第 10 卷 第 2 期 農(nóng) 業(yè) 工 程 Vol 10 No 2 2020 年 2 月 Agricultural Engineering Feb 2020 收稿日期 2019 10 14 修回日期 2019 12 03 作者簡介 董微 碩士 農(nóng)藝師 研究方向 設施農(nóng)業(yè) E mail dongwei2016 126 com 在線投稿 www d1ae com 屋面全開啟拱形連棟膜溫室設計與應用 董 微 1 2 3 李秀剛 2 3 周增產(chǎn) 1 2 3 陳立振 2 3 蘭立波 2 3 田風梅 2 3 1 北京市農(nóng)業(yè)機械研究所有限公司 北京 100096 2 北京京鵬環(huán)球科技股份有限公司 北京 100094 3 北京市植物工廠工程技術研究中心 北京 100094 摘 要 該文以屋面全開啟拱形連棟膜溫室項目為例 詳細論述了屋面全開啟拱形連棟膜溫室的結構設計 研究表 明 屋面全開啟拱形連棟膜溫室排風口接近溫室頂部 大大提高了通風面積 可快速除去溫室內(nèi)的高溫高濕空氣 達 到快速交換空氣的效果 同時可為作物生長提供自然光照 關鍵詞 屋面全開啟 連棟 膜溫室 中圖分類號 S625 1 文獻標識碼 A 文章編號 2095 1795 2020 02 0033 05 Design and Application of oof Full open Arched Multi span Membrane Greenhouse DONG Wei 1 2 3 LI Xiugang 2 3 ZHOU Zengchan 1 2 3 CHEN Lizhen 2 3 LAN Libo 2 3 TIAN Fengmei 2 3 1 Beijing Agricultural Machinery Institute Co Ltd Beijing 100096 China 2 Beijing Kingpeng International Hi tech Corporation Beijing 100094 China 3 Beijing Plant Engineering Technology esearch Center Beijing 100094 China Abstract The project of roof full open arched multi span membrane greenhouse was selected As an example structure design of roof full open arched multi span membrane greenhouse was discussed in detail The air outlet was close to the top of green house which greatly improved ventilation area It could quickly remove high temperature and humidity air in the greenhouse and achieve effect of rapid air exchange At the same time it provide natural light for crop growth Keywords roof full open multi span membrane greenhouse 0 引言 自然通風主要依靠外部風壓和內(nèi)外空氣熱壓使空 氣流動 從而達到交換室內(nèi)外空氣的目的 是溫室栽 培中一個重要的過程 1 2 合理設置溫室通風方式 可以排除溫室內(nèi)的余熱 余濕 增加溫室內(nèi) CO 2 含 量 改善溫室內(nèi)的環(huán)境 從而有效提高各類設施環(huán)境 控制裝備的高效性及節(jié)能性 3 5 屋面開窗是溫室自 然通風的主要形式 6 屋面連續(xù)開窗能夠保證室內(nèi) 氣流均勻 溫度場穩(wěn)定 是大部分溫室 尤其是塑料 薄膜溫室的主要開窗方式 7 9 在溫室設施的研究表明 覆蓋材料為玻璃的連棟 溫室已有屋頂全開啟的形式 而連棟膜溫室鮮有相關 方面的研究 10 11 本文以北京市農(nóng)業(yè)機械研究所有 限公司與北京京鵬環(huán)球科技股份有限公司共建的屋面 