鄒志榮 西北農(nóng)林科技大學(xué) 聯(lián)系方式：13991124991,模塊化組裝式日光溫室結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與實(shí)踐,目 錄,問題提出,我國日光溫室的面積已經(jīng)超過1500萬畝，有效的解決了冬季蔬菜生產(chǎn)問題，實(shí)現(xiàn)了蔬菜周年供給的目的。但是，由于日光溫室建造費(fèi)時費(fèi)工，人工成本高、標(biāo)準(zhǔn)化程度低，造價高，限制了我國設(shè)施農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展與應(yīng)用。所以，開發(fā)機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化的溫室建設(shè)是當(dāng)前急需解決的問題。,溫室的采光保溫性能顯著降低,耕地破壞嚴(yán)重、利用率低,室內(nèi)地面過度下沉,標(biāo)準(zhǔn)不同，性能較差,塌棚現(xiàn)象,手工作業(yè)，生產(chǎn)效率低,概念與優(yōu)勢,模塊化組裝式日光溫室就是將溫室結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)裝備從工廠生產(chǎn)成模塊成品，一次性組裝在所需的農(nóng)田里，形成一個成熟的溫室生產(chǎn)建筑。將溫室生產(chǎn)建筑進(jìn)行工業(yè)化的革命，即溫室建筑標(biāo)準(zhǔn)化，生產(chǎn)裝備一體化，形成能夠快速高效生產(chǎn)的溫室建筑與裝備。 優(yōu)勢：（1）縮短溫室的設(shè)計(jì)和制造周期，加快供貨速度，有利于市場競爭，有助于溫室的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。（2）便于溫室更新?lián)Q代和新產(chǎn)品的開發(fā)，由于有許多現(xiàn)成的通用和專用模塊，減少了新產(chǎn)品開發(fā)的成本和周期。（3）通用和專用模塊一般在生產(chǎn)和使用中都經(jīng)過檢驗(yàn)，工藝完善，產(chǎn)品的質(zhì)量更易得到保障。,（4）溫室結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計(jì)，提高了生產(chǎn)效率，可以實(shí)現(xiàn)溫室結(jié)構(gòu)的快速設(shè)計(jì)，滿足不同區(qū)域，不同客戶的多品種需求。（5）采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制作構(gòu)配件和設(shè)備裝置、零部件，工人對生產(chǎn)操作、施工安裝都易于掌握，因而可以不斷提高生產(chǎn)和施工安裝質(zhì)量，有利于保證溫室工程的質(zhì)量。 （6）節(jié)約建筑材料、降低溫室工程造價。模塊化的溫室結(jié)構(gòu)構(gòu)件，可以促進(jìn)構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化。采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)生產(chǎn)構(gòu)配件，便于預(yù)制廠統(tǒng)籌安排，統(tǒng)一配料，可以大大節(jié)約建筑材料。 （7）推廣先進(jìn)技術(shù)。模塊化設(shè)計(jì)在機(jī)械、建筑行業(yè)已經(jīng)廣泛應(yīng)用。模塊化在溫室設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，也將先進(jìn)技術(shù)推廣到更寬廣的應(yīng)用領(lǐng)域，促進(jìn)溫室結(jié)構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)與溫室所用到的建筑材料的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。（8）促進(jìn)溫室工業(yè)化的發(fā)展。有了溫室建筑構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，工廠可以進(jìn)行工廠化大批量生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的推廣也將大大加快溫室建造的速度。