引言

青海地區(qū)具有高海拔大溫差的特點(diǎn)，東部農(nóng)業(yè)區(qū)平均海拔2550m，西部平均海拔3000m以上。以東部互助縣為例，.冷月夜間.低溫度在-23~-16℃，白晝溫度為-8~6℃，越向西溫差越大。為了使經(jīng)濟(jì)作物能夠正常生長(zhǎng)，增加農(nóng)民收益，當(dāng)?shù)赝ǔ?huì)利用各種溫室來(lái)進(jìn)行種植。然而，由于晝夜溫差大，雖然經(jīng)過(guò)白天日照，溫室里會(huì)大幅升溫，但一到夜間，溫室里的熱量就會(huì)迅速透過(guò)墻體散發(fā)到外界，造成溫室內(nèi)失溫，因此在日光溫室內(nèi)仍有很多經(jīng)濟(jì)作物無(wú)法種植。因?yàn)檫@些地區(qū)目前大多為土墻溫室，也有一部分磚墻，溫室后坡面材料大多采用土木結(jié)構(gòu)和夾芯彩鋼瓦覆蓋，由于建筑行業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)禁止使用普通燒結(jié)紅磚，目前新建溫室大多采用粉煤灰砌塊磚或蒸壓加氣混凝土砌塊墻體。土墻日光溫室是近幾年高海拔大溫差環(huán)境條件下建造面積.大的冬季蔬菜種植日光溫室類型，該類型日光溫室外表簡(jiǎn)易、棚內(nèi)空間大、棚高、升溫快、保溫性能好，其營(yíng)造的植物生長(zhǎng)條件是磚墻日光溫室等無(wú)法比擬的。

但是土墻日光溫室也存在以下缺點(diǎn)：①耐用性差，表面容易水蝕、風(fēng)蝕，防雨水沖刷的能力差，需要保護(hù)，使用年限較短；②墻體硬度、強(qiáng)度等性能差異較大，適合在黏土地區(qū)使用，對(duì)沙質(zhì)土壤并不適用；③墻體厚，占地面積大，土地利用率低。磚墻溫室建造成本較高，為了保溫還需要在墻體中間填充保溫材料，在高海拔大溫差地區(qū)，尤其是青海地區(qū)，磚墻溫室墻體厚度在1m以上，粉煤灰砌塊磚墻體存在墻體容易出現(xiàn)裂縫，表層容易脫落的問(wèn)題，而蒸壓加氣混凝土砌塊墻體絕熱較好，但蓄熱功能較弱。因此，研究和開(kāi)發(fā)適合高海拔大溫差地區(qū)氣候特征的溫室墻體、后坡面等技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)溫室有效使用面積率≥85%，溫室.低溫度≥8℃是一項(xiàng)很迫切的任務(wù)。本文提出將溫室墻體的蓄熱層、隔熱層、保溫防水保護(hù)層、后坡面隔熱層、保溫防水高強(qiáng)度保護(hù)層等**技術(shù)進(jìn)行集成優(yōu)化組合，徹底解決該地區(qū)推廣應(yīng)用節(jié)地型溫室的關(guān)鍵技術(shù)，為科學(xué)合理建造適用于高海拔大溫差地區(qū)的新型溫室墻體及后坡面提供技術(shù)基礎(chǔ)。
 
墻體框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理
溫室效應(yīng)與土壤的熱轉(zhuǎn)換器效應(yīng)
日光溫室的熱能來(lái)源于陽(yáng)光輻射能，白天陽(yáng)光輻射以短波光的形式，穿過(guò)溫室透明覆蓋物進(jìn)入溫室內(nèi)，絕大部分光照被土壤以及墻壁、立柱、后墻、后屋面和作物吸收，使這些物質(zhì)的溫度提高，陽(yáng)光能轉(zhuǎn)換為熱能，這就是溫室土壤和溫室建材的熱轉(zhuǎn)換器效應(yīng)。這些熱能再以長(zhǎng)波輻射、傳導(dǎo)、對(duì)流等方式傳播出來(lái)，被空氣吸收，提高溫室內(nèi)的氣溫。

