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日光温室作为中国北方最常用的经济型节能栽培设施，有着悠久的发展历史，截止至2015年，其应用面积达到97.42万hm2，有效地解决了中国冬季蔬菜生产问题，实现了新鲜蔬菜周年供给[1]。因其优良的节能效果，伊朗、加拿大、日本、韩国、以色列、荷兰等国也对日光温室开展了研究或生产实践[2]。但是，现今被广泛推广的日光温室仍然存在一些问题亟待解决。首先，土地利用率低，日光温室后墙过厚导致日光温室的土地利用率一般在40%左右，极大浪费了土地资源；其次，建造标准不同，存在采光保温性能降低、耕作层破坏严重、室内地面过度下沉、抗灾性差等问题；再次，建造日光温室费时费工，高昂的人工成本导致了温室造价高，限制了中国设施农业的快速发展与应用；另外，手工化作业也导致了日光温室的生产效率低下。所以，目前日光温室的发展到了从数量到质量转变的关键时期，开发模块化组装式的日光温室建设是当前急需解决的问题。
组装式日光温室发展现状
目前，在中国北京、新疆、宁夏等地开发建设了组装式日光温室（图1），组装式混凝土墙体温室使用混凝土的预制板组装而成，预制板之间的缝隙用水泥粘合而成为整体；组装式骨架外覆盖涤棉材料组成的日光温室安装与运输方便，密闭性好。但组装式混凝土墙体温室的建造成本较高，墙体的蓄热、储热性能较差；组装式骨架外覆盖涤棉材料温室的后墙不具有蓄热性能，夜间室内温度过低[3]。
组装式日光温室在其他国家也被应用，比如荷兰、日本等种植设施先进的国家。荷兰的组装式日光温室采用板材拼接组成后墙（图2a）；日本的组装式日光温室是在改进的塑料大棚的北侧加了一层保温被覆盖（图2b）。
模块化组装式日光温室的设计
该研发团队提出模块化组装式日光温室建设思路，结合团队前期研究成果——日光温室后墙主动蓄放热技术[4-7]，将模块化设计的理念和方法用于温室中，就是将温室结构与生产装备从工厂生产成模块成品，一次性组装在建设现场，形成一个成熟的温室生产建筑。该温室墙体由吸热材料、蓄热材料、绝热材料等组成，结合主动蓄放热技术后具有良好的蓄放热效果（图3）。
将温室生产建筑进行模块化的革命，即温室建筑标准化、生产装备一体化，形成能够快速高效生产的温室建筑与装备，其优势如下[8]：
（1）缩短温室的设计和制造周期，加快供货速度，有利于市场竞争，有助于温室生产实现产业化。
（2）便于温室更新换代和新产品的开发，由于有许多现成的通用和专用模块，减少了新产品开发的成本和周期。
（3）通用和专用模块一般在生产和使用中都经过检验，工艺完善，产品的质量更易得到保障。
（4）可以实现温室结构的快速设计，满足不同区域、不同客户的多品种需求，提高了生产效率，例如通过将温室结构的某个模块的变化，就可实现温室结构的改变。
（5）标准设计都是根据工程实践、经过总结提高而编制成的，采用标准设计制作构配件和设备装置、零部件，工人对生产操作、施工安装都易于掌握，因而可以不断提高生产和施工安装质量，有利于保证温室工程的质量。
（6）模块化的温室结构构件，可以促进构件标准化，采用标准设计生产构配件，便于预制厂统筹安排，统一配料，可以大大节约建筑材料。
（7）模块化在温室设计中的应用，也将先进技术推广到更宽广的应用领域，促进温室结构件的标准设计与温室所用到的建筑材料的标准设计。
（8）有了温室建筑构件的标准设计，工厂可以进行工厂化大批量生产，标准构件的推广也将大大加快温室建造的速度，从而促进温室工业化的发展。
