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,