溫室熱平衡
土壤中的熱量也會(huì)向溫室外部的溫度較低的土壤和向下部土壤傳導(dǎo)。溫室內(nèi)的熱空氣可以使前屋面薄膜變熱，而薄膜再以長(zhǎng)波輻射以及外表面與室外空氣間對(duì)流換熱的形式向外散失熱量。溫室白天既增溫又散熱，而夜間只散熱不增溫。如果溫室獲得的熱量多，散失的熱量少，溫室內(nèi)的溫度升高，反之熱量少，散失的熱量多，溫室內(nèi)的溫度降低，這就是溫室內(nèi)的熱平衡，保溫設(shè)計(jì)就是要減少熱量的損失。
 
墻體及后坡面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求
一般日光溫室墻體應(yīng)具有承重、保溫和蓄熱等主要功能，以及防水、防護(hù)等輔助功能，.理想的墻體結(jié)構(gòu)應(yīng)為蓄熱層、隔熱層和保溫層3部分構(gòu)成的復(fù)合墻體。溫室后坡面應(yīng)具有隔熱、保溫和承載等主要功能外，還應(yīng)具有防水、防護(hù)等輔助功能。日光溫室墻體蓄熱層的設(shè)計(jì)就是為了能夠在冬季，墻體白天吸收與蓄積太陽(yáng)熱能，夜間向室內(nèi)放熱補(bǔ)充熱量。蓄熱層是白天充分接收太陽(yáng)光能，獲得和儲(chǔ)存大量熱能，夜間不斷向室內(nèi)供熱的儲(chǔ)熱結(jié)構(gòu)；隔熱層和保溫層主要功能一方面防止室內(nèi)熱量通過(guò)墻體流向室外，另一方面防止室外冷空氣通過(guò)墻體流向室內(nèi)。溫室墻體防水、防護(hù)輔助功能可以防止雨雪大風(fēng)的侵蝕。溫室后坡面不僅具有防止室內(nèi)熱量通過(guò)后坡面流向室外，同時(shí)阻止室外冷空氣進(jìn)入室內(nèi)的功能；而且其防水、防護(hù)功能可防止雨雪大風(fēng)侵蝕，并且必須具備一定的承載能力?？傊?，為了滿足作物生長(zhǎng)發(fā)育所要求的環(huán)境條件，應(yīng)合理設(shè)計(jì)溫室墻體及后坡面，以便發(fā)揮更好的效果。
 
墻體及后坡面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案確定
青海地區(qū)冬季日光溫室在不加溫的情況下溫度較低，只能生產(chǎn)葉菜類蔬菜，主要原因之一是溫室墻體及后坡面保溫蓄熱功能差。該研究結(jié)合現(xiàn)有溫室墻體及后坡面技術(shù)難點(diǎn)（問(wèn)題）、通過(guò)墻體儲(chǔ)熱隔熱技術(shù)和噴涂高分子高強(qiáng)度保溫復(fù)合材料技術(shù)，解決溫室墻體及后坡面的蓄熱性、保溫性、耐久性、防水承載等關(guān)鍵技術(shù)要求，使溫室墻體在高海拔、大溫差環(huán)境條件下的保溫、蓄熱能力得到明顯提高。該研究的墻體內(nèi)側(cè)由吸熱、蓄熱能力較強(qiáng)的材料組成蓄熱層，外側(cè)由導(dǎo)熱、散熱能力較差的材料組成保溫層。.外層由防水性較好強(qiáng)度較高的材料組成防護(hù)層。
 
方案確定
◆蓄熱復(fù)合保溫墻體基礎(chǔ)的確定
墻體四周基礎(chǔ)采用條形基礎(chǔ)，為C15的混凝土澆筑的素砼結(jié)構(gòu)，開(kāi)槽深度為凍土層以下，基槽、基坑必須開(kāi)挖至設(shè)計(jì)深埋標(biāo)高。前基礎(chǔ)上與骨架相對(duì)應(yīng)位置每間距100cm設(shè)置預(yù)埋件，用于連接固定支柱。
 