在模塊化产品设计理论的指导下，对温室进行组装式设计。首先给出了模块化组装式日光温室的设计思路，对温室进行模块划分及模块创建，并给出多种模块化设计方法的设计思路；然后对模块化温室进行了详细设计，包括墙体模块、骨架模块、栽培设施模块及环控模块4个方面。
墙体模块
◎ 墙体模块介绍
温室墙体模块主要起到蓄热、保温与承重的作用，可以在白天吸收并蓄积太阳辐射热量，在晚上缓慢释放出来，并且可以防止室内热量流失，保持室内气温维持在较高水平；另外墙体还是温室系统的受力体系，是温室覆盖材料、环境控制设备和灌溉设备、作物悬挂等栽培设施得以安装的基础。
日光温室墙体主要类型有土墙、砖墙以及多种材料组成的复合墙体。土墙一般是使用挖掘机挖土堆推成的宽厚墙体，由于墙体材料易获得、成本低、保温蓄热性能好，被广大农民接纳使用。但是这类墙体占地大，土地利用率低，墙体表面容易被雨水冲淋及冻胀侵蚀致使墙体老化脱落甚至崩塌，因此很多地方用外形美观、耐久性好的红砖墙代替。砖墙具有更好的保温蓄热效果，但是施工建造费工，造价较高，大概5～10年才能回本。而复合墙体材料是由蓄热层、保温层和绝热层组成，建筑方便，性能好，但是其较大的成本限制了其推广应用。
模块化组装式土墙温室（图4）的墙体使用速土成型机（陕西杨凌旭荣农业科技有限公司生产，以下简称“成型机”）建造，把原本松软的土壤加入一定的固化材料及水，加入到成型机里，通过巨大的压力使土壤变得密实，得到规格符合日光温室墙体建造要求的挤塑速土块，经测试其强度可满足温室墙体要求，可直接拼接在一起用于温室墙体的建设。一台成型机生产规格为1.2 m×1.2 m×1.2 m的土块用时约8 min，大大节省了温室墙体建造时间，并且减少了墙体厚度，节省了建造用土和人力。建设完成后可在外侧增附一层保温板或其他覆盖物，可以有效进行保温和防止雨水冲淋，降低了成本并增加了美观度。
将挤塑速土块（干）、挤塑速土块（湿）与夯土墙、碾压墙土块进行对比，测试结果如表1所示，挤塑速土块（干）比人工电夯的夯土墙密度提高7.8%，无侧限抗压强度提高11.8%；比流行的推土机碾压的碾压墙密度提高13.5%，无侧限抗压强度提高90%；提高了日光温室后墙的蓄热能力（土壤密度越大，蓄热性能越好）和强度稳定性。因此，挤塑速土块强度优于夯土墙，即使刚制出的湿土块也优于当前普遍使用的碾压墙。
组装式日光温室发展现状
目前，在中国北京、新疆、宁夏等地开发建设了组装式日光温室（图1），组装式混凝土墙体温室使用混凝土的预制板组装而成，预制板之间的缝隙用水泥粘合而成为整体；组装式骨架外覆盖涤棉材料组成的日光温室安装与运输方便，密闭性好。但组装式混凝土墙体温室的建造成本较高，墙体的蓄热、储热性能较差；组装式骨架外覆盖涤棉材料温室的后墙不具有蓄热性能，夜间室内温度过低[3]。
组装式日光温室在其他国家也被应用，比如荷兰、日本等种植设施先进的国家。荷兰的组装式日光温室采用板材拼接组成后墙（图2a）；日本的组装式日光温室是在改进的塑料大棚的北侧加了一层保温被覆盖（图2b）。
模块化组装式日光温室的设计
该研发团队提出模块化组装式日光温室建设思路，结合团队前期研究成果——日光温室后墙主动蓄放热技术[4-7]，将模块化设计的理念和方法用于温室中，就是将温室结构与生产装备从工厂生产成模块成品，一次性组装在建设现场，形成一个成熟的温室生产建筑。该温室墙体由吸热材料、蓄热材料、绝热材料等组成，结合主动蓄放热技术后具有良好的蓄放热效果（图3）。
将温室生产建筑进行模块化的革命，即温室建筑标准化、生产装备一体化，形成能够快速高效生产的温室建筑与装备，其优势如下[8]：
