周長吉

（農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設計研究院，北京 100125）

我國日光溫室發(fā)展40 多年來大量溫室已經(jīng)老舊破損或者使用性能不能滿足生產(chǎn)需要，《全國現(xiàn)代設施農(nóng)業(yè)建設規(guī)劃（2023—2030 年）》提出“改造老舊低效溫室設施，推廣新型復合保溫墻體，提高溫室蓄熱保溫性能”。本文遴選了一種采用再生橡塑板做保溫材料外貼磚墻更新原內(nèi)填爐渣的雙層磚墻，用高保溫自防水橡塑柔性保溫被更換原溫室草泥保溫后屋面和前屋面針刺氈保溫被的溫室工程改造案例，不僅提高了溫室保溫性能，而且顯著提升溫室結(jié)構(gòu)承載的安全性和使用壽命，可為行業(yè)內(nèi)同類溫室改造和新建提供一種可借鑒、可復制的樣板。

我國日光溫室已有40 多年的發(fā)展歷史，早期建設的溫室大多數(shù)已經(jīng)進行了多代更新。這些更新，不僅是因為溫室結(jié)構(gòu)用材達到了使用壽命，更多是由于早期溫室研究理論不成熟，很多溫室設計不夠合理，使用的建筑材料也不規(guī)范，致使其溫光性能難以滿足作物當代生產(chǎn)的需求。雖然近10 多年建設的溫室還沒有達到設計使用壽命，但由于使用性能不能滿足日益提升的機械化、數(shù)字化生產(chǎn)要求，溫室改造提升的要求也很迫切。近年來，許多省市相繼出臺了發(fā)展現(xiàn)代溫室的政策，提出溫室改造和提升的技術(shù)方案及其金融補貼措施，對我國溫室設施的發(fā)展起到了巨大的推動作用，2023 年中央一號文件更是明確提出要“發(fā)展現(xiàn)代設施農(nóng)業(yè)”，并將“集中連片推進老舊蔬菜設施改造提升”作為重要內(nèi)容列入其中，《全國現(xiàn)代設施農(nóng)業(yè)建設規(guī)劃（2023-2030 年）》也提出“改造老舊低效溫室設施，推廣新型復合保溫墻體，提高溫室蓄熱保溫性能”。改造提升老舊溫室不僅需要大量資金，更需要有效的技術(shù)支持。事實上，目前國內(nèi)能夠形成標準化推廣應用模式的溫室改造方案在行業(yè)內(nèi)還是鳳毛麟角。為此，研究和總結(jié)各地溫室改造方案，為我國溫室的升級改造和性能提升提供更多可借鑒、可復制的優(yōu)秀案例迫在眉睫。2022 年7 月筆者在調(diào)研寧夏回族自治區(qū)石嘴山市大武口區(qū)隆慧村的日光溫室生產(chǎn)基地時發(fā)現(xiàn)了1 座用片狀再生橡塑板作為保溫材料外貼溫室墻面的改造溫室，造價低廉、使用壽命長、保溫性能好，可作為行業(yè)內(nèi)同類溫室改造的樣板?，F(xiàn)將該改造案例介紹如下。

1 改造前溫室情況

改造溫室跨度7 m，脊高3.7 m，后墻高2.2 m，后屋面投影寬度1.5 m，總體尺寸基本符合當?shù)厝展鉁厥医ㄔO標準。溫室墻體為磚墻，山墻為370 mm 厚清水磚墻（圖1-a），后墻為雙層磚墻內(nèi)夾爐渣的3 層復合結(jié)構(gòu)墻（圖1-b），內(nèi)層承重墻厚370 mm，外層圍護墻厚240 mm，中間填充爐渣厚200 mm。由于雙層磚墻間沒有拉結(jié)或拉結(jié)不牢，外層圍護墻體有的部位出現(xiàn)局部變形或坍塌，并連帶溫室后屋面坍塌（圖1-b），為此，對出現(xiàn)安全隱患的墻體采用石壘墻垛等措施進行了加固（圖1-c）。這種加固雖然在一定程度上保障了溫室結(jié)構(gòu)的安全，但由于墻體內(nèi)保溫層失去保護，溫室的保溫性能急劇下降，嚴重影響了溫室的生產(chǎn)性能。

圖1 改造前溫室的墻體

改造前溫室的后屋面為麥草保溫屋面，從內(nèi)到外依次為膠合板承重層（圖2-a）、麥草保溫層（圖1-b）、草泥保護層（圖2-b），最后在鋪設前屋面保溫被時將保溫被的后沿延伸覆蓋到后屋面（圖2-c），形成對后屋面的加強保溫。麥草是一種價廉物美的保溫材料，該溫室后屋面的3 層構(gòu)造做法按照承重、保溫、防護的層次設置也是合理的。