◆墻體蓄熱層材料的確定
日光溫室墻體的蓄熱層主要作用是將白天多余的熱量吸收儲(chǔ)存起來(lái)，在夜晚室內(nèi)溫度相對(duì)較低時(shí)釋放出來(lái)，向室內(nèi)補(bǔ)充熱量。蓄熱層材料主要包括傳統(tǒng)的普通磚砌墻體、夯實(shí)黏土墻體、土坯墻體、新型的相變蓄熱材料墻體和水體材料墻體等。這些材料的共同特點(diǎn)是具備較大的比熱容以及較優(yōu)良的導(dǎo)熱性。水體材料作為日光溫室墻體蓄熱層的蓄熱性能.佳，黏土次之，紅磚.后。在同種結(jié)構(gòu)下的水體材料對(duì)室內(nèi)夜間平均氣溫、.高溫度影響.大，并且穩(wěn)定性好。但目前水體材料方面的研究技術(shù)尚不成熟，也有基于水媒的日光溫室主動(dòng)蓄放熱系統(tǒng)裝置，但單位面積建造成本高，難以推廣應(yīng)用；應(yīng)選黏土和紅磚，但紅磚的制造過(guò)程對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，已被國(guó)家嚴(yán)格限制使用。因此選黏土成為性價(jià)比高的.佳蓄熱材料。
 
◆墻體蓄熱層建造方式的確定
常見(jiàn)的黏土材料墻體有夯實(shí)土墻和土坯塊壘砌墻2種形式，夯實(shí)土墻體借助模板夯筑而成，又稱土筑墻或板筑墻，俗稱干打壘；一般為等截面，有的地區(qū)也采用上薄下厚的變截面形式，墻體就地取土，把土裝入活動(dòng)木板內(nèi)，用木夯鐵桿分層夯實(shí)，有墻體結(jié)構(gòu)嚴(yán)實(shí)，隔熱保暖，防寒性能好，冬暖夏涼，施工速度快，成本低等優(yōu)點(diǎn)，但存在土地利用效率低，對(duì)耕地土層破壞嚴(yán)重等問(wèn)題。因此選黏土成為蓄熱墻體方式只能是土坯塊壘砌墻體。土坯墻是用土坯塊壘砌而成，土坯塊有干、濕兩種制作方法，都經(jīng)煉泥（篩選、加水拌合）、壓實(shí)（干法為打夯）、脫模、晾干等工序，也可摻入麥草段以增加強(qiáng)度，土坯塊可平砌或側(cè)砌，用黏土漿粘結(jié)，其導(dǎo)熱系數(shù)與夯實(shí)黏土墻相差不大。因此，選土坯塊壘砌墻為黏土蓄熱材料層建造方式。
 
◆墻體蓄熱層厚度的確定
從墻體、地面、室內(nèi)空氣的溫度來(lái)看，溫室墻體在日光溫室溫度環(huán)境中發(fā)揮著重要作用，無(wú)論白天夜間，日光溫室內(nèi)南北方向氣溫差異比垂直方向氣溫差異大。日光溫室后墻在傳熱過(guò)程中，由內(nèi)向外隨墻體厚度的增大，向室內(nèi)方向的傳入熱量逐漸減少。在后墻垂直方向內(nèi)表層20cm處，墻體中下部溫度.高，頂部和基部溫度較低。根據(jù)溫差法，土墻蓄熱層的厚度約為30cm。土墻內(nèi)部溫度波幅隨土墻厚度增加而減小，根據(jù)溫波確定土墻的蓄熱層厚度為40cm。由此可見(jiàn)，土墻的蓄熱層.佳厚度為30~40cm，因此，選土坯塊壘砌墻作為蓄熱材料層的厚度為40cm；為了增強(qiáng)粘接強(qiáng)度可以在溫室里面的土墻墻體抹一層草泥墻面，草泥墻面的厚度為10~20mm。
 
