新疆日光溫室的結(jié)構(gòu)和材料以及施工的統(tǒng)籌優(yōu)化-陸新德.ppt

2017年4月 新疆石河子蔬菜研究所陸新德 中國園藝學(xué)會 一帶一路 園藝作物產(chǎn)業(yè)發(fā)展研討會 N S 緯度 23 26 S 23 26 N 夏至6月22日 冬至12月22日 22 54 69 06 前言 設(shè)施果蔬生產(chǎn)是新疆實現(xiàn)果蔬園藝作物高效 集約生產(chǎn)的重要形式和手段 對于提早和延遲果蔬園產(chǎn)品的供應(yīng)期起到重要的補充作用 同時 為加工型蔬菜 番茄 辣椒等 種苗的工廠化生產(chǎn)提供了條件保障 自改革開放和中央實施西部大開發(fā)以來 設(shè)施農(nóng)業(yè)已經(jīng)成為新疆促進(jìn)農(nóng)業(yè)增效 農(nóng)民增收的新產(chǎn)業(yè) 設(shè)施農(nóng)業(yè)集約化經(jīng)營已經(jīng)成為建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的有效形式 設(shè)施農(nóng)業(yè)反季節(jié)生產(chǎn)已經(jīng)成為保障淡季農(nóng)產(chǎn)品市場供應(yīng)的重要渠道 外向型設(shè)施農(nóng)業(yè)已經(jīng)成為新疆發(fā)展外向型農(nóng)業(yè)的重要組成部分 目前 全自治區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)占地面積約為110萬畝 其中兵團約為10萬畝 其中日光溫室約占60 設(shè)施蔬菜面積超過70 近十幾年來 兵團城鎮(zhèn)化 新型工業(yè)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展有了新的飛躍 與此同時也逐步形成了獨具特色的 天山北坡經(jīng)濟帶兵團城鎮(zhèn)設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè) 出口型設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)和加工型蔬菜設(shè)施育苗產(chǎn)業(yè) 并作為增加就業(yè) 增加收入 提高職工生活質(zhì)量 增強兵團凝聚力的發(fā)展戰(zhàn)略 但是 基于新疆 兵團 不同農(nóng)業(yè)氣候區(qū)和社會經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r差異較大 設(shè)施農(nóng)業(yè)基地或分布在相對獨立的城鎮(zhèn) 或分散在南北疆邊境偏遠(yuǎn)區(qū)域 相距數(shù)百及至數(shù)千公里 缺乏人才 缺乏技術(shù) 信息與物流流通緩慢等特點 設(shè)施農(nóng)業(yè)基地在規(guī)劃布局 設(shè)計與建造 市場化與銷售等方面還存在許多問題 見圖 面對推進(jìn)新型工業(yè)化 城鎮(zhèn)化和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展 以及加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整 優(yōu)化和升級的形勢 面對當(dāng)前經(jīng)濟新常態(tài)的形勢 面對 一帶一路 發(fā)展戰(zhàn)略與援疆建設(shè)的發(fā)展機遇與挑戰(zhàn) 在此講一講講 新疆日光溫室的結(jié)構(gòu)和材料以及施工的統(tǒng)籌優(yōu)化 非常重要 和田縣和諧新村 104團 162團 170團 十二五 