日光温室墙体“变形记”

编者按：总结过去是为了更好地着眼当前，展望未来。本文作者以30多年对中国日光温室的所见所闻，以日光温室墙体的变迁为例，给广大读者系统勾画出我国日光温室创新发展的历史轨迹和经验沉淀，以便梳理发展成果、普及成熟技术、启迪研究思路，为我国日光温室未来更好更快地发展提供一些可供借鉴的经验和智慧。
　　日光温室的墙体结构及建造材料的更新与发展，是随着人们对日光温室墙体功能的研究和认识、温室建设要求的提升、建筑材料的变化以及建造技术的革新而同步发展的。
　　在近30多年的发展历程中，日光温室的墙体结构从最早的土墙结构发展到砖墙结构，从蓄热保温的复合墙体发展到隔热围护的单功能墙体，建筑材料更是因地制宜、就地取材，从生土、砖石、作物秸秆等传统建材发展到保温彩钢板、加气混凝土块、大型楼屋面板、发泡水泥等现代建筑材料，使温室建造的工业化、标准化水平不断提升，墙体设计的理念也在不断更新，可以说当前日光温室墙体结构和材料已经走到了一个创新与变革的年代。
　　土墙结构  日光温室墙体承载着温室的围护、结构承重和保温蓄热等多重功能，因此，墙体材料和墙体结构性能的好坏直接影响日光温室整体性能。
　　从日光温室建设的性价比分析，墙体材料选择应该考虑以下因素：①易获取性；②成本；③承载能力；④保温性能；⑤蓄热性能；⑥砌筑的建设速度；⑦对环境的影响。综合考虑以上诸多因素，发现土墙是很理想的日光温室墙体，因此，我国日光温室建造大部分墙体采用土墙结构，至今仍是广大农村日光温室建设的主流。
　　以土为建筑材料的墙体做法有两种形式：干打垒和堆土碾压。早期在我国的西北地区，日光温室的土墙主要采用干打垒结构。这种结构耐久性好，结构占地面积小，尤其适合降雨量较小的干旱或半干旱地区；材料主要以黏土和黄土为主，可就地取材，其中若掺杂一些麦草或稻草秸，更能提高墙体的强度。
　　但打造干打垒结构主要依靠人工，建造费时费工，所以在我国东部经济发达地区革新创造了堆土后墙，目前发展为机打土墙结构，就是用履带机直接碾压堆土，形成宽厚墙体，再用挖掘机裁出温室内墙面，即形成宽厚的温室墙体。由于结构宽厚，这种墙体的保温性和承载能力都得到了保证，而且施工速度快、造价低，因此，受到广大农民欢迎，得到快速推广。
　　土墙结构也存在一些天然的缺陷：①结构的耐久性差；②各地土质不同，墙体的性能差异较大（沙质土壤不能打墙）；③吸湿能力强，潮湿后保温能力下降很快；④墙体防雨水冲刷的能力差；⑤材料的保温性能较差，要满足温室的保温，必须建造很厚的墙体，导致占地面积大，土地利用率低；⑥墙体建造对土壤的破坏比较严重，尤其对可以用作种植的有机质土层破坏严重，土壤肥力恢复时间长，改造花费成本也高。可见，土墙结构的缺点几乎和优点一样多。因此，长久以来，人们一直在研究和探索替代土墙的新的建筑材料和建造技术。
　　砖墙结构  黏土砖是最早用于替代土墙的建筑材料。与土墙结构相比，砖墙结构具有耐久性好，占地面积小、外观美观、承载能力强等优点，但相应造价也较高。此外，由于黏土砖的导热性与土壤相差无几，实心的砖墙，不论墙体厚度是24厘米、37厘米还是49厘米，其保温性能都无法与3米至7米的宽厚土墙相比较，难以满足日光温室的保温要求，因此，早期的做法是采用空心墙或夹心复合墙，利用空气或填充保温材料的绝热性能来提高墙体的保温性能。保温性能的好坏取决于填充材料的性能。
　　可填充的保温材料包括炉渣、珍珠岩、蛭石、陶粒、土等松散保温材料以及聚苯乙烯泡沫板等块状材料。研究发现，由于两堵墙体之间空隙一般宽度在10厘米至12厘米，空气在其中容易形成上下对流，使空心墙体的保温性能远达不到理想的静止空气隔热的效果，因此，在实践中基本不采用空心墙体，而采用填充墙体。但松散材料的保温墙体，由于材料容易吸潮，而且随着时间的延长，保温材料在自重作用下逐渐被压实，造成墙体上部自然形成空心，保温性能下降。有鉴于此，用吸潮性差的聚苯乙烯泡沫板作墙体保温层就成了夹心墙体的主流。用这种材料，墙体厚度薄，占地面积少，施工速度快，虽然价格较高，但在具有一定经济实力的示范园区建设中被大量采用。
　　通过实践人们逐步认识到，这种夹心结构墙体与日光温室墙体保温蓄热的理论有一定冲突。长期以来大家认为，温室墙体的内侧材料主要起储热放热的作用，而外侧保温层则主要起隔热的作用，也就是主要抵御外部冷量侵入，同时阻止内部墙体热量扩散。从这种理论分析，如果将保温层设在墙体的中间，保温层的外侧墙体对温室整体性的保温基本没有太大作用，它的存在只是保温层的一个围护结构，对松散保温材料还有其存在的必要性，但对块状保温材料而言则基本没有存在的必要。所以，对块状保温材料，墙体结构的革新直接演变成了外贴式，即取消复合墙体的外层砖墙，直接外贴聚苯乙烯泡沫板，而且进一步延伸，用其他保温性能良好的砌筑材料替代传统的聚苯乙烯泡沫板。这样不仅革新了墙体结构，而且使墙体材料获取的渠道也更加丰富.