圖2 改造前溫室后屋面做法

值得說明的是，溫室的后屋面采用了女兒墻（圖2-b、c），這種做法對溫室后屋面具有一定的防風作用，但對其排水卻形成了阻擋。從圖2-b 可以看出，在經(jīng)過一段時間的運行后，靠近脊部的麥草基本裸露，而在靠近女兒墻處又完全呈現(xiàn)出松散細土，這就說明雨水將溫室后屋面草泥保護層中的泥漿沖出并集聚到了女兒墻墻根。由于女兒墻的擋水作用，會使屋面雨水積聚在后屋面并大量滲透到草泥和麥草中，不僅給溫室結(jié)構(gòu)帶來額外的荷載，而且麥草長期浸水還會腐爛，降低溫室的保溫性能。實際上，女兒墻阻擋的積水也會滲透到溫室墻體，造成墻體浸水、風化，影響其強度和使用壽命。盡管當?shù)亟涤炅坎淮?，但筆者認為，在日光溫室的后墻設置女兒墻似有不妥，如果必須要設置女兒墻，則一定要保證溫室后屋面排水暢通。

2 基礎改造

原溫室的山墻基礎和后墻基礎均采用毛石基礎（圖1-a、b）。從現(xiàn)場看，基礎完好，可以不用改造直接使用。

原溫室骨架基礎采用獨立素混凝土基礎（圖3-a）。從打開的基礎看，一是基礎埋深不夠；二是基礎不規(guī)則，且上大下小，不符合基礎設計要求。為此，基礎改造采用了條形基礎，通過圈梁的形式將所有溫室骨架連接在一起。改造中在保證原有基礎不動的條件下，從基礎兩側(cè)開溝（圖3-a）、支模板（圖3-b）、澆筑混凝土（圖3-c），并在澆筑混凝土基礎時預埋固定塑料薄膜壓膜線和保溫被壓被繩的埋件。經(jīng)過養(yǎng)護后拆除模板，表面抹灰粉刷，即完成對基礎的改造。溫室骨架在后墻上的連接原溫室是直接連接在墻頂圈梁上，連接可靠，因此，本次改造保留原連接方式，內(nèi)側(cè)承重墻體、圈梁和骨架都保持原狀未動。

圖3 骨架基礎改造

3 骨架維修

原溫室的骨架采用焊接桁架，上弦桿采用鋼管，下弦桿和腹桿均采用光面鋼筋。桁架除了傳統(tǒng)的傾斜腹桿外，在上下弦桿之間還增設了垂直腹桿（圖4-a、b），增強了桁架的承載能力。從現(xiàn)場實際情況看，桁架除了有些表面銹蝕外，整體結(jié)構(gòu)完好，無明顯變形（圖3-b、4-a）。為此，在溫室改造過程中完全保留了原溫室骨架，只對其進行了表面防腐處理，打磨鐵銹、清潔底面、涂刷底漆和防銹漆（圖4-b、c）。

圖4 骨架涂刷防銹漆

由于完全保留了原溫室骨架，溫室的跨度、脊高、后屋面投影寬度等建筑參數(shù)如數(shù)保留，因此溫室的采光性能和作業(yè)空間也仍保留原樣，沒有任何提升。這或許是本次改造中的一點遺憾，但也是最經(jīng)濟的改造模式。

4 溫室墻體改造

原溫室墻體為磚墻。從現(xiàn)場看，山墻基本完好（圖1-a），后墻由于內(nèi)外兩層墻體沒有拉結(jié)或拉結(jié)不牢出現(xiàn)外層墻體局部坍塌，但內(nèi)層墻體基本完好（圖1-b）。山墻為370 mm 厚單層磚墻，后墻如果拆除外層圍護墻，內(nèi)層承重墻也會成為與山墻一樣的單層墻體，雖然墻體具有足夠的承重能力，但作為日光溫室的保溫墻體，其保溫性能將明顯不足。