全開啟拱形連棟膜溫室項目作為實例 闡述屋面全開 啟拱形連棟膜溫室的設計方案 1 溫室組成 屋面全開啟拱形連棟膜溫室由主體結構 覆蓋材 料和配套設施構成 其平面圖如圖 1 所示 溫室主體 結構包括立柱 大梁 水槽和桁架等 溫室立面覆蓋 材料采用 0 3 mm 厚高強編制膜 頂部采用 0 2 mm 厚防蟲膜 配套設施有自然通風系統(tǒng) 通風降溫系 統(tǒng) 遮陽系統(tǒng) 水肥系統(tǒng) 栽培槽系統(tǒng) 智能環(huán)境控 制系統(tǒng)和配電系統(tǒng)等 溫室的自然通風系統(tǒng)采用半弧 形電動開啟齒輪齒條開窗方式 由減速電機 齒輪齒 條 防蟲網(wǎng)和鋁合金卷軸等部分組成 2 結構特點 屋面全開啟拱形連棟膜溫室打破了傳統(tǒng)的溫室頂 部固定的方式 采用了以溫室天溝為固定軸 整個屋 頂能繞天溝旋轉達到溫室頂部全開的目的 給作物的 生長提供全部的自然光照 滿足作物生長所需的多種 農(nóng)業(yè)工程 生物環(huán)境與能源 圖 1 屋面全開啟拱形連棟膜溫室平面圖 Fig 1 Plane figure of roof full open arched multi span membrane greenhouse 光譜能量的需求 提供了充分的通風效果 通風換氣 比接近 100 屋面全開啟拱形連棟膜溫室運行成本比目前的同 類型溫室低 排風口接近溫室頂部 大大提高了通風 面積 可快速除去溫室內(nèi)的高溫高濕空氣 達到快速 交換空氣的效果 屋面全開啟拱形連棟膜溫室可為對 氣候性要求比較嚴格的作物提供理想的生長環(huán)境 使 作物生長環(huán)境接近大自然 3 項目實施地氣候資源情況 項目實施地陵水黎族自治縣位于海南島的東南部 地理坐標為北緯 18 22 18 47 東經(jīng) 109 45 110 08 東瀕南海 南與三亞市毗鄰 西與保亭縣交界 北與萬寧市 瓊中縣接壤 由于地處北回歸線以南 氣候屬熱帶島嶼性季風氣候 高溫多雨 冬天嚴寒 干濕季分明 夏秋多雨 冬春干燥 年平均氣溫 25 2 年平均雨量為 1 500 2 500 mm 主要集中在每年 的 8 10 月 光照充足 全年無霜 四季常青 適宜 熱帶作物和反季節(jié)瓜菜的種植 但由于受島嶼性季風 的影響 平均受 3 5 次 年臺風的襲擊 最大風力達 14 級 風速 45 m s 4 相關設計 4 1 溫室功能 屋面全開啟拱形連棟膜溫室主要用于工廠化果菜 生產(chǎn) 體現(xiàn)低碳節(jié)能 精準遠程控制和自動化采收裝 備等現(xiàn)代設施農(nóng)業(yè)高新技術 4 2 基本布局 屋面全開啟拱形連棟膜溫室面積為 73 080 m 2 分為生產(chǎn)區(qū)和走廊兩大部分 溫室中部設置一條東西 走向 5 m 寬的工作走廊 走廊采用縱向頂設計的方 式 目的主要是保證走廊部分和其他區(qū)域的獨立 頂 部采用 6 套通風機構進行通風 更有效地解決獨立通 風 不影響其他區(qū)域的生產(chǎn)作業(yè) 4 3 設計依據(jù) GB T 50009 2001 建筑結構荷載規(guī)范 GB T 19791 2005 溫室防蟲網(wǎng)設計安裝規(guī)范 GB T 18621 2002 溫室通風設計規(guī)范 JB T 10296 2001 溫室電氣布線設計規(guī)范 JB T 10288 2001 連棟溫室結構 JB T 10297 2001 溫室加熱系統(tǒng) 設計規(guī)范 JB T 10306 2001 溫室控制系統(tǒng)設計 規(guī)范 4 4 性能指標 性能指標如表 1 所示 表 1 屋面全開啟拱形連棟膜溫室性能指標 Tab 1 Performance indicators of roof full open arched multi span membrane greenhouse 項目 值 承載風壓 m s 1 41 4 吊載 kg m 2 25 最大排雨量 mm h 1 160 雙側加中間排水 使用壽命 年 20 4 5 總體設計方案 北京市農(nóng)業(yè)機械研究所有限公司與北京京鵬環(huán)球 科技股份有限公司共建的屋面全開啟拱形連棟膜溫室 采用東西方向排跨 南北方向排開間 天溝為南北走 向 溫室跨度 8 m 開間 4 m 桁架間距 4 m 