◆墻體隔熱層材料的確定
聚苯泡沫板作為輕質(zhì)保溫材料被逐漸應(yīng)用于日光溫室生產(chǎn)，該材料可放置于墻體中間或貼附在墻體外表面來(lái)提高墻體保溫性能。很多學(xué)者將聚苯板用于復(fù)合墻體中，取得了較好的保溫效果。聚苯板導(dǎo)熱系數(shù)不大于0.041W/(m·K)，表觀密度為18~22kg/m3，垂直于板面方向的抗拉強(qiáng)度不小于0.1MPa，尺寸穩(wěn)定性不大于0.30%。因具有優(yōu)良的物理性能和廉價(jià)的成本，特別是其導(dǎo)熱系數(shù)很低，作為性價(jià)比高的阻熱材料被廣泛應(yīng)用于日光溫室墻體中。綜上所述，新型復(fù)合蓄熱溫室保溫墻體中的隔熱層選聚苯泡沫板材料。
 
◆墻體隔熱層厚度的確定
聚苯板在日光溫室墻體中應(yīng)用較為普遍，在墻體主體結(jié)構(gòu)確定的條件下，溫室墻體的阻熱效果取決于保溫層苯板的厚度，此項(xiàng)指標(biāo)必須滿足溫室墻體保溫隔熱效果的前提下，又要盡可能滿足經(jīng)濟(jì)性能要求，物美價(jià)廉。管勇等研究認(rèn)為，發(fā)泡聚苯乙烯作為墻體保溫.佳厚度約為7cm。因此，選聚苯泡沫板作為隔熱材料層的厚度為10cm。
 
◆墻體保溫防護(hù)層的確定
噴涂的保溫層是由粉煤灰、鋸末、氯化鎂、聚乙烯醇和無(wú)機(jī)膠凝劑等材料按一定配合比例混合配好的混合劑。它是一種高強(qiáng)度的保溫材料,導(dǎo)熱系數(shù)在25℃時(shí)為0.2082W/(m·K)，噴在聚苯板表面上無(wú)須任何膠粘劑和錨固件，是一種理想的膠粘材料，強(qiáng)度上保溫材料抗壓強(qiáng)度7.5MPa，符合JG/T169-2005《建筑隔墻用輕質(zhì)條板》≥3.5MPa的要求。
 
◆新型復(fù)合蓄熱溫室保溫墻體結(jié)構(gòu)的確定
新型復(fù)合蓄熱溫室保溫墻體，其內(nèi)墻為10~20mm厚的草泥抹面+400mm厚土坯塊壘砌墻（蓄熱層）+100mm厚聚苯板（隔熱保溫層）+玻璃絲布（防護(hù)加強(qiáng)層）+15mm厚自噴高強(qiáng)度保溫材料（保溫防水防護(hù)層）。
 
◆溫室后坡面保溫、隔熱材料的選材方案
XPS擠塑板（擠塑聚苯乙烯）是中國(guó)近年普遍推廣應(yīng)用的新型建筑材料，這種利用廢舊塑料變廢為寶的新型環(huán)保材料，因其卓越的高強(qiáng)度、抗壓性、優(yōu)良的保溫隔熱性、質(zhì)地輕、使用方便、**的憎水、防潮性和環(huán)保性能、以及穩(wěn)定性、防腐性好，成為建筑行業(yè)普遍推廣的新型建材，廣泛用于墻體和樓面保溫。日光溫室一整天中絕大多數(shù)時(shí)間，溫室后屋面均處于從室內(nèi)吸熱、向室外放熱的過(guò)程中，因此保溫非常重要。在圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫材料中，將導(dǎo)熱系數(shù)低于0.05W/(m·K)的材料稱為高效保溫材料，這類材料一般應(yīng)用在日光溫室后屋面起保溫隔熱作用，過(guò)去聚苯板采用較多。與墻體和前屋面材料不同，后屋面材料要求具備質(zhì)輕、保溫、抗壓、防水等特點(diǎn)，后屋面材料中除聚苯板外，擠塑板(因其完整的閉孔結(jié)構(gòu)而具有優(yōu)異的保溫隔熱性、抗?jié)裥约翱箟耗芰?和玻璃棉(具有較高熱阻及造價(jià)低的優(yōu)勢(shì))也是較為理想的后屋面材料。擠塑板具有良好的熱工及保溫性能,較適合用于日光溫室后屋面保溫層，有替代聚苯板的潛力。
 
