新能源、新材料、新设计助力温室结构变革

传统温室墙体蓄热材料多采用黏土、砖块等，消耗大且对土地资源造成严重破坏；传统的土墙日光温室土地利用效率仅为40%～50%，普通大棚蓄热保温能力差，在北方地区不能越冬生 产喜温类蔬菜。因此，推进温室变革的核心，或者说基础研究在于温室设计、新材料和新能源研究开发。本文将围绕温室新能源的研究创新，对温室太阳能、生物质能、地热能、风能等新能源和温室新 型透明覆盖材料、保温材料、墙体材料研究现状进行概述，分析新能源、新材料在新型大棚温室建造 中的应用，展望其对未来温室发展变革中的作用。

新型墙体的研究与应用

墙体作为一种围护结构，是温室防寒保温的 重要屏障。根据墙体材料和结构，温室北墙的发 展可分为3种：主要为土壤、砖块等单层墙体及 利用粘土砖、砌块砖、聚苯板等建造的内层蓄 热、外层隔热型分层北墙，而这些墙体建造时大 都费时费工；因此，近几年出现了许多便于建 造、适宜快速组装的新型墙体。

新型组装式墙体的出现，推动着装配式温室 的迅速发展，包括具有外部防雨防老化表层材料 和毛毡、珍珠棉、太空棉、玻璃棉或回收棉作隔 热层等材料组装成的新型复合墙体，如新疆地 区的喷胶棉柔性组装墙体。此外，其他研究也 报告了带有蓄热层的装配式温室北墙，如新疆的 砖填充小麦壳砂浆砌块，在相同外界环境下， 室外最低温－20.8 ℃时，麦壳砂浆砌块复合墙 体日光温室内温度为7.5 ℃，而砖混墙体日光温 室内温度为3.2 ℃，砌块温室番茄收获期可提早 16 d，单棚产量提高18.4%。

西北农林科技大学设施团队从墙体设计轻简 化、便于取材的角度出发，提出将秸秆、土、 水、石、相变材料制备成保温蓄热模块的设计理 念，推动了模块化组装墙体的应用研究。例如， 铅丝网笼装填石块形成的石块墙体温室，与普通 砖墙日光温室相比，该温室内平均气温在典型 晴天高4.0 ℃；相变材料（PCM）与水泥混制 的3种无机相变水泥模块，其单位体积蓄热量分 别为74.5、88.0、95.1 MJ/m3 ，放热量为59.8、 67.8、84.2 MJ/m3 ，具有白天“削峰”、夜间“填 谷”，夏天吸热、冬天放热的作用。

这些新型墙体现场组装、施工周期短、使用 寿命长，为轻简化、可快速组装的装配式温室建 造创造了条件，可极大地推动温室结构变革；但 是，这类墙体也存在一定的缺陷，如喷胶棉保温 被墙体保温性能优良，但缺乏蓄热能力，而相变 建筑材料又存在使用成本较高的问题，未来要加 强组装式墙体的应用研究。

新能源、新材料、新设计助力温室结构变革

新能源与新材料的研究创新，为温室大棚设 计创新提供了基础。节能日光温室和拱棚是我国 农业生产应用面积最大的棚体结构，在农业生产 中发挥着重要的作用，但是随着我国社会经济的 发展，2种设施结构的缺点日益呈现，一是设施 结构空间小，机械化程度低；二是节能日光温室 保温性好，但是土地利用低，相当于以土地置换 了温室能量。普通拱棚不仅空间小，而且保温性 差。连栋温室尽管空间大，但是保温性差，能耗 大。所以，研究开发适宜于我国现阶段社会经济 水平的温室结构势在必行，而新能源、新材料的 研发将助力温室结构变革，产生多种创新温室模 式或结构。

大跨度非对称水控酿热大棚的创新研究

大跨度非对称水控酿热大棚（专利号：Z L  201220391214.2）是依据日光温室采光保温原 理，改变普通塑料大棚对称性结构，增大南部跨 度，提高南屋面采光面积，缩小北部跨度，减少 散热面积，跨度18～24 m，脊高6～7 m。通过设 计创新，空间结构显著增大。同时，利用生物质 酿热和保温新材料技术，解决了温室冬季热量 不足以及普通保温材料保温性差的问题。生产 使用与研究结果表明，大跨度非对称水控酿热 大棚，晴天夜间的平均温度为11.7 ℃，阴天为 10.8 ℃，能满足冬季作物生长的需求，且该温室 比苯板砖墙温室建造成本降低了39.6%，土地利 用率提高了30%以上，适合在我国黄淮河流域进 一步推广和应用。

装配式日光温室

装配式日光温室以立柱和屋面骨架作为承力 结构，其墙体材料以隔热围护为主，不再以承 重和被动储放热为主要功能。主要有：（1）以 外覆薄膜或彩钢板、秸秆块、柔性保温被、砂 浆砌块等多种材料组合，形成新型组装墙体；（2）以预制水泥板—聚苯板—水泥板的复合 墙板墙体；（3）隔热材料配主动蓄放热系统和 除湿系统的轻简装配式，例如塑料方块水桶蓄热、管道蓄热等。利用不同新型隔热材料和蓄 热材料，替代传统土墙体建造的日光温室空间 大，土建工程小。试验结果表明，该温室冬季 夜晚温度比传统砖墙温室提高4.5 ℃，后墙厚度 为166 mm，与600 mm厚的砖墙温室相比，墙 体占地面积减少72%，且每平方米造价为334.5 元，比砖墙温室减少了157.2元，建筑成本下降 显著。由此可见，装配式温室有着破坏耕地 少、节约用地、建设速度快、使用寿命长的优 点，是当前和今后日光温室创新和发展的一个 重点方向。

滑盖式日光温室

沈阳农业大学研发的滑板装配式节能日光 温室利用日光温室后墙组成水循环墙体蓄热系 统蓄热提温，主要由水池（32 m3 ）、采光板 （360 m2 ）、水泵、水管和控制器等组成。顶 部采用新型轻质岩棉彩钢板材料替换柔性保温 被。研究显示，该设计有效解决了山墙挡光 问题，增加了温室进光面积；温室采光角为 41.5°，比对照温室增加将近16°，提高了采 光率。室内温度分布均匀程度高，植株长势整 齐。

光伏农业温室

光伏农业温室是集太阳能光伏发电、智能温 控、现代高科技种植为一体的温室。它采用钢制骨 架，上覆太阳能光伏组件，以保证光伏发电组件的 光照要求和整个温室的采光要求。太阳能光伏发 出的直流电，直接为农业温室进行补光，并直接 支持温室设备的正常运行，驱动水资源灌溉，同 时提高温室温度，促进作物快速增长。这种方式 中的光伏组件会影响温室屋面的采光效率，进而影 响温室蔬菜的正常生长。所以，合理布置温室屋面 的光伏板成为应用的关键点。农业光伏温室是观 光农业与设施园艺有机结合的产物，是集光伏发 电、农业观光、农业作物、农业技术、园林景观及文化发展于一体的创新型农业产业。