期間承擔(dān)并完成任務(wù)了兵團重大科技項目 高效節(jié)能設(shè)施結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)及配套裝備研究 2012ZX01 和第八師石河子市重大科技項目 日光溫室優(yōu)化改造技術(shù)示范 2014NY13 承擔(dān)科技部科技支撐項目的任務(wù)部分 兵團設(shè)施蔬菜高效生產(chǎn)技術(shù)研究與示范 2014BAD05B02 1 至2018年12月 在此基礎(chǔ)上 談一談 新疆日光溫室的結(jié)構(gòu)和材料以及施工的統(tǒng)籌優(yōu)化 結(jié)構(gòu) 材料 施工 前屋面底角屋面鋼骨 拱 架簡化工序底角至腹面段的高度系桿的V字形支架加快進(jìn)度腹桿位移與系桿墻體材料與厚度降低強度矢高多孔磚的利用節(jié)省人工后屋面夾角環(huán)保與健康 1 日光溫室的布局與方位確定 2 前屋面和后屋面參數(shù)的確定 3 前屋面底角需要通過前屋面延伸高度和卷簾機在此段運行情況調(diào)整 4 由夏至太陽高度角結(jié)合后墻高度與矢高確定后屋面仰角與寬度 5 前屋面至后屋面的鍍鋅鋼管桁架結(jié)構(gòu)優(yōu)化 6 日光溫室墻體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 7 磚混結(jié)構(gòu)后墻增強蓄熱性的優(yōu)化設(shè)計 8 對PC板溫室栽培床地下通風(fēng)調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計 9 鋼管骨架采用型材 10 其它設(shè)施結(jié)構(gòu)與材料 1 日光溫室的布局與方位確定 主要是結(jié)合實地地塊的地理位置信息 太陽運行規(guī)律 經(jīng)度和緯度影響太陽升降的時間 方位角和太陽高度角 作物生長對光照的需求 光補償點與飽和點 光合作用日變化曲線 與氣溫的需求確定日光溫室的朝向及偏角 以一四九團 一四三團和塔國丹加拉項目區(qū)為例 一四九團團部項目區(qū)地塊自然偏東20 設(shè)計為正南 一四三團10連項目區(qū)地塊自然偏西12 設(shè)計為偏西12 一二九團9連項目區(qū)地塊自然正南 設(shè)計為正南 塔吉克斯坦丹加拉項目區(qū)地塊自然正南 設(shè)計為偏東8 石河子總場三分場二連地塊自然偏西26 拒絕設(shè)計 2 前屋面和后屋面參數(shù)的確定 為滿足溫室中作物的光合作用 前屋面和后屋面設(shè)計首先要按照當(dāng)?shù)氐牡奶柛叨冉?冬至太陽高度角達(dá)到最低 光照時間最短 光照最弱和夏至高度角達(dá)到最高 光照時間最長 光照最強 進(jìn)行測算與預(yù)設(shè) 根據(jù)公式計算與實際驗證相結(jié)合 a 一四三團10連 N44 51 49 5 E86 18 19 4 冬至太陽高度角 21 42 10 5 夏至太陽高度角 68 34 10 5 b 一四九團團部 N44 56 19 2 E86 13 20 7 冬至太陽高度角 21 37 40 8 夏至太陽高度角 68 29 40 8 c 團結(jié)農(nóng)場場部 N46 40 E83 40 冬至太陽高度角 20 30 夏至太陽高度角 67 30 d 六十六團團部 N44 40 E83 40 冬至太陽高度角 22 30 夏至太陽高度角 69 30 冬至 夏至太陽高度角 晝夜平分之意太陽直射赤道 中國二十四節(jié)氣2016年11月被列入聯(lián)合國教科文組織非物質(zhì)文化遺產(chǎn) a 一二九團9連 N44 53 E84 48 冬至太陽高度角 21 47 夏至太陽高度角 68 23 光伏板適宜傾角 33 38 b 四十七團7連 N37 