地日光溫室墻體結(jié)構(gòu)所選用的材料,既要符合就地取材,如戈壁料、砂石土等非耕地材料,降低建設(shè)成本,又要有保溫蓄熱性能。按照材料的熱阻及新疆南北疆日光溫室墻體結(jié)構(gòu)的低限熱阻計(jì)算出墻體厚度(表3)。
戈壁地日光溫室以就地取材的戈壁土為主要材料,當(dāng)室外設(shè)計(jì)溫度為-21℃,標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)3種類型的墻體,第1種采用戈壁土1.68 m,第2種采用外層戈壁土1.3 m、里層砌體護(hù)坡0.37 m,第3種采用里層磚砌體0.24 m、第2層戈壁土0.5 m、第3層磚砌體0.24 m、第4層聚苯乙烯板(戈壁土添加固化劑)0.03 m;鹽堿地日光溫室標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)采用里層聚苯乙烯板0.1 m、外層磚砌體0.3 m。
新疆非耕地日光溫室標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)
性能測(cè)試
對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的非耕地日光溫室的氣溫、地溫、濕度、光照等性能參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和室內(nèi)外對(duì)照。通過設(shè)施環(huán)境因子的統(tǒng)計(jì)和分析來驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的溫室性能。測(cè)試時(shí)間為2016年12月31日~2017年2月24日,采用杭州路格科技有限公司L99系列智能溫濕度光照記錄儀。溫室內(nèi)測(cè)點(diǎn)選擇溫室中心,高度1.5 m。室外設(shè)1個(gè)溫濕度測(cè)點(diǎn),布置在高度1.5 m,周圍無遮擋物的空地。測(cè)試結(jié)果如下:
室內(nèi)外最值與平均值
通過表4可以看出,溫室日氣溫最低溫度為9.78℃,與室外最低溫-15.3℃相比,溫差達(dá)到25.08℃,而室內(nèi)最高溫30.82℃同室外最高溫23℃相比,溫差達(dá)到7.82℃。確保了溫室作物在一個(gè)相對(duì)均衡的環(huán)境中生長(zhǎng),不會(huì)出現(xiàn)大幅的氣溫變動(dòng)。endprint
室內(nèi)外濕度變化
隨機(jī)抽取一個(gè)晴天,對(duì)比室內(nèi)外濕度變化情況發(fā)現(xiàn)室內(nèi)外濕度變化規(guī)律基本一致(圖1),隨著白天掀開棉被,溫室內(nèi)的濕度逐漸下降,室內(nèi)最低濕度在14:00左右持續(xù)至17:00左右,隨著棉被蓋上,室內(nèi)濕度逐漸升高,直至飽和。
室內(nèi)外月溫度變化
該非耕地日光溫室采取冬季不加溫生產(chǎn),故溫室內(nèi)氣溫完全受溫室的保溫性能所決定。由圖2、圖3可知溫室內(nèi)外最大值溫差在5℃左右,最小值溫差在15℃左右,室外1個(gè)月內(nèi)最高溫度上升4.2℃左右,室內(nèi)上升5.1℃;而1個(gè)月內(nèi)室外最低溫提高11.5℃,室內(nèi)上升5.1℃;室內(nèi)始終保持一種穩(wěn)定的環(huán)境。
室內(nèi)外溫度的日變化
隨機(jī)抽取一天,對(duì)比室內(nèi)外溫度的變化規(guī)律,由圖4可以看出溫室內(nèi)隨著外界氣候變化明顯,每天有一個(gè)最高值和一個(gè)最低值,室內(nèi)最低溫10.7℃出現(xiàn)在6:00~7:00,此時(shí)也出現(xiàn)了室外最低溫為-9.4℃,溫差20.1℃;室內(nèi)最高溫出現(xiàn)在17:00左右為32.5℃,同時(shí)出現(xiàn)的室外最高溫為9℃,相比溫差為23.5℃。約在12:00左右溫室通風(fēng),氣溫出現(xiàn)小變化。溫室內(nèi)的最低氣溫為10.7℃,高于茄果類作物越冬生產(chǎn)溫室10℃,可以滿足作物生長(zhǎng)需求。
溫室內(nèi)氣溫從17:00~24:00,下降緩慢,最大溫差僅為3.01℃,平均每小時(shí)下降0.38℃,說明溫室的保溫性能良好。
討論
在進(jìn)行非耕地日光溫室標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮溫室跨度、長(zhǎng)度、前屋面角、后屋面角、后屋面水平投影、脊高、就地取材的墻體等溫室參數(shù)之間的相互影響、相互制約,應(yīng)尋找溫室各項(xiàng)參數(shù)之間的最佳平衡點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),以便達(dá)到新疆非耕地日光溫室高效、節(jié)能、低成本生產(chǎn)的最終目標(biāo)。新疆非耕地地理環(huán)境復(fù)雜,氣候條件特殊,南北東疆不同區(qū)域差異很大。因此,要針對(duì)不同區(qū)域進(jìn)行設(shè)計(jì),不能照搬國內(nèi)其他省份或某個(gè)地區(qū)非耕地日光溫室設(shè)計(jì)建造的模式。