,模塊化溫室設(shè)計(jì)與應(yīng)用,對溫室進(jìn)行模塊劃分及模塊創(chuàng)建，并給出多種模塊化設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)思路；然后對模塊化溫室進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，包括墻體結(jié)構(gòu)、骨架屋架、栽培設(shè)施以及環(huán)控模塊四個方面。,1 .墻體模塊,溫室墻體模塊主要起到承載各種荷載的作用，是溫室系統(tǒng)的受力體系，是溫室覆蓋材料、環(huán)境控制設(shè)備和灌溉設(shè)備、作物懸掛等栽培設(shè)施得以安裝的基礎(chǔ)。,土墻： 墻體材料易獲得、成本低、保溫蓄熱性能好,復(fù)合材料墻體： 墻體材料是有蓄熱層、保溫層和絕熱層組成，建筑方便，性能好，成本高。,墻體模塊,模塊化組裝式土墻溫室的墻體使用速土成型機(jī)建造，把原本松軟的土壤加入一定的水配成合適的含水率（最佳含水率可以通過擊實(shí)試驗(yàn)獲得），加入到成型機(jī)里，通過巨大的壓力使土壤孔隙變得密實(shí)，得到最終規(guī)格為1.21.21.2 m的密實(shí)土塊，可直接用于溫室墻體的建設(shè)。 一臺速土成型機(jī)生產(chǎn)一個這樣規(guī)格的土塊用時約8min，大大節(jié)省了溫室墻體建造時間，并且減少了墻體厚度，節(jié)省了建造用土和人力。建設(shè)完成后可在外側(cè)增附一層保溫板或其他覆蓋物，可以有效進(jìn)行保溫和防止雨水沖淋。降低了成本并增加了美觀度。,快速筑墻機(jī),一、筑墻機(jī)二、裝土,蓄熱材料,絕熱材料,吸熱材料,現(xiàn)澆混凝土 基礎(chǔ)層,3D打印溫室斷面結(jié)構(gòu),傳熱風(fēng)道,絕熱材料,蓄熱材料,吸熱材料,3D打印溫室構(gòu)造示意圖,30M,負(fù)壓通風(fēng)（通風(fēng)蓄熱）,風(fēng)機(jī),3D打印溫室蓄熱風(fēng)機(jī)構(gòu)造示意圖,進(jìn)氣口,進(jìn)氣口,3D打印溫室蓄熱原理示意圖,進(jìn)氣口,進(jìn)氣口,出氣口,模塊土密度與抗壓強(qiáng)度,實(shí)物圖,經(jīng)大量對比實(shí)驗(yàn)，速筑土墻模塊比人工電夯密度提高7%，強(qiáng)度提高11%；比流行的推土機(jī)碾壓墻密度提高13%，強(qiáng)度提高53%；大大增強(qiáng)了日光溫室后墻的蓄熱能力和強(qiáng)度。,無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果對比,注：輕型擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果，最優(yōu)含水率17.9%時，最大干密度為1.71 kg/cm3。 初步結(jié)論：擠塑速土模塊強(qiáng)度優(yōu)于夯土墻，即使剛制出的濕土塊也優(yōu)于當(dāng)前普遍使用的碾壓墻。,模塊土不同部位密度,日光溫室模塊化后墻承載力性能測試,試驗(yàn)溫室主要尺寸：長36m，跨度10m，骨架間距1.0m，后墻高3.6m。1、測試在折算雪載為0.25kN/m2豎向荷載作用下，后墻水平位移。2、測試在折算雪載為0.6kN/m2豎向荷載作用下，后墻水平位移。,確定重物吊點(diǎn)位置及重物荷載大小：在屋架上均布8個吊點(diǎn)，每個吊點(diǎn)吊掛重物75kg，折算為屋面均布荷載為0.6kN/m2。,通過計(jì)算，測點(diǎn)1（即墻頂）在試驗(yàn)荷載作用下，最大水平位移為0.896mm；測點(diǎn)2（即墻中部），最大水平位移為0.600mm，測點(diǎn)1（即墻底部），最大水平位移為0.118mm。 由此可見，墻體各部分水平位移均不超過1mm，相對墻體高度來說為小位移，說明在設(shè)定的荷載作用下墻體抗側(cè)移能力仍有足夠富裕，后墻安全。,1.它運(yùn)用吸熱、蓄熱、散熱的原理制作溫室模塊墻體，2.制作：就地取材墻體用料99%是土、沙、石，就地取材建造，代替了過去的磚墻，省去了制磚時用電、燒煤的能量消耗和污染，而且節(jié)能。3.成本；高性價比墻體以土為原材料加少量相變固化劑，溫室骨架由工廠化生產(chǎn)，使整個溫室的造價下降40%左右，克服了溫室價格高，經(jīng)濟(jì)效益差的頑疾。4.速度：機(jī)械化大幅度提高建棚效率全程機(jī)械制造，一臺機(jī)器一天能制造60米長、4米高、1.3米厚的墻體，加上折疊式骨架的應(yīng)用，多臺機(jī)器同時使用，大大加快了建設(shè)周期。5.