28 E79 38 冬至太陽高度角 29 40 夏至太陽高度角 76 29 由冬至太陽高度角預(yù)測算前屋面的底角 由夏至太陽高度角預(yù)測算后屋面傾角 再與后墻高度預(yù)測算后屋面的寬度 預(yù)測算的參數(shù)還需要結(jié)合實際進(jìn)行多因素如保溫簾 矢高等權(quán)衡 統(tǒng)籌考慮 f 68 G N 62 48 1m 底角 保溫簾 N 正壓力 G 重力 Cos f 下滑力 G 重力 Sin 按該位置保溫簾質(zhì)量 m2 50kg計 Cos68 0 4401 50kg 22 01kgCos62 0 6735 50kg 33 68kgCos48 0 6401 50kg 32 01kgSin68 0 8979 50kg 44 90kgSin62 0 7392 50kg 36 96kgSin48 0 7683 50kg 38 42kg當(dāng)?shù)捉菫?2 時 正壓力值最大 當(dāng)?shù)捉菫?2 時 下滑力值最小 測算參數(shù)90 22 68 主觀參數(shù)48 50 優(yōu)化參數(shù)62 3 前屋面底角需要通過前屋面延伸高度和卷簾機在此段運行情況調(diào)整 前屋面延伸高度要考慮滿足作物生長高度的需要 以番茄種植為例 選擇早中熟品種第7 8節(jié)著生第一花序 留5穗果 每穗間隔2片葉 最大節(jié)長10cm 生長高度至少需要1 8m 從底角延伸線到腹面的弧度還影響卷簾機的運行 需要預(yù)防卷簾機在此墜落 優(yōu)選一個適當(dāng)?shù)牡捉墙嵌扔葹橹匾?從底角延伸線到腹面 1 采光材料采用塑料膜 這個面是弧形的 2 采光材料采用PC板 聚碳酸酯板 這個面是平直的 以便安裝側(cè)窗及開窗系統(tǒng)運行 4 由夏至太陽高度角結(jié)合后墻高度與矢高確定后屋面仰角與寬度 后屋面仰角的參數(shù)下限為冬至太陽高度角 上限為夏至太陽高度角 適合的仰角以不阻擋北側(cè) 最后 一排植株的光照 后墻有足夠蓄熱放熱高度 后屋面保溫寬度達(dá)到最大 約2 5m 俗稱 中后坡 和保溫簾卷到最頂端時遮陽邊界等因素經(jīng)統(tǒng)籌來確定 設(shè)定為50 矢高為4 11m 考慮抗風(fēng)性可減少地面高度 當(dāng)太陽高度角大于50 時 太陽高度角每月增加約7 49 節(jié)氣已到春分 3月22日 氣溫已經(jīng)明顯升高 光照強度適中或過強 前屋面 采光面 腹面為上下兩點的連接 并考慮利于雨水和積雪下滑的因素 與太陽高度角的關(guān)系測算在此忽略 在南疆南緣如和田等地對矢高有特殊的要求 在生長季氣溫上升快 溫差大 加在通風(fēng)降溫有限 在室內(nèi)頂層會迅速形成一高溫層 厚度約1 5m 導(dǎo)致植株頂端萎蔫 以番茄為例 植株生長高度2m 高溫層1 5m 矢高的基本參數(shù)應(yīng) 3 5m 13 45 5 前屋面至后屋面的鍍鋅鋼管桁架結(jié)構(gòu)優(yōu)化 簡化以往 上拱 拉筋 下拱 的結(jié)構(gòu) 采用強化單管鍍鋅鋼管拱架設(shè)計 八鋼產(chǎn)國標(biāo)管 材料改焊管為熱鍍鋅管 與內(nèi)延V型支架 由吊柱延伸而來 和鍍鋅管系桿 橫連接 及墻體形成穩(wěn)定 牢固的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 整個弧長的確定統(tǒng)籌考慮施工簡化 方便 快捷的要求和節(jié)省勞力及其成本的要求 為兩根標(biāo)準(zhǔn)鋼管對接一次焊接 總長12m 省去了切割與再焊接工序 溫室內(nèi)徑為9 2 9 34m 超過了傳統(tǒng)的參數(shù) 一四九團火道加溫的塑料膜日光溫室 SW 9 27 3 97 1 52 G 一四三團10連項目區(qū)火道加溫的塑料膜日光溫室 