為此，溫室改造采用了保留承重墻，外貼保溫板的做法。針對兩側(cè)山墻，首先剔除表面風化磚塊后局部補砌新磚，然后對墻體內(nèi)外表面進行水泥砂漿罩面（圖5-a），待水泥砂漿干燥后在墻體外側(cè)掛貼再生橡塑保溫板（圖5-b）。這種橡塑板是用廢舊橡塑材料經(jīng)過粉碎、粘合制成的具有一定柔韌性的保溫板材，其內(nèi)部為閉孔結(jié)構(gòu)，可自防水；導熱系數(shù)為0.03～0.09 W · （m · K）-1，保溫性能好；在表面保護的條件下50 年不會分解，使用壽命長，是一種生態(tài)環(huán)保型材料。這種材料的最大缺點是抗紫外線能力還不夠，為此，溫室改造中掛貼橡塑保溫板后，在其外表面再覆蓋1 層防老化的白色塑料膜（圖5-c），用卡槽、卡簧壓緊塑料膜并將其用自攻自鉆釘固定到磚墻上。再生橡塑保溫板的厚度為8 cm，自身熱阻至少為0.90 m2· K · W-1，山墻外貼橡塑保溫板后總熱阻可達1.35 m2· K · W-1，與原溫室370 mm 厚磚墻熱阻0.44 m2· K · W-1相比，保溫性能提高了3 倍。

圖5 山墻改造方法

后墻的改造模式基本和山墻相同。不同的是，原溫室后墻為3 層復合墻體結(jié)構(gòu)，改造中首先要拆除外層圍護墻體，并清理兩層墻體之間的爐渣保溫材料。之后的改造工序基本和山墻改造完全相同，包括剔除墻面風化碎磚、表面抹灰、掛貼再生橡塑保溫板、塑料膜罩面（圖6）。其中再生橡塑保溫板的厚度也采用與山墻相同的8 cm 厚板材，改造后后墻的熱阻可達1.35 m2· K · W-1以上，與原3 層復合后墻體熱阻1.41 m2· K · W-1基本相當。由于拆除了后墻的外層墻體，與之相關(guān)聯(lián)的女兒墻也被一并拆除，由此也徹底消除了原溫室屋面女兒墻阻水的問題。改造后溫室的后墻厚度由原溫室的810 mm 減薄到了450 mm，同時拆除女兒墻后使溫室后墻高度顯著降低，由此可大大延長后棟溫室的采光時間。綜上，改造方案減薄了溫室后墻、提高了保溫層防水性能、加強了溫室保溫、消除了女兒墻的阻水隱患、延長了后棟溫室的光照時間，是一種優(yōu)秀的改造方案。

圖6 后墻改造方法

墻體采用雙層復合結(jié)構(gòu)，內(nèi)層磚墻承重并被動儲放熱，外層結(jié)構(gòu)保溫隔熱，完全符合以被動儲放熱理論為基礎的現(xiàn)代日光溫室建造模式，墻體占地面積小，各層功能明確。這種溫室墻體改造方案不僅適用于同類溫室的改造，而且也可以直接用于新建溫室。

5 溫室后屋面與保溫被更換

原改造溫室后屋面采用麥草保溫屋面，從用材而言，材料來源豐富，充分利用了農(nóng)作物的廢棄物，是一種經(jīng)濟、環(huán)保、可持續(xù)的建筑材料；從保溫效果講，麥草松散，自身熱阻也較大，是一種良好的保溫材料；從使用壽命講，由于麥草是有機材料，干燥狀態(tài)下使用壽命可能較長，但在受潮或遇水后很容易發(fā)霉腐爛；此外，有機麥草中可能帶有各種蟲卵，這些蟲卵孵化后也會蠶食分解秸稈，這些因素會直接影響其使用壽命。從支撐和保護保溫層的屋面內(nèi)層承重結(jié)構(gòu)用材看，膠合板也是一種有機材料，但溫室內(nèi)的高溫、高濕空氣環(huán)境，太陽的直射和散射輻射，都會直接影響材料的使用壽命。從保護保溫層的外層材料看，草泥是一種非常經(jīng)濟且環(huán)保的建筑材料，但在長期的風吹、雨淋等外界自然環(huán)境中，表面泥土被風蝕、雨水沖刷，也會直接影響其使用壽命。

從改造溫室的現(xiàn)場看，溫室的后屋面在經(jīng)過10 多年的運行后，有的已經(jīng)坍塌（圖1-b、圖2-a），有的經(jīng)過風蝕和雨水沖刷表面泥土從草泥中分離（圖2-b），有的由于麥草腐爛、壓實，屋面局部塌陷或變形（圖2-c），不僅導致溫室后屋面保溫性能下降，而且存在嚴重的安全隱患。為此，改造溫室全部拆除了原溫室后屋面，采用厚度3 cm 的柔性橡塑發(fā)泡保溫被替代，保溫被內(nèi)外兩側(cè)用耐老化塑料膜熱合保護（圖7），材料導熱系數(shù)為0.029～0.032 W · （m · K）-1。改造中，除固定的3 cm 厚保溫被外，還將同樣材料的前屋面保溫被直接延伸到后屋面，覆蓋在固定后屋面保溫被之上，使后屋面保溫層的厚度達到6 cm，總傳熱熱阻達到2.0 m2· K · W-1，遠超過墻體的總熱阻。

