哪种温室类型能以最少的能耗和材料实现相同级别的风载和降温性能

2020-08-01 09:32:28 8344

华南区域光、热、水资源丰富,夏长冬短,降雨量大,设施农业发展容易受到热带暴风、暴雨、台风等灾害性气候的影响。因此,高效节能的夏季降温结构及设施是南方PC阳光板温室设计的重要技术要求,同时还需要考虑温室抗风和挡雨性能。华南地区温室设施发展迅速,今天介绍的华南型双弧面锯齿型屋顶薄膜温室对提高华南地区温室设计的科学合理性具有重要意义。

结构设计

华南型双弧面锯齿型屋顶薄膜温室采用经热镀锌防锈处理的轻型钢与钢筋混凝土独立点式基础作为骨架,在温室顶部设计长短两个弧形顶,并在两弧形顶之间设计卷帘式天窗,以充分发挥温室遮阳挡雨、通风降温的性能。

基础土建

温室土建基础按地面承载力≥100 kN/m2设计,采用钢筋混凝土(C20)独立点式基础,采用现场浇注、预埋螺栓的方式进行施工。温室立柱独立桩主要有J1、J2、J3三种形式。

其中,J1、J2独立桩预埋深度为700 mm,J1独立桩突出地面高度为300+H mm,高度H依水槽排水坡度而定。J2独立桩与温室地面(±0.000)平齐,主要作为温室门边立柱的基础桩子。J3独立桩预埋深度为800 mm,用于温室斜拉筋基础,安装角度为70°,偏离柱桩中心100 mm。温室四周立柱基础在每个基础之间砌120 mm厚的砖墙,墙体高500 mm,其中突出地面部分300 mm,外墙与基础柱之间墩平,墙体表面进行普通批荡。砖墙四周砌排水沟,宽300 mm,泄水坡度为2‰。

温室基础土建断面图

主体结构

如图4所示,温室采用双弧面锯齿顶连栋式结构。主体结构的材料主要为冷轧薄壁异型钢材和自轧温室专用型材,所有钢构件不允许驳接。华南型双弧面锯齿型屋顶薄膜温室跨度为8 m,开间为4 m,开间方向长度一般≤100 m。

华南型双弧面锯齿型屋顶薄膜温室模型

温室跨度方向称为山墙面,开间方向为侧墙面,脊高为温室最高点与温室地面的垂直高度,肩高为温室边立柱最高点至地面的垂直距离,本设计脊高为5.1 m,肩高为3.3 m。

温室拱杆剖面图

温室四周边立柱和内立柱采用60 mm×40 mm×2 mm的方管,山墙面上采用80 mm×40 mm×2 mm的方管构成温室主体构架。侧墙面上边立柱间距为2 m。温室骨架顶部铰接Φ40 mm×1.5 mm圆管的长短拱杆,长拱杆内圆弧展开长度约为6 200 mm,短拱杆约为4 400mm,每组长短拱杆间安装Φ40×1.5 mm圆管的主拉杆。每跨温室中间安装Φ25 mm×1.2 mm圆管的纵杆,长度为温室开间方向长度。为提高温室抗暴风、暴雨等灾害天气的能力,每座最外的两栋温室的拱形部分安装W型撑杆,中间温室安装垂直撑杆,每栋温室山墙面上安装平撑杆和加强撑杆,在主拉杆上安装上下斜撑杆,在温室侧墙面上安装斜拉筋,在距温室侧墙两端3 m处安装室外拉筋。温室四周及屋面安装卡槽和压模带,保证温室密封性。温室外遮阳立柱安装在每栋温室两端水槽的上部,遮阳立柱间距 4 m,采用 40 mm×40 mm×2 mm的方管。遮阳立柱上安装横梁,采用 80 mm×40 mm×2 mm 的方管,以提高遮阳系统的抗风强度。在保证温室整体性能的基础上,中间跨温室的立柱和横梁可以采用 30 mm×30 mm×2 mm 的方管。上述温室主体构架的连接件采用各类专用轻型钢夹箍。