　　外贴保温层的做法，使保温层与砖墙的结合更加紧密，砖墙也可以从夹心墙的两堵24厘米厚墙体简化为一堵24厘米或37厘米厚砖墙，不仅节约了建设用地，而且节约了投资，提高了温室墙体的建设速度，也增强了温室的保温性能。目前这种做法已经成为日光温室砖墙结构建设的主流。
　　为进一步增强这种墙体结构内层砖墙的储热和放热能力，新的墙体革新主要体现在：一是采用热惰性更强的水泥砖材料替代传统的黏土砖材料，通过提高建筑材料的储放热能力来提升墙体的储放热性能；二是在建造砌筑方法上采用了波浪形或蜂窝状墙体砌筑方法，通过增大墙体内表面的比表面积，加大墙体与温室内空气的热交换，来增强墙体的储放热能力。研究表明，这种做法可有效地增加温室墙体的储热和放热量，对提高温室夜间温度具有良好的效果。但波浪形或蜂窝状墙体砌筑方法，由于施工速度慢，人工成本高，相应增加了墙体的建造成本，因此，没有得到大量推广。
　　新型墙体结构与材料　黏土砖由于制造和烧结过程中大量消耗土壤和能源，破坏耕地和生态，因此，早在上世纪80年代国家建设部就开始禁止在民用建筑中使用，这一政策目前已扩散到广大的农村建筑中，致使日光温室建设中黏土砖的来源渠道越来越少，价格越来越高。在这种客观形势的驱动下，人们迫切需要改革传统日光温室的砖墙结构，于是产生了各色各样的新型日光温室墙体结构和材料。
　　创新日光温室墙体结构和材料，首先要突破传统日光温室墙体储热放热的理论体系，也就是日光温室的墙体不再承载储热放热的功能，甚至其承重功能也被框架结构体系所替代，而只是日光温室的围护结构，只要能满足良好的隔热要求即可。在这里笔者将其称之为单一功能墙体，以区别于前述的复合功能墙体。
　　目前实现单一功能的墙体结构也有多种形式，如草墙、聚苯乙烯泡沫板墙、聚苯乙烯泡沫空心砖墙、整体发泡水泥墙、大型屋面空心板墙等。
　　草墙结构有两种建造方法：一种是“草砖”垒砌，另一种是“草苫”铺挂。
　　“草砖墙”是将麦草或稻草打成正方体或长方体草捆，像砌筑砖墙一样将草捆堆码成墙，在草墙内外两侧挂防水层，可以是水泥砂浆防水层，也可以是草泥防水层，有的温室还在墙体的外侧砌筑一层泡沫水泥空心砖，可进一步起到保护草墙的作用。
　　“草苫墙”是用专门的编制机将稻草或玉米秸秆如同前屋面保温草苫一样编制成厚度约10厘米的草苫，直接铺挂在温室的支撑骨架上，温室墙体和后屋面均可以采用相同的材料，内外两侧用塑料薄膜围护做防水。这种做法充分利用了农作物的秸秆，原料可就地取材，结构自身重量轻，生态环保，在降雨量少的干旱、半干旱地区也具有一定的耐久性。
　　聚苯乙烯泡沫板墙体也有两种做法：一种是直接用工厂化生产的彩钢板材料，即在两层经表面处理的压型钢板中间，填充聚苯乙烯、岩棉、玻璃纤维、聚氨酯等保温材料而形成的整体式板材，现场组装拼接，形成墙体；另一种就是将聚苯乙烯泡沫板直接挂靠在温室骨架上，内外两侧挂水泥浆防水。相对而言，前者建造速度快，使用寿命长，材料色泽丰富，但造价较高，而后者造价便宜，但建造速度慢。
　　聚苯乙烯泡沫空心砖墙就是在工厂将聚苯乙烯发泡成型为空心砖，根据温室墙体的部位不同，可以成型为不同形状的空心砖，砖与砖之间采用插接连接，现场组装，施工速度快，材料浪费少。温室承重的框架可以直接安装在空心砖的孔洞中，不再占用温室空间，温室内外表面美观整洁。白色的聚苯乙烯板还具有一定的反光能力，可提高温室内光照分布的均匀性，特别是提高了温室北墙附近的光照强度。
　　发泡水泥墙是先用建筑模板搭建墙体外形，之后向模板内注入发泡水泥，待发泡水泥膨胀后，在建筑模板中即形成连续的墙体。这种墙体结构一次成型，密封性好，而且由于发泡水泥内部是闭孔结构，表面无需进行防水处理，材料的导热系数很小，基本与上述聚苯乙烯泡沫板相当，因此，具有良好的保温隔热效果。但这种墙体施工需要大量的建筑模板，现场浇筑后还需要精心养护才能达到理想的效果。
　　上述新型材料及其墙体结构，目前在生产中已有研究性应用。相信，随着研究的不断深入和建造技术的不断提升，这些技术将会很快走向实用，成为未来日光温室建设的新宠，而且未来可能还会有更多、更好的新型墙体材料和墙体结构不断呈现在温室建设者的面前，成为我国日光温室现代化建设的重要技术支撑。