SW 9 2 4 11 1 35 G 一四三團10連項目區(qū)育苗溫室為集中供熱PC板 日光溫室 SW 9 34 4 23 1 56 G 優(yōu)點 1 鋼材使用總量比上拱和下拱加拉筋單片式結(jié)構(gòu)所用鋼材相當(dāng) 重量與單拱截面面積 但提高了整個桁架結(jié)構(gòu)的載荷能力 2 制作與安裝需電焊點約1000個 畝 使用面積 以上 施工期至多3天 而 上拱 拉筋 下拱 結(jié)構(gòu)制作需電焊點約11000個 畝 使用面積 以上 施工期至少5天 耗費人工費由12000元降為7200元 減少了4800元 降耗 降低人工消耗 40 減少電焊時間與耗電與焊條等損耗 其中節(jié)省焊條成本由 220kg 4400元降低到 20kg 400元 節(jié)省焊條200kg 節(jié)本91 3 減少電焊時間與耗電與焊條等損耗琮可減少對環(huán)境的污染和人體健康的損害 整個拱架的豎向位移與縱向位移控制 通過對整個鋼拱架豎向位移的分析 確定系桿 橫連接桿 的位置 PC板溫室直接由系桿連接單管鍍鋅鋼管拱架 形成一個整體的 穩(wěn)固的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 豎向位移 通過內(nèi)延V型支架 由吊柱延伸而來 主要應(yīng)用于塑料膜溫室 采用鍍鋅扁鐵 連接系桿和單管鍍鋅鋼管拱架 形成一個整體的 穩(wěn)固的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)增強了整個桁架結(jié)構(gòu)的牢固性與穩(wěn)定性 提高其載荷能力 減免單管鍍鋅鋼管拱架所產(chǎn)生的橫向位移和豎向位移 6 日光溫室墻體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 主要參考當(dāng)?shù)囟咀畲髢鐾翆?在北疆凍土層厚度約1 5m 單質(zhì) 干打壘 土墻至少要達(dá)到1 8m厚 不符合建設(shè)實際 在材料具有經(jīng)濟 易取基礎(chǔ)上 參考所用材料的導(dǎo)熱率 經(jīng)優(yōu)化后墻體采用多孔磚 墻體厚80cm設(shè)計 外貼聚乙烯泡沫板 厚10cm強化保溫 總厚度控制在90cm 具有較好的經(jīng)濟實用性和隔熱性 保溫性 溫室常用建筑材料的導(dǎo)熱率 7 磚混結(jié)構(gòu)后墻增強蓄熱性的優(yōu)化設(shè)計 在不增加建設(shè)成本的基礎(chǔ)上 將多孔磚的多孔面作為 增性蓄熱面 顯現(xiàn)了增強型 熱池 具有19 左右的潛力 多孔墻平面型西側(cè)比普通光面墻西側(cè)墻面的表面溫度平均值高2 5 多孔墻平面型中部比普通光面墻西側(cè)中部墻面的表面溫度高7 0 多孔墻凸凹面型西側(cè)與比普通光面墻西側(cè)墻面的表面溫度平均值高1 8 多孔墻凸凹面型西側(cè)中部比普通光面墻西側(cè)中部墻面的表面溫度高2 6 4 2 資料 一塊多孔磚長24cm 寬10cm 厚8cm 有直徑1 7cm的孔洞20個 每磚面積為240cm2 孔洞面積為45 4cm2 占19 磚混結(jié)構(gòu)后墻表面多孔磚的變構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 變后墻陽面背動 熱池 為部分主動 熱池 多孔墻平面型比普通光面墻的表面溫度平均值提高了2 5 7 0 提高幅度8 5 23 9 提高了吸熱放熱性能 未來可在潛熱材 如PCM 應(yīng)用方面做些工作 未來利用后墻多孔磚加入蓄熱和放熱性更優(yōu)的潛熱材 變后墻為主動 熱池 的效果會更好 潛熱材的應(yīng)用是今后發(fā)展的一個亮點 8 