论述连栋温室的主体结构特征及其发展方向

论述连栋温室的主体结构特征及其发展方向
摘要：连栋温室的主体结构以镀锌钢架和铝合金为骨架,以玻璃、塑料薄膜或硬质塑料板为覆盖材料建成,有屋脊型和拱圆型等形式。

内部配置不同控制水平的配套环境调控系统,包括:自然通风系统、加温与降温系统、幕帘系统、灌溉施肥系统、CO2调节系统、环流通风系统、病虫害控制系统、育苗床与精量播种系统(限育苗温室)、补光系统以及计算机自动控制系统等。

这是一种集环境工程、园艺、信息技术于一体,多功能的现代温室工程技术,以高投入、高产出、高效益为特色,能持续地周年稳定地生产出高产优质无公害的设施园艺产品,已成为二十一世纪温室工程技术的发展方向。

关键词：连栋温室主体结构铝合金
据农业部的不完全统计,我国连栋温室1996年不到30 hm2, 2000年增长到1 200 hm2。

其中有200 hm2配备有不同控制水平的计算机环控系统,被称为高档连栋温室或智能型连栋温室,而大多数只是仅仅配备机械或手动通风幕帘启闭装置的普通型连栋温室〔1〕。

1 几种新兴连栋温室类型与工程技术特点
1.1 文洛型(Venlo type,图1)为引进最早的智能玻璃温室,目前仅沪、苏、浙三省市应用面积就超过20 hm2。

文洛型是荷兰研究开发的一种多脊连栋小屋面玻璃温室,单间跨度为6.4、8.0、9.6、1
2.8 m,开间4.0或4.5 m,檐高
3.5~5.0 m,每跨由2或3个小屋面直接支撑在桁架上,矢高0.8 m。

这种温室构架率低,密封性、透光性和工艺质量很好。

开窗设置以屋脊为分界线,左右交错开窗,屋面开窗面积与地面面积比率(通风窗比)为19 %,若窗宽从传统的0.8 m加大到1.0 m,可增加到23. 4 %,但由于窗的开启度仅0. 34 ~0·45 m,实际通风面积与地面面积之比(通风比)仅为8.5 %和10.5 %〔2〕。

文洛型温室在我国南方地区往往通风量不足,夏季热蓄积严重,降温困难,这是由于该型温室原来的设计适于荷兰地理纬度高、夏季温度较低的气候条件。

近年上海等国内温室厂家针对亚热带地区气候特点,在夏季通风降温效果方面不断改进,如采用顶侧通风、外遮阳,加固基础强度,加强抗台风,增加湿帘-风机等。

同时,在面积设置上也不主张过于大型化,温室长度不超过50 m为宜,以改善内部自然通风的条件。

1.2 开放型冬夏兼用温室随着温室建造向南方温暖地带拓展,为了节省冬季能耗和提高温室在夏季高温季节利用率,一类高开放度,能充分利用自然通风的新型开放型温室正在研究开发和兴起。

以下介绍几种常见的类型。

1.2.1 卷膜式开放型塑料温室(Full open type,图2) 是一种拱圆式连栋塑料温室,过去通称连栋大棚,是最早从日本引进,经消化吸收研发的主要国产化塑料温室。

其主体结构除山墙外,顶侧屋面均通过手动或电动卷膜机将覆盖薄膜由下而上卷起通风透气。

其侧墙和1/2屋面的薄膜均可通过卷膜装置全部卷起而使温室形成与露地相似的状态,有利于高温季节栽培作物。

通风口全面覆盖25目网纱防虫。

其单栋跨度一般为6.4、9.5、8.0 m,天沟高度2.8~4.2 m,顶高4.2~5.2 m,开间有3、4 m。

如上海农机所研制的GLZW 7.5型上海智能温室、GSW7430 连栋温室等,采用侧面卷膜和顶部沿天沟设机械传动的双向卷膜机构,或侧面卷膜配合屋顶齿条开窗通风系统,有利于排除室内热空气。