（1）缩短温室的设计和制造周期，加快供货速度，有利于市场竞争，有助于温室生产实现产业化。
（2）便于温室更新换代和新产品的开发，由于有许多现成的通用和专用模块，减少了新产品开发的成本和周期。
（3）通用和专用模块一般在生产和使用中都经过检验，工艺完善，产品的质量更易得到保障。
（4）可以实现温室结构的快速设计，满足不同区域、不同客户的多品种需求，提高了生产效率，例如通过将温室结构的某个模块的变化，就可实现温室结构的改变。
（5）标准设计都是根据工程实践、经过总结提高而编制成的，采用标准设计制作构配件和设备装置、零部件，工人对生产操作、施工安装都易于掌握，因而可以不断提高生产和施工安装质量，有利于保证温室工程的质量。
（6）模块化的温室结构构件，可以促进构件标准化，采用标准设计生产构配件，便于预制厂统筹安排，统一配料，可以大大节约建筑材料。
（7）模块化在温室设计中的应用，也将先进技术推广到更宽广的应用领域，促进温室结构件的标准设计与温室所用到的建筑材料的标准设计。
（8）有了温室建筑构件的标准设计，工厂可以进行工厂化大批量生产，标准构件的推广也将大大加快温室建造的速度，从而促进温室工业化的发展。
在模塊化产品设计理论的指导下，对温室进行组装式设计。首先给出了模块化组装式日光温室的设计思路，对温室进行模块划分及模块创建，并给出多种模块化设计方法的设计思路；然后对模块化温室进行了详细设计，包括墙体模块、骨架模块、栽培设施模块及环控模块4个方面。
墙体模块
◎ 墙体模块介绍
温室墙体模块主要起到蓄热、保温与承重的作用，可以在白天吸收并蓄积太阳辐射热量，在晚上缓慢释放出来，并且可以防止室内热量流失，保持室内气温维持在较高水平；另外墙体还是温室系统的受力体系，是温室覆盖材料、环境控制设备和灌溉设备、作物悬挂等栽培设施得以安装的基础。
日光温室墙体主要类型有土墙、砖墙以及多种材料组成的复合墙体。土墙一般是使用挖掘机挖土堆推成的宽厚墙体，由于墙体材料易获得、成本低、保温蓄热性能好，被广大农民接纳使用。但是这类墙体占地大，土地利用率低，墙体表面容易被雨水冲淋及冻胀侵蚀致使墙体老化脱落甚至崩塌，因此很多地方用外形美观、耐久性好的红砖墙代替。砖墙具有更好的保温蓄热效果，但是施工建造费工，造价较高，大概5～10年才能回本。而复合墙体材料是由蓄热层、保温层和绝热层组成，建筑方便，性能好，但是其较大的成本限制了其推广应用。
模块化组装式土墙温室（图4）的墙体使用速土成型机（陕西杨凌旭荣农业科技有限公司生产，以下简称“成型机”）建造，把原本松软的土壤加入一定的固化材料及水，加入到成型机里，通过巨大的压力使土壤变得密实，得到规格符合日光温室墙体建造要求的挤塑速土块，经测试其强度可满足温室墙体要求，可直接拼接在一起用于温室墙体的建设。一台成型机生产规格为1.2 m×1.2 m×1.2 m的土块用时约8 min，大大节省了温室墙体建造时间，并且减少了墙体厚度，节省了建造用土和人力。建设完成后可在外侧增附一层保温板或其他覆盖物，可以有效进行保温和防止雨水冲淋，降低了成本并增加了美观度。
将挤塑速土块（干）、挤塑速土块（湿）与夯土墙、碾压墙土块进行对比，测试结果如表1所示，挤塑速土块（干）比人工电夯的夯土墙密度提高7.8%，无侧限抗压强度提高11.8%；比流行的推土机碾压的碾压墙密度提高13.5%，无侧限抗压强度提高90%；提高了日光温室后墙的蓄热能力（土壤密度越大，蓄热性能越好）和强度稳定性。因此，挤塑速土块强度优于夯土墙，即使刚制出的湿土块也优于当前普遍使用的碾压墙。