屋面全開(kāi)啟拱形連棟膜溫室設(shè)計(jì)與應(yīng)用.pdf

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(jiǎn)介 董微 碩士 農(nóng)藝師 研究方向 設(shè)施農(nóng)業(yè) E mail dongwei2016 126 com 在線投稿 www d1ae com 屋面全開(kāi)啟拱形連棟膜溫室設(shè)計(jì)與應(yīng)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(fēng)梅 2 3 1 北京市農(nóng)業(yè)機(jī)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(shù)研究中心 北京 100094 摘 要 該文以屋面全開(kāi)啟拱形連棟膜溫室項(xiàng)目為例 詳細(xì)論述了屋面全開(kāi)啟拱形連棟膜溫室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 研究表 明 屋面全開(kāi)啟拱形連棟膜溫室排風(fēng)口接近溫室頂部 大大提高了通風(fēng)面積 可快速除去溫室內(nèi)的高溫高濕空氣 達(dá) 到快速交換空氣的效果 同時(shí)可為作物生長(zhǎng)提供自然光照 關(guān)鍵詞 屋面全開(kāi)啟 連棟 膜溫室 中圖分類號(hào) S625 1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 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(fēng)主要依靠外部風(fēng)壓和內(nèi)外空氣熱壓使空 氣流動(dòng) 從而達(dá)到交換室內(nèi)外空氣的目的 是溫室栽 培中一個(gè)重要的過(guò)程 1 2 合理設(shè)置溫室通風(fēng)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(shè)施環(huán)境 控制裝備的高效性及節(jié)能性 3 5 屋面開(kāi)窗是溫室自 然通風(fēng)的主要形式 6 屋面連續(xù)開(kāi)窗能夠保證室內(nèi) 氣流均勻 溫度場(chǎng)穩(wěn)定 是大部分溫室 尤其是塑料 薄膜溫室的主要開(kāi)窗方式 7 9 在溫室設(shè)施的研究表明 覆蓋材料為玻璃的連棟 溫室已有屋頂全開(kāi)啟的形式 而連棟膜溫室鮮有相關(guān) 方面的研究 10 11 本文以北京市農(nóng)業(yè)機(jī)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(kāi)啟拱形連棟膜溫室項(xiàng)目作為實(shí)例 闡述屋面全開(kāi) 啟拱形連棟膜溫室的設(shè)計(jì)方案 1 溫室組成 屋面全開(kāi)啟拱形連棟膜溫室由主體結(jié)構(gòu) 覆蓋材 料和配套設(shè)施構(gòu)成 其平面圖如圖 1 所示 溫室主體 結(jié)構(gòu)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(qiáng)編制膜 頂部采用 0 2 mm 厚防蟲膜 配套設(shè)施有自然通風(fēng)系統(tǒng) 通風(fēng)降溫系 統(tǒng) 遮陽(yáng)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(fēng)系統(tǒng)采用半弧 形電動(dòng)開(kāi)啟齒輪齒條開(kāi)窗方式 由減速電機(jī) 齒輪齒 條 防蟲網(wǎng)和鋁合金卷軸等部分組成 2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 屋面全開(kāi)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(gè)屋 頂能繞天溝旋轉(zhuǎn)達(dá)到溫室頂部全開(kāi)的目的 給作物的 生長(zhǎng)提供全部的自然光照 滿足作物生長(zhǎng)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(kāi)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(fēng)效果 通風(fēng)換氣 比接近 100 屋面全開(kāi)啟拱形連棟膜溫室運(yùn)行成本比目前的同 類型溫室低 排風(fēng)口接近溫室頂部 大大提高了通風(fēng) 面積 可快速除去溫室內(nèi)的高溫高濕空氣 達(dá)到快速 交換空氣的效果 屋面全開(kāi)啟拱形連棟膜溫室可為對(duì) 氣候性要求比較嚴(yán)格的作物提供理想的生長(zhǎng)環(huán)境 使 作物生長(zhǎng)環(huán)境接近大自然 3 項(xiàng)目實(shí)施地氣候資源情況 項(xiàng)目實(shí)施地陵水黎族自治縣位于海南島的東南部 地理坐標(biāo)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(wàn)寧市 瓊中縣接壤 由于地處北回歸線以南 氣候?qū)贌釒u嶼性季風(fēng)氣候 高溫多雨 冬天嚴(yán)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(wú)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(fēng) 的影響 平均受 3 5 次 年臺(tái)風(fēng)的襲擊 最大風(fēng)力達(dá) 14 級(jí) 風(fēng)速 45 m s 4 相關(guān)設(shè)計(jì) 4 1 溫室功能 屋面全開(kāi)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(zhǔn)遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)化采收裝 備等現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)高新技術(shù) 4 2 基本布局 