这一类型的特点是简易节能、低成本,利于夏季通风降温,顶部卷膜开窗可以接受雨水淋洗,减少土壤盐类积聚,是我国南方
设施面积最大的一类连栋塑料(薄膜)温室。

近年来,中国农业大学从韩国引进的一种双层结构连栋温室也是一种新型卷膜式开放型温室,在长江三角洲已有一定的发展面积。

1.2.2 里歇尔温室(Richel type,图3) 法国瑞奇温室公司研究开发的一种塑料薄膜温室,在我国西北部引进温室中所占比重颇大。

一般单栋跨度为6·4、8.0 m,檐高3.0~4.0 m,开间3.0~4.0 m。

其特点是固定于屋脊部的天窗能实现1/2屋面开启通风换气,也可以设侧窗,辅助屋脊窗通风(1/4),通风面为20 %和35 %。

但半屋面开窗的开启度只有30°,而侧窗和屋脊窗开启度可达45°,屋脊窗的通风比在同跨度下反而高于半屋面窗。

总体而言,里歇尔温室的自然通风效果较好。

可采用双层充气膜覆盖,冬季可节省能耗30 %~40 %,构件比玻璃温室少,空间大,遮荫面小,根据不同地区风力强度大小、积雪厚度,可选择相应类型结构。

但双层充气膜在南方冬季多阴天和雨雪情况下,影响透光性。

1.2.3 锯齿型温室(Sawtooth type,图4) 适合南方温暖地区的开放型温室,侧窗可通过手动或机械卷帘装置双向开放,顶部锯齿型屋面通风,可通过机械卷膜或双层充气开闭。

这类温室如果配合外遮阳,降温可达3~8℃。

根据热空气流动原理,其自然通风效果优于一般的塑料温室。

目前同济大学和江苏大学都有这类温室的研发与推广,预期今后会以较快的速度发展。

1.2.4 屋顶全开启型温室(Open-roof greenhouse,图5) 是近年意大利、美国、日本正在研发的一种新型全开放型温室,其特点是以天沟檐部为支点,可以从屋脊部打开天窗,开启度可接近垂直程度,即整个屋面的开启度可从完全封闭直到全部开放状态,侧窗则用推拉方式开启,全开后达1.5 m宽。

全开时可使室内外温度基本一致;由于垂直屋面光线折射,中午室内光强有可能超过室外;便于夏季接受雨水淋洗,防止土壤盐类积聚。

可依室内温度、降水量和风速,通过电脑智能控制自动启闭,整体结构与文洛型相似〔3〕。

国内尚未有其引进应用的实例,但将是今后值得研发的一种有前景的亚热带型温室。

2 环境调控的关键设备鉴于我国地处东亚内陆,属大陆性与季风性气候交汇区域,1月份最低气温较全球同纬度地区低,7月份最高气温又比同纬度高,不论冬夏,维持温室作物生长适温所消耗能源均比欧洲、日本高得多。