環(huán)保：節(jié)約土地資源、減少霧霾由于其墻體可就地取材，用土、沙、石混合制作，這樣就可以在沙漠、戈壁、鹽堿地上建造，對我國土地利用有著十分重要的意義。該產(chǎn)品具有極強(qiáng)的適應(yīng)性，在各種氣候、土壤、沙漠、河灘、戈壁灘等環(huán)境下，可以利用焦土、黃土、沙土、土沙石塊混合體就地取材建設(shè)，使荒灘、沙漠、戈壁變?yōu)榱继?，其?yīng)用前景廣闊。,模塊土墻溫室優(yōu)勢與應(yīng)用,目前在我國北京、新疆、寧夏等地也開發(fā)建設(shè)了不同材料的組裝式日光溫室，（見圖2）探討新的結(jié)構(gòu)應(yīng)用效果。,荷蘭,日本日光溫室,日本日光溫室,骨架模塊效果圖,2.骨架模塊,溫室骨架模塊必須包括屋架、立柱、檁條和天溝等主要的受力構(gòu)件，還應(yīng)包括聯(lián)系上述主要構(gòu)件、保證溫室整體剛度的結(jié)構(gòu)支撐體系。,傳統(tǒng)的溫室骨架是在現(xiàn)場臨時放樣進(jìn)行加工，費(fèi)時費(fèi)事。模塊化骨架采用加工廠加工完成（包括焊接、沖孔、鍍鋅等施工工藝）后運(yùn)至施工現(xiàn)場，與基礎(chǔ)連接處采用螺栓連接，非基礎(chǔ)位置采用自攻螺釘連接，避免焊接，減少骨架施工周期和安裝成本。,三、栽培設(shè)施模塊,傳統(tǒng)的土壤栽培在生產(chǎn)中難以解決水分、空氣、養(yǎng)分供應(yīng)的矛盾，往往無法使作物根系處于適宜的環(huán)境條件下，從而影響作物生長。而無土栽培作為一種新的栽培方式，現(xiàn)在正被人們廣泛應(yīng)用。它可以有效解決土壤栽培弊端，發(fā)揮作物的生長潛力，使植物生長量、生物量大大提高。所以，栽培模塊就是利用現(xiàn)有的無土栽培技術(shù)為依托，實(shí)現(xiàn)栽培系統(tǒng)可組裝，可調(diào)控的應(yīng)用。,栽培模塊,水肥一體化根據(jù)不同的作物的需肥特點(diǎn)把水分、養(yǎng)分定時定量，按比例直接提供給作物。可以達(dá)到省肥節(jié)水、省工省力、降低濕度、減輕病害、增產(chǎn)高效的作用。,四、 環(huán)控模塊,目前，基于單片機(jī)、PLC、CAN總線、RS485總線、ARM9處理器、ZigBee、OSGi網(wǎng)關(guān)、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等軟硬件控制在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用成熟，也逐步應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特別是溫室生產(chǎn)中，并統(tǒng)一稱為“農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)”。 通過對現(xiàn)有溫室大棚廣泛調(diào)研，建立不同作物專家管理軟件，并特制定本環(huán)境控制模塊，可實(shí)現(xiàn)對溫室大棚內(nèi)環(huán)境的精確監(jiān)測、自動上報及控制，對作物生長過程和勞動作業(yè)過程的視頻監(jiān)控，生產(chǎn)指導(dǎo)。對物聯(lián)網(wǎng)的三個層次分別進(jìn)行模塊化安裝及使用。,四、環(huán)控模塊,感知層主要采用針對溫室內(nèi)溫光水氣肥五大環(huán)境因子的超低功耗的的傳感器模塊，,傳輸層采用安裝及管理最為便捷的無線傳輸模塊，溫室內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)匯集到云端、推送到手機(jī)，便于實(shí)時監(jiān)控；,應(yīng)用層采用系統(tǒng)自動調(diào)控和人工干預(yù)相結(jié)合的方式控制，通過對云端數(shù)據(jù)庫上數(shù)據(jù)分析，借助專家系統(tǒng)平臺，可以優(yōu)化種植技術(shù)，達(dá)到持續(xù)增收增產(chǎn)目的。,發(fā)展前景,模塊化組裝式溫室建設(shè)是一場創(chuàng)新性工業(yè)化的變革，是我國日光溫室轉(zhuǎn)型升級的手段，也是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化溫室建設(shè)的有效途徑。 機(jī)器替代人，設(shè)備控制環(huán)境與栽培系統(tǒng)是發(fā)展的方向，是提高生產(chǎn)效率、土地產(chǎn)出率和資源利用率的最佳方式。,下一步需要研究的內(nèi)容,THE END,