通风口的设计

华南地区夏长冬短,在炎热的夏季,降温性能是温室设计和建造的关键。温室降温措施包括自然通风和强制降温,其中自然通风技术是一种高效节能的温室环控措施。由于高温空气容易积聚在温室屋脊较高位置处,因此,华南型薄膜温室在屋顶设计安装天窗,每组天窗卷起高度约为0.7 m。为了减少自然通风方式对温室整体结构抗风性、密闭性能的影响,窗框骨架边缘端部与温室长短拱杆相铰接,并在天窗通风口装设有天窗撑杆。温室每跨设有一个天窗手动卷膜器装置,有效控制天窗启闭,同时简化结构。为了进一步提高温室自然通风效果,考虑天窗和侧窗的温室配置装备,在温室四周侧墙设立通风口,采用手动卷膜器装置,卷起高度可达2.5 m左右。操纵温室中的卷膜器时,摇杆要与卷膜轴垂直,卷膜轴下行时停在离砖墙约15 cm处为好,过低易造成薄膜松驰和脱落,用完后摇杆要放回固定位置。

遮阳系统

温室外遮阳系统采用电动托幕线拉幕系统独立控制,遮阳网采用遮光率为70%的黑色针织网。每座温室配置一套遮阳控制机构,减速电机功率为0.55 kW,铺开遮阳网一次需要6~7 min。通过室外遮阳网的收合可以实现温室内光照亮度的调节,与温室卷帘天窗、侧窗配合,还可以有效提高温室通风降温效果。

排水系统

温室设立水槽排水系统,对长度较短的温室,可以采用单向排水,对较长温室,采用双向排水,排水坡度设计为5‰,在水槽端口连接φ110 mm的PVC落水管,雨水排进温室四周排水沟,汇集后引至排水主渠。

覆盖材料

覆盖材料可以使温室形成一个密闭空间,为作物创造一个理想可控的环境。典型的透光覆盖材料有玻璃、聚碳酸酯PC板、塑料薄膜等。实践证明,玻璃、PC板温室透光性能良好,但是价格较高,且这类温室结构一般较复杂,造成温室透光严重不均匀;普通农用塑料覆盖膜密封性能良好,价格低廉,但是降温效果差,透光率也不足。综合考虑华南地区气候和作物适应性,本设计采用单层0.13 mm厚PEP利得膜覆盖,透光率高,密封性好,通过增加光扩散添加剂,阻隔多余辐射热进入温室,有效避免对植物的灼伤,提高降温效果,特别适合华南高温高湿地区。

围护材料

温室为了提高通风换气效果,在温室屋面和四周设立通风口,温室进行自然通风时,室内与外界环境相通,因而,室外病虫害将通过通风口进入温室内,影响作物健康生长。针对上述问题,本设计在天窗及四周通风口薄膜卷起部分装设尼龙防虫网,有效控制各类害虫,为温室内作物构建有利的生长环境。为了进一步提高温室挡风、防尘的功能,本设计在除安装有风机的山墙面外的侧墙和山墙通风口处,配置蓝色防风网加固,有效抑制灰尘污染,改善温室内作业环境质量。

主要技术参数和特点

华南型双弧面锯齿型屋顶薄膜温室的结构设计,除了要遵循温室构造一般原则,如遮阳、防雨、抗风等,还具备结构设计合理,操作简单易行,建造成本较低,且注重考虑温室通风效果,并要求自然通风设施对温室整体性能影响较小。根据华南区域地理及自然气候条件,设计的华南型双弧面锯齿型屋顶薄膜温室的主要技术参数如表所示。

温室突出特点

a、天窗和四周侧窗相配合,提升温室通风量;

b、配置室内和室外遮阳系统,遮阳网展开和拉合,有利于调节温室内的光照强度,而普通南方塑料大棚主要考虑的是冬季保温,夏季温室利用率低,造成资源浪费;

c、采用自然通风降温与室外遮阳降温措施相结合,减少辐射增热,使温室通风降温效果更明显;连栋式结构设计,减少室内立柱,扩大有效种植空间;

d、温室主体为热镀锌钢结构,边立柱每2 m安装一支,屋面每2 m设一组长短拱杆,两个弧形拱杆之间安装主拉杆,增强温室的刚性,在温室屋脊方向设立纵杆,提高温室结构稳定性。温室刚构架采用铰接式,可以现场安装,操作方便,降低成本造价;

e、为了改善温室排水性能,在温室边立柱上设立水槽排水系统。温室主体构架设计的抗风能力是10级,在此范围内的防风措施主要是关闭整座温室的门窗,收回遮阳网。

总结

华南型双弧面锯齿型屋顶薄膜温室结构设计科学合理,成本造价低,通风降温效果显著,可用于华南区域多种作物的种植,设计主体构架使用寿命20年以上,尤其是温室屋面采用双弧面锯齿型连栋结构,能够以较少的材料和能耗实现同类型温室相同级别的抗风和降温性能,具有良好的推广应用价值。