因此,节能成为我国温室业的主课题。

由于东南沿海地区夏季高温引发的温室热蓄积严重,特别是高档连栋温室现多应用于育苗和花卉栽培,应更加重视夏季降温问题。

这里重点针对南方亚热带地区温室利用通风降温系统减缓热蓄积的主要方法加以讨论。

2.1 自然通风系统上述开放型温室都从加大顶侧通风面积或提高开启度进行改进和
创新设计。

同时,在温室建造规模上不宜太大,长度控制在50 m以内,连栋数3~4栋为宜。

普通连栋温室规模大,冬季保温性虽好,但夏季温室中部热蓄积严重。

美国、荷兰等高档温室规模都在3 hm2甚至10 hm2连片建设,这在我国南方亚热带地区则是大忌。

目前引进的大型温室,夏季不得不进行换茬休闲,避开室内的异常高温。

据上海等地的观察,在高温季节到来之前使作物生长旺盛,增加温室作物的叶面积系数,通过自身的蒸腾作用可以降低室温〔4〕。

2.2 降温系统外遮阳系统的装置虽使温室造价增加,但所起的降温效果颇大,一般可
使室内温度下降3~8℃。

内遮阳保温幕的遮阳降温效果只有在顶侧通风条件较好的情况下才可以发挥降温作用。

湿帘-风机降温系统,国内外许多专家曾认为不适合高温高湿的南方亚热带地区。

但南京、上海等地的长期实践表明,夏季晴热高温天气,特别是连续高温天气或正午前后,空气湿度并不高,而此时多出现室内异常高温,如启动湿帘风机,则降温效果显著。

因此长江中下游地区,连栋温室设置湿帘-风机系统进行降温仍不失为一种有效的降温措施。

新兴的喷雾降温是以高压产生直径20μm以下的雾滴,可在空气中直接汽化,吸收热量降低室温,
其降温速度快,蒸发效率高,温度分布均匀,是很好的蒸发降温方式。

通常采取间歇式喷雾,喷雾10~30 s(秒),停止2~3 min(分钟),使雾粒汽化,防止雾滴湿润叶面,必须同时配套强制通风。

喷雾降温效果好,但整个系统较复杂,对设备要求高。

屋顶喷淋是玻璃温室屋面降温的一种方式,优点是系统简单,成本低廉,但耗水量大,屋面易结垢,清洗麻烦。

环流风机可以促进室内空气的流动,改善温室作物光合性能,保持室内温度的一致性,结合通风窗开启,对改善温室通气性的效果很好,但往往被忽视。

此外尚有玻璃屋面喷白,在夏季少雨地区也是一种简易低成本的降温方法。

3 讨论
3.1 推动具有自主知识产权的温室制造业目前,我国连栋温室主要用于现代农业园区或园林作物的育苗,高档菜、花、果的反季节栽培,或作为都市农业观光展示的高档设施被利用。

连栋温室土地利用率高,设施高大,适于机械化作业,劳动环境优越。

引进国外温室,应明确其最终目的在于通过消化、吸收、改进,进一步建立符合国情又有自主知识产权的国产化温室制造业。

3.2 加快连栋温室工程技术标准化的步伐目前国内生产温室及其设备的厂家众多,竞争激烈,主体结构每667 m2造价从4~5万元到14~15万元不等,温室产品良莠不齐。

1998年早春杭州出现了进口以色列温室和国产温室大面积被积雪压塌的事故,此后数年中又陆续发生类似情况,使当地对发展连栋温室顾虑重重。

由于南方地区冬春季多雨雪,与单栋大棚比较,连栋温室积雪不易滑落、清除,因此如果没有做到因地制宜精确地依据雪载、风载等荷载设计结构强度,很容易造成塌跨事故。

要尽快根据我国不同地区气候特点,以企业标准为基础,实现国产温室工程技术的标准化〔5〕,才能防患于未然。

3.3 温室计算机环控技术的研究与开发目前,我国温室主体结构的国产化水平基本可与国外先进技术相媲美,但以计算机技术为核心的温室综合环境自动控制系统,即智能化环控系统等内设施的研发方面,与国外同类技术相比还有相当差距。

因此,根据我国不同地区的气候特点,研发具有自主知识产权的计算机环控软件是当务之急。

3.4 提高连栋温室的综合效益从运行成本来看,我国全自控智能温室的能耗占总成本的30 %~50 %〔6〕,如何降低冬季的加温能耗和提高温室的透光性、密封性和保温性是一个重要的课题。

与此同时,连栋玻璃温室不仅应实现主体结构的国产化,还应重视内部设施,特别是计算机自控系统的国产化,从而大幅提高质量、降低成本。

硬件还必须与软件相结合,开发具有自主知识产权的温室专用品种,改进无公害栽培技术,提高温室作物产品质量,强化现代化的企业经营理念,确立可持续生产体系,才能有效提高温室产业的综合效益。

参考文献
1 李式军主编.设施园艺学.北京:中国农业出版社.2002
2 周长吉,程勤阳,周新群,等.荷兰VenLo型温室在北京地区的适应性分析.北京农业科学,1999,(增):8~13
3 Eugene Reiss,A J Both. Open-root greenhouse update. HorticulturalEngineering. 2001,16(4):1~2
4 蔡象元主编.现代蔬菜温室设施与管理.上海:上海科技出版社,2000
5 周长吉,王松涛,陈端生,等.论温室工程标准制订中的几个问题.农业工程学
报,2002,18(4):189~192
6 黄丹枫,牛庆良.现代化温室生产效益评析.沈阳农业大学学报,2000,31(2):18~22。