肩高 5 5 m 外遮陽高 8 5 m 跨度方向走道 5 m 開間方 向走道 4 m 其立面圖如圖 2 所示 主體骨架采用熱鍍鋅輕鋼結構 頂部采用熱鍍鋅 圓管 使用壽命長達 20 年以上 考慮到項目實施地 的氣候特點 項目設計中采用了特殊的結構 以增強 溫室抗風能力 4 6 抗風結構設計 項目實施地屬熱帶島嶼性季風氣候 由于受島嶼 性季風的影響 平均受 3 5 次 年臺風的襲擊 最大 風力達 14級 為此本項目溫室抗風結構進行了下述 43 董微 等 屋面全開啟拱形連棟膜溫室設計與應用 圖 2 屋面全開啟拱形連棟膜溫室立面圖 Fig 2 Elevation of roof full open arched multi span membrane greenhouse 優(yōu)化設計 1 整棟溫室設計了 6 道柱間支撐 使溫室更具 有牢固性 2 水槽和頂部固定窗邊鏈接部分采用鋁合金軸 進行鏈接 能夠增加固定邊牢固性和使用性 且不生 銹 對溫室沒有腐蝕 3 外遮陽頂部骨架采用跨度方向 8 m 大梁 的方式 4 m 開間位置一道縱拉桿 8 m 梁中間一道 4 m 縱拉桿 側面 3 道撐桿設計加強穩(wěn)固和抗風性設 計 整個頂部 4 道立柱拉筋設計 端部采用三角梁進 行加強 4 四周立面卷膜端部采用防風板設計 主要是 遮擋端部的軸頭抗風和端部的側面薄膜防風 增加端 部抗風能力 5 溫室四周采用壓膜帶和壓膜桿設計 圖 3 增強邊部側面通風系統(tǒng)的抗風性能 6 增加防風拉筋設計 起到固定溫室 加強抗 風性能的作用 7 側面卡槽全部采用扣條進行壓扣 既美觀 又能夠防止卡簧被大風吹起 8 溫室側立面卷膜器增加了萬向節(jié)設計 由于 圖 3 壓膜帶和壓膜桿 Fig 3 Film belt and film rod 溫室的每個角都有卷膜器 長時間使用易造成卷膜和 薄膜互相干擾 而萬向節(jié)可以使卷膜軸更好地貼近溫 室立柱 增強抗風性能 9 溫室側面采用 0 3 mm 厚的進口高強編制膜進 行覆蓋 頂部采用進口金象 0 2 mm 厚防蟲膜覆蓋 10 溫室四周立面卷膜采用鋁合金卷軸 有效 加強了溫室的抗風性 同時提高了溫室的美觀性 11 落水管設計在溫室內(nèi)部 可防止臺風對落 水管的破壞 12 溫室頂部通風窗口末端全部多增加 1 排齒 輪齒條 以提高最外側通風窗口的抗風性能 4 7 全開啟屋面設計 全開啟屋面采用半弧形電動開啟齒輪齒條開窗方 式 圖 4 開啟的高度約為 1 5 m 可實現(xiàn)膜溫室 兩屋面整體開啟 實現(xiàn)了溫室內(nèi)外空氣的快速流通和 交換 從而達到降溫除濕的效果 通風屋面的開窗橫 桿與膜溫室固定框之間采用整張的 40 目折疊式尼龍 防蟲網(wǎng) 防止室外雜物及病蟲害進入室內(nèi) 有效解決 關閉天窗時防蟲網(wǎng)不能全部收回的問題 提高溫室保 溫性能 53 農(nóng)業(yè)工程 生物環(huán)境與能源 圖 4 天窗平面布局 Fig 4 Skylight plane layout 溫室屋面開啟時示意如圖 5 所示 溫室兩坡屋面 以相鄰的天溝為軸 通過半弧形齒輪齒條驅動而實現(xiàn) 相鄰兩坡屋面的開啟與閉合 開窗電機座固定在開窗 傳動軸上 再將開窗電機用螺栓安裝于開窗電機座 上 開窗軸支座安裝于開窗傳動軸上 開窗臂通過開 窗臂絞軸固定在開窗軸支座上 開窗電機通過鏈輪驅 動開窗傳動軸 1 組齒輪按一定間距套裝于開窗傳動 軸上 各齒輪外齒嚙合一齒條 齒條端部通過齒條連 接件與開窗臂鉸接 1 桁架梁 2 立柱 3 膜溫室天溝 4 開窗臂 5 屋頂圓拱 6 開窗橫桿 7 開窗齒條 8 折疊式防蟲網(wǎng) 9 屋頂縱拉桿 10 副桿 11 開窗電機 圖 5 溫室屋面開啟時示意 Fig 5 Diagrammatic sketch of roof full open arched multi span membrane greenhouse 5 應用情況 屋面全開啟拱形連棟膜溫室已于 2016 年投入使 用 圖 6 近 3 年的使用情況驗證了溫室良好的抗 風性能和通風降溫效果 該類溫室主要進行西紅柿 西瓜等果菜的種植 種植效果良好 溫室采用了京鵬 設計開發(fā)的全開啟屋面 營養(yǎng)液循環(huán)再利用系統(tǒng) 電 動液壓采摘車等配套設施 上述配套設施的應用 為 屋面全開啟拱形連棟膜溫室實現(xiàn)優(yōu)質 