◆溫室后坡面保溫、隔熱材料厚度的選擇方案
目前，很多在建樓房都是用擠塑板保溫、隔熱，這種厚度為2~10cm的擠塑板，一般是在建筑物外墻表面用特制粘結(jié)膠粘結(jié)到基層上，外側(cè)用阻燃玻璃纖維網(wǎng)及水泥粘結(jié)膠漿保護(hù)層“天衣無(wú)縫”地裹上一層，形成外墻保溫體系。也就是說(shuō)，從頭到尾都穿了一層輕型“保溫棉被”。參照建筑樓房用擠塑板保溫、隔熱厚度為2~10cm的標(biāo)準(zhǔn)，溫室后坡面擠塑板厚度10cm。
 
為了實(shí)現(xiàn)溫室后坡面防水、高強(qiáng)度防護(hù)作用，在擠塑板內(nèi)外板表面首先鋪一層阻燃玻璃纖維網(wǎng)，然后在其上面噴涂厚15mm高強(qiáng)度的保溫材料（與后墻同）。


溫室的特點(diǎn)
光能利用率高  棚內(nèi)支柱的去除，使光照條件好，棚內(nèi)氣候溫潤(rùn)，增溫快，保溫性能強(qiáng)，可再次提高地溫1~4℃，便于操作管理和利于作物生長(zhǎng)發(fā)育。
 
空間利用率高  其新型復(fù)合蓄熱溫室保溫墻體=內(nèi)墻為10~20mm厚的草泥抹+400mm厚土坯塊壘砌墻（蓄熱層）+100mm厚聚苯板（隔熱保溫層）+玻璃絲布（加強(qiáng)層）+15mm厚自噴高強(qiáng)度保溫材料（保溫防水防護(hù)層）。墻體設(shè)計(jì)合理，后墻、山墻占地面積減少，高度適中，土地和空間的利用率高。
 
保溫性能良好  框架結(jié)構(gòu)溫室具有良好的保溫性。經(jīng)測(cè)定，節(jié)地型溫室.低溫度略低于土夯墻體溫室，平均溫度與土夯墻體溫室相差不大。而且，本溫室在后屋面、墻體等方面還具有很大的優(yōu)化改進(jìn)空間，具備進(jìn)一步提升保溫性能的潛力。
 
建造區(qū)域拓寬  土夯墻體深冬溫室破壞了耕作層，而框架結(jié)構(gòu)溫室在耕作層上直接建造，保持原有的土壤肥力，從應(yīng)用技術(shù)上解決了土壤培肥問(wèn)題，有利于蔬菜作物生長(zhǎng)。
 
結(jié)論
高海拔大溫差環(huán)境下新型溫室蓄熱保溫復(fù)合墻體及后坡面框架結(jié)構(gòu)溫室，具有良好的保溫性，將目前多種..學(xué)者關(guān)于溫室墻體的研究成果，結(jié)合自噴墻體高強(qiáng)度保溫材料建造技術(shù)，經(jīng)集成優(yōu)化設(shè)計(jì)后，展示的保溫墻體及后坡面技術(shù)有如下優(yōu)勢(shì)：耕作層上直接建造地基，不要求土層厚度，在土層薄的地方也能建造，從建造技術(shù)上解決了土層薄的地方不能修建溫室的瓶頸，利于溫室建造地塊選擇，拓寬了建造區(qū)域范圍。保溫性能良好，在后屋面、墻體等方面進(jìn)行了有很大的優(yōu)化改進(jìn)，具備了進(jìn)一步提升保溫性能的潛力。墻體設(shè)計(jì)合理，后墻、山墻占地面積減少，高度適中，土地和空間的利用率高。利用了自噴高強(qiáng)度保溫材料，噴涂在墻體和后坡面上，將保溫、防水、承載多能集與一體，性價(jià)比高。

作者：張海云1，劉生虎1,2,3，吳海峰1，武輝1，劉成奎2,3
（1.青海省機(jī)械科學(xué)研究所有限責(zé)任公司，
2.青海省建筑建材科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，
3.青海省高原綠色建筑與生態(tài)社區(qū)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）