屋面全開(kāi)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(shè)置一條東西 走向 5 m 寬的工作走廊 走廊采用縱向頂設(shè)計(jì)的方 式 目的主要是保證走廊部分和其他區(qū)域的獨(dú)立 頂 部采用 6 套通風(fēng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行通風(fēng) 更有效地解決獨(dú)立通 風(fēng) 不影響其他區(qū)域的生產(chǎn)作業(yè) 4 3 設(shè)計(jì)依據(jù) GB T 50009 2001 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 GB T 19791 2005 溫室防蟲網(wǎng)設(shè)計(jì)安裝規(guī)范 GB T 18621 2002 溫室通風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范 JB T 10296 2001 溫室電氣布線設(shè)計(jì)規(guī)范 JB T 10288 2001 連棟溫室結(jié)構(gòu) JB T 10297 2001 溫室加熱系統(tǒng) 設(shè)計(jì)規(guī)范 JB T 10306 2001 溫室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 規(guī)范 4 4 性能指標(biāo) 性能指標(biāo)如表 1 所示 表 1 屋面全開(kāi)啟拱形連棟膜溫室性能指標(biāo) Tab 1 Performance indicators of roof full open arched multi span membrane greenhouse 項(xiàng)目 值 承載風(fēng)壓 m s 1 41 4 吊載 kg m 2 25 最大排雨量 mm h 1 160 雙側(cè)加中間排水 使用壽命 年 20 4 5 總體設(shè)計(jì)方案 北京市農(nóng)業(yè)機(jī)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(kāi)啟拱形連棟膜溫室 采用東西方向排跨 南北方向排開(kāi)間 天溝為南北走 向 溫室跨度 8 m 開(kāi)間 4 m 桁架間距 4 m 肩高 5 5 m 外遮陽(yáng)高 8 5 m 跨度方向走道 5 m 開(kāi)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(jié)構(gòu) 頂部采用熱鍍鋅 圓管 使用壽命長(zhǎng)達(dá) 20 年以上 考慮到項(xiàng)目實(shí)施地 的氣候特點(diǎn) 項(xiàng)目設(shè)計(jì)中采用了特殊的結(jié)構(gòu) 以增強(qiáng) 溫室抗風(fēng)能力 4 6 抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 項(xiàng)目實(shí)施地屬熱帶島嶼性季風(fēng)氣候 由于受島嶼 性季風(fēng)的影響 平均受 3 5 次 年臺(tái)風(fēng)的襲擊 最大 風(fēng)力達(dá) 14級(jí) 為此本項(xiàng)目溫室抗風(fēng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了下述 43 董微 等 屋面全開(kāi)啟拱形連棟膜溫室設(shè)計(jì)與應(yīng)用 圖 2 屋面全開(kāi)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(shè)計(jì) 1 整棟溫室設(shè)計(jì)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(jìn)行鏈接 能夠增加固定邊牢固性和使用性 且不生 銹 對(duì)溫室沒(méi)有腐蝕 3 外遮陽(yáng)頂部骨架采用跨度方向 8 m 大梁 的方式 4 m 開(kāi)間位置一道縱拉桿 8 m 梁中間一道 4 m 縱拉桿 側(cè)面 3 道撐桿設(shè)計(jì)加強(qiáng)穩(wěn)固和抗風(fēng)性設(shè) 計(jì) 整個(gè)頂部 4 道立柱拉筋設(shè)計(jì) 端部采用三角梁進(jìn) 行加強(qiáng) 4 四周立面卷膜端部采用防風(fēng)板設(shè)計(jì) 主要是 遮擋端部的軸頭抗風(fēng)和端部的側(cè)面薄膜防風(fēng) 增加端 部抗風(fēng)能力 5 溫室四周采用壓膜帶和壓膜桿設(shè)計(jì) 圖 3 增強(qiáng)邊部側(cè)面通風(fēng)系統(tǒng)的抗風(fēng)性能 6 增加防風(fēng)拉筋設(shè)計(jì) 起到固定溫室 加強(qiáng)抗 風(fēng)性能的作用 7 側(cè)面卡槽全部采用扣條進(jìn)行壓扣 既美觀 又能夠防止卡簧被大風(fēng)吹起 8 溫室側(cè)立面卷膜器增加了萬(wàn)向節(jié)設(shè)計(jì) 由于 圖 3 壓膜帶和壓膜桿 Fig 3 Film belt and film rod 溫室的每個(gè)角都有卷膜器 長(zhǎng)時(shí)間使用易造成卷膜和 薄膜互相干擾 而萬(wàn)向節(jié)可以使卷膜軸更好地貼近溫 室立柱 增強(qiáng)抗風(fēng)性能 9 溫室側(cè)面采用 0 3 mm 厚的進(jìn)口高強(qiáng)編制膜進(jìn) 行覆蓋 頂部采用進(jìn)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(qiáng)了溫室的抗風(fēng)性 同時(shí)提高了溫室的美觀性 11 落水管設(shè)計(jì)在溫室內(nèi)部 可防止臺(tái)風(fēng)對(duì)落 水管的破壞 12 溫室頂部通風(fēng)窗口末端全部多增加 1 排齒 輪齒條 以提高最外側(cè)通風(fēng)窗口的抗風(fēng)性能 4 7 全開(kāi)啟屋面設(shè)計(jì) 全開(kāi)啟屋面采用半弧形電動(dòng)開(kāi)啟齒輪齒條開(kāi)窗方 式 圖 4 開(kāi)啟的高度約為 1 5 m 可實(shí)現(xiàn)膜溫室 兩屋面整體開(kāi)啟 