高產(chǎn)奠定了基 礎 圖 6 屋面全開啟拱形連棟膜溫室內(nèi)外景 Fig 6 Interior and exterior of roof full open arched multi span membrane greenhouse 63 董 微 等 屋面全開啟拱形連棟膜溫室設計與應用 6 結 束 語 屋面全開啟拱形連棟膜溫室可實現(xiàn)膜溫室兩屋面 整 體 開啟 實現(xiàn)了溫室內(nèi)外空氣的快速流通和交換 從而達到降溫除濕的效果 同時可為作物生長提供自 然光照 在通風屋面的側框邊緣安裝折疊式防蟲網(wǎng) 密封性好 能夠有效解決關閉天窗時防蟲網(wǎng)不能全部 收回的問題 提高了溫室保溫性能 參 考 文獻 1 姜 雄 暉 劉淑珍 溫室開窗機構研究 J 中國農(nóng)機化 2006 3 63 67 JIANG Xionghui LIU Shuzhen Study actuality of ventilation J Chinese Agricultural Mechanization 2006 3 63 67 2 張蓓 陳 偉旭 金鹍鵬 等 北方現(xiàn)代溫室開窗系統(tǒng)的研究 J 農(nóng)機化研究 2012 8 255 258 ZHANG Bei CHEN Weixu JIN Kunpeng et al esearch on the north of modern greenhouse s open window system J Journal of Agricultural Mechanization esearch 2012 8 255 258 3 陸春 勝 一種屋脊大開窗玻璃溫室開窗機構的設計 J 上海 農(nóng)業(yè)學報 2007 23 4 76 79 LU Chunsheng The design of windowing device of a glasshouse with big bridge windows J Acta Agriculturaal Shanghai 2007 23 4 76 79 4 吳玉 發(fā) 李惠玲 華南地區(qū)溫室大棚通風降溫設施結構形式及 設計分析 J 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備 2013 5 60 62 5 周長 吉 溫室工程設計手冊 M 北京 中國農(nóng)業(yè)出版社 2007 3 15 6 楊其長 荷蘭溫室節(jié)能工程研究進展 J 農(nóng)業(yè)工程技術 溫 室園藝 2007 1 13 14 7 李東 星 周增產(chǎn) 余連海 等 智慧溫室發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢探討 J 蔬菜 2019 5 18 23 8 周增 產(chǎn) 楊仁全 張曉文 等 屋頂平拉膜連棟溫室的研制與 應用 J 農(nóng)業(yè)工程技術 溫室園藝 2006 10 13 14 9 李東星 趙靜 李樹山 等 PO PE 棚膜 對越冬日光溫室環(huán)境 條件及草莓產(chǎn)量品質的影響 J 中國蔬菜 2015 12 53 56 10 王會 廣 苗玉彬 蔡保松 等 全開型玻璃溫室的夏季溫度統(tǒng) 計模型 J 農(nóng)機化研究 2010 11 184 190 WANG Huiguang MIAO Yubin CAI Baosong et al Statistical model of thetemperature in the open air greenhouse in summer J Journal of Agricultural Mechanization esearch 2010 11 184 190 11 楊仁 全 王綱 周增產(chǎn) 等 屋頂全開啟型文洛式連棟溫室的 研制 J 華中農(nóng)業(yè)大學學報 2004 S2 1 6 YANG enquang WANG Gang ZHOU Zengchan et al Design and application of open roof greenhouse J Journal of Huazhong Agricultural University 2004 S2 1 6 73