通過性能測(cè)試實(shí)驗(yàn),南疆地區(qū)戈壁地和鹽堿地日光溫室標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)參數(shù)分別為溫室方位角正南偏西7°~9°,溫室室內(nèi)面積400~640 m2,溫室跨度8 m,溫室長(zhǎng)度50~80 m,溫室脊高3.9 m,后屋面水平投影1.6 m,前屋面角31°,后屋面角40°;北疆地區(qū)戈壁地和鹽堿地日光溫室標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)參數(shù)分別為溫室方位角正南偏西7°~10°,溫室室內(nèi)面積400~640 m2,溫室跨度7 m,溫室長(zhǎng)度50~80 m,溫室脊高3.6、4.0 m,后屋面水平投影1.6 m,前屋面角33.5°、32°,后屋面角45°。
經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)建造的非耕地日光溫室,結(jié)構(gòu)優(yōu)異、采光保溫效果良好,土地利用率高。截止到2016年12月,新疆南北疆采用經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)建造的非耕地日光溫室分別達(dá)到3.2萬畝(約0.21萬hm2,數(shù)據(jù)源自新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)業(yè)廳)、1.6萬畝(約0.1萬hm2,數(shù)據(jù)源自新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)業(yè)廳)。
參考文獻(xiàn)
[1]張京開,王晶,謝杰,等.GB/T19165-2003日光溫室和塑料大棚結(jié)構(gòu)與性能要求[S].北京市產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局,2003.
[2]程勤陽.溫室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本方法(一)—溫室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本要求及構(gòu)件計(jì)算[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)(溫室園藝),2006,26(9):11-12.
[3]馬彩雯,王曉冬,鄒平,等.新疆新型高效節(jié)能日光溫室標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)探討[J].中國農(nóng)機(jī)化,2010(2):47-51.
[4]鄒志榮,楊振超.我國設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展與農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)遇·挑戰(zhàn)·創(chuàng)新—2002農(nóng)業(yè)工程青年科技論壇論文集[C].北京:中國農(nóng)業(yè)科技出版社,2002:112-114.
[5]火玉潔,張成榮,李桃,等.日光溫室優(yōu)化設(shè)計(jì)原理及標(biāo)準(zhǔn)建立研究[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué),2014(01):52-57.
Discussion on the Standardization Design of Non-cultivated Land in Xinjiang
Zhang Caihong, Jiang Luyan, Zou Ping, Tu Erxunnayi, Ma Caiwen**
( Institute of Agricultural Machinery, Xinjiang Academy of Agricultural Science, Urumqi, Xinjiang 830091, China)
【Abstract】In order to improve the non-cultivated land the comprehensive performance of solar greenhouse in Xinjiang, according to the natural climate condition in Xinjiang, saline-alkali land to gobi, sunlight greenhouse construction parameters for standardization design, through to the performance of the two kinds of non-cultivated land greenhouse test analysis, the results show that the standardized design of non-cultivated land greenhouse in kashgar, Basque winter solstice when the average temperature in greenhouse can reach 18.9、20.6°C, the minimum temperature of 10.6、14.3°C, the highest temperature of 32.2、35.6°C. The standard design of non-cultivated daylight greenhouse heat insulation is good, which can be produced in winter without heating in the Xinjiang region of kashgar and kstate.endprint