PC板溫室頂窗電動開窗和側(cè)窗電動開窗系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計 充分體現(xiàn)了開窗操作的快捷與方便 頂窗調(diào)節(jié)為主和側(cè)窗調(diào)節(jié)為輔的思路 在使用中顯示其有效性 靈活性與精確性 改變了目前大多數(shù)日光溫室頂窗與側(cè)窗或無側(cè)窗調(diào)節(jié)的不準(zhǔn)確 不便利 不規(guī)范 隨意性強等弊端 頂窗和側(cè)窗完全打開需時約50秒 開張度45 上午當(dāng)溫室內(nèi)溫度不斷上升接近通風(fēng)降溫預(yù)警值20 時 頂窗開啟50 當(dāng)室內(nèi)溫度繼續(xù)上升接近28 時則頂全開 側(cè)窗打開50 如室溫接近30 時則側(cè)窗全開 還可根據(jù)東側(cè)或西側(cè)植株長勢不對稱開窗 電動開窗系統(tǒng)有利于實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測與調(diào)控操作 電腦端或手機端 更加方便 及時 日光溫室環(huán)境因子遠(yuǎn)程監(jiān)測與調(diào)控操作 8 對PC板溫室栽培床地下通風(fēng)調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計 當(dāng)溫室內(nèi)頂窗與側(cè)窗牌全開狀態(tài) 室內(nèi)氣溫仍然繼續(xù)上升時 頂部熱空氣會加速外逸 帶動地下最低層管內(nèi)低溫空氣向上移動 夏季利于貯熱于地下和更有效降低溫室內(nèi)空氣溫度 冬季利于提高地溫 增強了溫室頂層與底層冷熱空氣交換 儲放 增強了提高地溫的性能 9 鋼管骨架采用型材 采用強化單管鍍鋅鋼管拱架設(shè)計 材料改焊管為熱鍍鋅管 與內(nèi)延V型支架和鍍鋅管系桿及墻體形成穩(wěn)定 牢固的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 比以往大多數(shù)鋼結(jié)構(gòu)日光溫室采用的 上拱 拉筋 下拱 的結(jié)構(gòu)減少電焊點約10000個 畝 只有約1000個 畝 未來采用型材可減少至170個左右 畝 整個珩架結(jié)構(gòu)采用裝配式安裝 更便捷 省工省力 新疆兵團第九師團結(jié)農(nóng)場團PC板型材日光溫室 援助塔吉克斯坦日光溫室材料在喀什國際物流園 新疆兵團第七師一二九團光伏 日光溫室 10 其它設(shè)施結(jié)構(gòu)與材料 新疆兵團第七師一二九團光伏 日光溫室 十四師四十七團沙地PC板日光溫室 鋼筋水泥基座 第十四師四十七團PC板日光溫室后置工作間 緩沖間 附其他參數(shù) 1 風(fēng)荷載 風(fēng)壓 0 016 V2 H V 風(fēng)速 8級風(fēng)風(fēng)速為20m s H 矢高 2 冬至正午太陽高度角 90 當(dāng)?shù)鼐暥?23 26 夏至正午太陽高度角 90 當(dāng)?shù)鼐暥?23 26 3 前屋面與后屋面的投影比例 4 5 1 4 溫室間距S S H 冬至?xí)r太陽高度角的正弦值 b M b 后屋面的投影寬度 m M 后墻總厚度 m 新疆日光溫室的結(jié)構(gòu)和材料以及施工的統(tǒng)籌優(yōu)化 494472931 新疆石河子蔬菜研究所陸新德 中國園藝學(xué)會 一帶一路 園藝作物產(chǎn)業(yè)發(fā)展研討會 TheoptimizationonthestructureandmaterialsandtheconstructionofthesolargreenhouseinXinjiang ShiheziResearchInstituteofVegetableCropsinXinjiang China