實(shí)現(xiàn)了溫室內(nèi)外空氣的快速流通和 交換 從而達(dá)到降溫除濕的效果 通風(fēng)屋面的開(kāi)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(jìn)入室內(nèi) 有效解決 關(guān)閉天窗時(shí)防蟲網(wǎng)不能全部收回的問(wèn)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(kāi)啟時(shí)示意如圖 5 所示 溫室兩坡屋面 以相鄰的天溝為軸 通過(guò)半弧形齒輪齒條驅(qū)動(dòng)而實(shí)現(xiàn) 相鄰兩坡屋面的開(kāi)啟與閉合 開(kāi)窗電機(jī)座固定在開(kāi)窗 傳動(dòng)軸上 再將開(kāi)窗電機(jī)用螺栓安裝于開(kāi)窗電機(jī)座 上 開(kāi)窗軸支座安裝于開(kāi)窗傳動(dòng)軸上 開(kāi)窗臂通過(guò)開(kāi) 窗臂絞軸固定在開(kāi)窗軸支座上 開(kāi)窗電機(jī)通過(guò)鏈輪驅(qū) 動(dòng)開(kāi)窗傳動(dòng)軸 1 組齒輪按一定間距套裝于開(kāi)窗傳動(dòng) 軸上 各齒輪外齒嚙合一齒條 齒條端部通過(guò)齒條連 接件與開(kāi)窗臂鉸接 1 桁架梁 2 立柱 3 膜溫室天溝 4 開(kāi)窗臂 5 屋頂圓拱 6 開(kāi)窗橫桿 7 開(kāi)窗齒條 8 折疊式防蟲網(wǎng) 9 屋頂縱拉桿 10 副桿 11 開(kāi)窗電機(jī) 圖 5 溫室屋面開(kāi)啟時(shí)示意 Fig 5 Diagrammatic sketch of roof full open arched multi span membrane greenhouse 5 應(yīng)用情況 屋面全開(kāi)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(yàn)證了溫室良好的抗 風(fēng)性能和通風(fēng)降溫效果 該類溫室主要進(jìn)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(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的全開(kāi)啟屋面 營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)再利用系統(tǒng) 電 動(dòng)液壓采摘車等配套設(shè)施 上述配套設(shè)施的應(yīng)用 為 屋面全開(kāi)啟拱形連棟膜溫室實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì) 高產(chǎn)奠定了基 礎(chǔ) 圖 6 屋面全開(kāi)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(kāi)啟拱形連棟膜溫室設(shè)計(jì)與應(yīng)用 6 結(jié) 束 語(yǔ) 屋面全開(kāi)啟拱形連棟膜溫室可實(shí)現(xiàn)膜溫室兩屋面 整 體 開(kāi)啟 實(shí)現(xiàn)了溫室內(nèi)外空氣的快速流通和交換 從而達(dá)到降溫除濕的效果 同時(shí)可為作物生長(zhǎng)提供自 然光照 在通風(fēng)屋面的側(cè)框邊緣安裝折疊式防蟲網(wǎng) 密封性好 能夠有效解決關(guān)閉天窗時(shí)防蟲網(wǎng)不能全部 收回的問(wèn)題 提高了溫室保溫性能 參 考 文獻(xiàn) 1 姜 雄 暉 劉淑珍 溫室開(kāi)窗機(jī)構(gòu)研究 J 中國(guó)農(nóng)機(jī)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(kāi)窗系統(tǒng)的研究 J 農(nóng)機(jī)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(kāi)窗玻璃溫室開(kāi)窗機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) J 上海 農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào) 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(fēng)降溫設(shè)施結(jié)構(gòu)形式及 設(shè)計(jì)分析 J 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備 2013 5 60 62 5 周長(zhǎng) 吉 溫室工程設(shè)計(jì)手冊(cè) M 北京 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社 2007 3 15 6 楊其長(zhǎng) 荷蘭溫室節(jié)能工程研究進(jìn)展 J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 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(shì)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(yīng)用 J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 溫室園藝 2006 10 13 14 9 李東星 趙靜 李樹(shù)山 等 PO PE 棚膜 對(duì)越冬日光溫室環(huán)境 條件及草莓產(chǎn)量品質(zhì)的影響 J 中國(guó)蔬菜 2015 12 53 56 10 王會(huì) 廣 苗玉彬 蔡保松 等 全開(kāi)型玻璃溫室的夏季溫度統(tǒng) 計(jì)模型 J 農(nóng)機(jī)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(kāi)啟型文洛式連棟溫室的 研制 J 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 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