圖7 溫室后屋面改造方案

這種改造方法不僅顯著減輕了溫室后屋面的荷載、提高了保溫性能，而且內(nèi)外表面防水、防老化的性能也大大提升，由此也將大大延長屋面材料的使用壽命。溫室墻體保溫層、后屋面保溫層和前屋面保溫層全部連接為一體，由此可顯著提高溫室覆蓋材料的密封性能。

溫室前屋面活動保溫被，原溫室采用針刺氈，使用多年后已經(jīng)破損，達不到保溫要求，本次改造直接進行了更換。更換的保溫被為與后屋面保溫被相同材料的橡塑發(fā)泡被，厚度3 cm，總熱阻約1.0 m2· K · W-1。值得說明的是，這種保溫被在安裝過程中采用了整體熱合的連接工藝，安裝后的保溫被為一幅整體無縫被（圖8），完全消除了傳統(tǒng)保溫被由于幅寬小而導致的保溫被幅與幅之間連接處密封不嚴的問題，使溫室的保溫性能和防水性能都得到了顯著提升。

圖8 溫室外保溫被更換

6 其他建筑構(gòu)造改造

除了溫室主體結(jié)構(gòu)的改造外，本次改造還在溫室山墻附加設置了防風擋板（圖9-a），可有效阻擋側(cè)風進入屋面保溫被，防止保溫被被風掀起；在溫室屋脊處設置了卷簾機防過卷擋桿（圖8），可有效避免卷簾機在操作過程中由于操作不當而造成保溫被卷過溫室屋脊的事故；在溫室的墻體外側(cè)設置防水地布材料覆蓋的散水（圖9-b），不僅解決了建設工程硬化地面的問題，而且有效疏解了屋面雨水對墻體的浸濕，同樣的材料用于鋪設室內(nèi)走道（圖7-b），完全解決了室內(nèi)走道硬化的問題。

圖9 其他建筑構(gòu)造改造

為方便作業(yè)人員上屋面檢查和維修卷簾機、更換塑料薄膜和保溫被、維護后屋面，本項目在改造的過程中還借用溫室門斗和后墻增加設置了屋面上人臺階（圖9-c），極大地方便了作業(yè)人員的操作和作業(yè)的安全性。為統(tǒng)一溫室的外觀色調(diào)，改造溫室的過程中也將門斗墻面進行了粉刷，使改造溫室整體煥然一新。本次改造還同時更換了塑料薄膜和卷簾機，更新了屋脊通風口及開窗機構(gòu)，設置了通風口防蟲網(wǎng)，為防止屋脊部位兜水，在通風口還設置了防兜水網(wǎng)。

7 改造后溫室及性能

該溫室2021 年改造后當年即投入運營，室內(nèi)種植番茄。圖10 為2021 年12 月27 日一晝夜室內(nèi)外溫度變化曲線。由圖可見，在室外最低溫度達到-24 ℃的條件下，改造溫室的室內(nèi)夜間最低溫度可保持在11.7 ℃，室內(nèi)外溫差達到35 ℃以上，基本保證了喜溫果菜的越冬生產(chǎn)。與沒有改造的對照溫室相比，同期室內(nèi)最低溫度還提高了2 ℃。從2021 年12 月至2022 年2 月初的整個冬季溫度變化看（表1），在室外溫度-12～-24 ℃的條件下，改造溫室內(nèi)的溫度始終保持在10 ℃以上，而沒有改造的對照溫室室內(nèi)最低溫度基本在10 ℃以下，兩者溫差為1.1～4.4 ℃。在溫室采光性能不變的條件下，改造溫室提高了室內(nèi)溫度，說明改造溫室8 cm厚再生橡塑保溫板的保溫性能至少達到了240 mm厚磚墻 + 200 mm 厚爐渣的保溫性能。說明此次溫室保溫系統(tǒng)的改造是成功的，且這種保溫系統(tǒng)改造方法也可在類似溫室和同等氣候條件下推廣應用。

表1 2021—2022 年度冬季最冷時節(jié)各旬最低溫度 ℃

圖10 改造后溫室冬季運行室內(nèi)溫度

8 改造溫室造價

本次改造溫室跨度7 m，長度50 m，總建筑面積350 m2，改造總費用72 187 元，折合單價206 元 ·m-2（表2）。

表2 溫室改造費用明細