高效节能，双层棚半地下日光温室越冬生产效果如何？
吉林省位于东北地区中部，地处北纬 40°50′~46°19′、东经 121°38′~131°19′ 之 间，属北温带大陆性季风气候，四季分明，冬季长达5个月。由于这种气候特点，当地设施生产主要以日光温室为主，但日光温室生产受低温、风雪等灾害性天气的影响很大。吉林省农业机械研究院设施农业技术研究所多年来致力于高寒地区节能日光温室技术研究，在蓄热、保温、环境调控方面成效显著，其研制的双层棚半地下高效节能日光温室实现了冬季不采暖或少采暖进行生产。文章对该温室结构和相关技术进行介绍。
双层棚半地下高效节能日光温室（图1）总体采用半地下、双层棚结构，内置保温被。日光温室棚面采用大采光面短后坡桁架结构，整体采用薄膜覆盖，后设置卷膜器。种植区下卧 0.5 m，地下0.4 m 铺设陶管安装地中热交换系统，四周铺设防寒保温层，后墙采用异质复合蓄热保温墙体。
图 1 双层棚半地下高效节能日光温室
温室外建薄膜大棚，起到防雨、雪、防寒作用，前后设置卷膜器，根据气候情况卷放。保温被置于内外棚之间，不受风、雨雪侵蚀，保温效果好，可采用轻型卷帘机、轻质保温被。温室通过物联网控制系统对通风、加温、卷帘、灌溉等集中自动控制（图 2）。
图 2 双层棚半地下高效节能日光温室立面图
日光温室设计
以吉林省农业机械研究院不采暖实验温室为研究平台，以冬至日阳光最大限度进入棚内为原则进行设计。冬至日太阳高度角最小，白天最短。日光温室方位角，在北方地区，早晨气温低，过早揭帘热量损失较大，通过上午晚揭帘下午晚放帘的方法，延长下午光照时间，可以增加白天积温。经过试验，温室方位角偏西 4°~6°，延后 1 h 左右效果较好。温室入射角大小直接影响采光效果。一般入射角在 0~40° 时，影响较小，40°~60° 时透光率显著下降，60° 以上透光率急剧下降。
温室结构参数
温室跨度 8 m，后墙高 2 m，顶 高 3.2 m，后坡投影 1 m，棚面采用短后坡圆弧型桁架结构，棚内无支柱，利于机械化作业。弧面坡角 68°~2° 逐渐变小。长春地区冬至日正午太阳高度角约为 23°，阳光基本以小入射角进入棚内辐射地面及后墙。
外层防护大棚结构参数
整体采用圆弧形桁架结构，跨度 12 m，顶高 4.8 m，前、后各距温室外沿 1.5 m，后立面竖直高度 1.8 m。由于后立面的设计，弧面高点前移，落雪可自行滑落，棚面不需清雪，大大减少了工作量。前后设置卷膜器，根据季节及气候情况卷放 ，提高透光效率。由于外层防护大棚的使用，保温被不受风、雨、雪侵蚀，大大延长保温被使用寿命。因此可采用轻质保温被、轻型电动卷帘机，减少投入及运行成本。有利于自动控制系统应用。电动卷帘装置，采用轻型棉质保温被整体覆盖，后坡、前沿设置双层保温被，提高温室保温效果，伸缩杆式支臂卷帘机自动卷放。
地中热交换环境调控系统
温室种植区下卧 0.5 m，四周设置防寒层，半地下式结构有助于减少热量散失，提高地温，冬暖夏凉。地下 0.4 m布置陶管，间距 1 m，3 条 1 组，首尾相连，一端安装风机，风机采用引风方式以减小风压损失，中午温室内温度较高时启动风机将多余热量导入地下蓄热，调节室温（图 3）。
图 3 地中热交换系统
水传导蓄热系统
异质复合蓄热保温墙体（配有水传导蓄热系统，图 4）是“红砖 + 土层 + 空心砖 + 岩棉板”墙体结构，墙体由 240 mm烧结砖，400 mm 土层，240 mm空心砖与 100 mm A 级岩棉板构成多层异质复合蓄热保温墙体。内墙挂蓄热 PE 水管，在土层内环绕，共 10 条，水管通过循环泵与储水箱相连，水泵定时循环，提高墙体内部蓄热能力。白天热量导入墙体，夜间缓慢释放，以维持室内温度在较高水平。蓄热水箱安装于温室一端，设计成长方体结构，安装高度尽量高一些，形成高差以用于重力滴灌，容积不小于 4 m3 ，在蓄热同时还可用于灌溉。
图 4 水传导蓄热系统
空气传导蓄热保温墙体（图 5），即“多孔砖 + 红砖 + 岩棉板”墙体结构，墙体由240 mm 多 孔 蜂 窝 砖、240 mm烧结砖、100 mm A 级岩棉板构成多层异质复合蓄热保温墙体。白天热空气通过多孔砖将热量导入墙体，夜间缓慢释放，以维持室内温度在较高水平。
图 5 空气传导蓄热保温墙体
辅助加热、除湿系统由于温室密闭性较好，棚内湿度较大，棚面容易结露，可采取以下措施降低棚内湿度。一是采用精准灌溉技术，膜下滴灌，少浇勤浇，精准控制作物需水量；二是配备辅助热风系统（图 6），在温室前沿布置热风管道，极端连阴天气可以用于辅助加温，湿度大时可以用于除湿，该系统可通过物联网控制系统自动控制。
图 6 辅助加热、除湿系统
表 1 冬季不用采暖节能日光温室试验数据（2016 年 12 月 6~12 日，测试时间为9:00~15:00）
冬季不用采暖节能日光温室性能测试如表 1 所示，经过2 年试验，该新型节能日光温室冬季晴天基本不用采暖，极端天气或连阴天少采暖，且棚面不积雪，减少设施维护工作量，增加了保温被使用寿命。通过多种工程技术手段的综合应用，在增加较少成本情况下实现节能减排以及自动化管理，降低劳动强度。半地下双层棚节能日光温室在高寒地区具有广阔的应用前景。