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2017年4月 新疆石河子蔬菜研究所陆新德 中国园艺学会 一带一路 园艺作物产业发展研讨会 N S 纬度 23 26 S 23 26 N 夏至6月22日 冬至12月22日 22 54 69 06 前言 设施果蔬生产是新疆实现果蔬园艺作物高效 集约生产的重要形式和手段 对于提早和延迟果蔬园产品的供应期起到重要的补充作用 同时 为加工型蔬菜 番茄 辣椒等 种苗的工厂化生产提供了条件保障 自改革开放和中央实施西部大开发以来 设施农业已经成为新疆促进农业增效 农民增收的新产业 设施农业集约化经营已经成为建设现代农业的有效形式 设施农业反季节生产已经成为保障淡季农产品市场供应的重要渠道 外向型设施农业已经成为新疆发展外向型农业的重要组成部分 目前 全自治区设施农业占地面积约为110万亩 其中兵团约为10万亩 其中日光温室约占60 设施蔬菜面积超过70 近十几年来 兵团城镇化 新型工业化和农业现代化发展有了新的飞跃 与此同时也逐步形成了独具特色的 天山北坡经济带兵团城镇设施蔬菜产业 出口型设施蔬菜产业和加工型蔬菜设施育苗产业 并作为增加就业 增加收入 提高职工生活质量 增强兵团凝聚力的发展战略 但是 基于新疆 兵团 不同农业气候区和社会经济发展状况差异较大 设施农业基地或分布在相对独立的城镇 或分散在南北疆边境偏远区域 相距数百及至数千公里 缺乏人才 缺乏技术 信息与物流流通缓慢等特点 设施农业基地在规划布局 设计与建造 市场化与销售等方面还存在许多问题 见图 面对推进新型工业化 城镇化和现代农业发展 以及加快产业结构调整 优化和升级的形势 面对当前经济新常态的形势 面对 一带一路 发展战略与援疆建设的发展机遇与挑战 在此讲一讲讲 新疆日光温室的结构和材料以及施工的统筹优化 非常重要 和田县和谐新村 104团 162团 170团 十二五 期间承担并完成任务了兵团重大科技项目 高效节能设施结构优化技术及配套装备研究 2012ZX01 和第八师石河子市重大科技项目 日光温室优化改造技术示范 2014NY13 承担科技部科技支撑项目的任务部分 兵团设施蔬菜高效生产技术研究与示范 2014BAD05B02 1 至2018年12月 在此基础上 谈一谈 新疆日光温室的结构和材料以及施工的统筹优化 结构 材料 施工 前屋面底角屋面钢骨 拱 架简化工序底角至腹面段的高度系杆的V字形支架加快进度腹杆位移与系杆墙体材料与厚度降低强度矢高多孔砖的利用节省人工后屋面夹角环保与健康 1 日光温室的布局与方位确定 2 前屋面和后屋面参数的确定 3 前屋面底角需要通过前屋面延伸高度和卷帘机在此段运行情况调整 4 由夏至太阳高度角结合后墙高度与矢高确定后屋面仰角与宽度 5 前屋面至后屋面的镀锌钢管桁架结构优化 6 日光温室墙体结构的优化 7 砖混结构后墙增强蓄热性的优化设计 8 对PC板温室栽培床地下通风调节装置进行优化设计 9 钢管骨架采用型材 10 其它设施结构与材料 1 日光温室的布局与方位确定 主要是结合实地地块的地理位置信息 太阳运行规律 经度和纬度影响太阳升降的时间 方位角和太阳高度角 作物生长对光照的需求 光补偿点与饱和点 光合作用日变化曲线 与气温的需求确定日光温室的朝向及偏角 以一四九团 一四三团和塔国丹加拉项目区为例 一四九团团部项目区地块自然偏东20 设计为正南 一四三团10连项目区地块自然偏西12 设计为偏西12 一二九团9连项目区地块自然正南 设计为正南 塔吉克斯坦丹加拉项目区地块自然正南 设计为偏东8 石河子总场三分场二连地块自然偏西26 拒绝设计 2 前屋面和后屋面参数的确定 为满足温室中作物的光合作用 前屋面和后屋面设计首先要按照当地的的太阳高度角 冬至太阳高度角达到最低 光照时间最短 光照最弱和夏至高度角达到最高 光照时间最长 光照最强 进行测算与预设 根据公式计算与实际验证相结合 a 一四三团10连 N44 51 49 5 E86 18 19 4 冬至太阳高度角 21 42 10 5 夏至太阳高度角 68 34 10 5 b 一四九团团部 N44 56 19 2 E86 13 20 7 冬至太阳高度角 21 37 40 8 夏至太阳高度角 68 29 40 8 c 团结农场场部 N46 40 E83 40 冬至太阳高度角 20 30 夏至太阳高度角 67 30 d 六十六团团部 N44 40 E83 40 冬至太阳高度角 22 30 夏至太阳高度角 69 30 冬至 夏至太阳高度角 昼夜平分之意太阳直射赤道 中国二十四节气2016年11月被列入联合国教科文组织非物质文化遗产 a 一二九团9连 N44 53 E84 48 冬至太阳高度角 21 47 夏至太阳高度角 68 23 光伏板适宜倾角 33 38 b 四十七团7连 N37 28 E79 38 冬至太阳高度角 29 40 夏至太阳高度角 76 29 由冬至太阳高度角预测算前屋面的底角 由夏至太阳高度角预测算后屋面倾角 再与后墙高度预测算后屋面的宽度 预测算的参数还需要结合实际进行多因素如保温帘 矢高等权衡 统筹考虑 f 68 G N 62 48 1m 底角 保温帘 N 正压力 G 重力 Cos f 下滑力 G 重力 Sin 按该位置保温帘质量 m2 50kg计 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当底角为62 时 正压力值最大 当底角为62 时 下滑力值最小 测算参数90 22 68 主观参数48 50 优化参数62 3 前屋面底角需要通过前屋面延伸高度和卷帘机在此段运行情况调整 前屋面延伸高度要考虑满足作物生长高度的需要 以番茄种植为例 选择早中熟品种第7 8节着生第一花序 留5穗果 每穗间隔2片叶 最大节长10cm 生长高度至少需要1 8m 从底角延伸线到腹面的弧度还影响卷帘机的运行 需要预防卷帘机在此坠落 优选一个适当的底角角度尤为重要 从底角延伸线到腹面 1 采光材料采用塑料膜 这个面是弧形的 2 采光材料采用PC板 聚碳酸酯板 这个面是平直的 以便安装侧窗及开窗系统运行 4 由夏至太阳高度角结合后墙高度与矢高确定后屋面仰角与宽度 后屋面仰角的参数下限为冬至太阳高度角 上限为夏至太阳高度角 适合的仰角以不阻挡北侧 最后 一排植株的光照 后墙有足够蓄热放热高度 后屋面保温宽度达到最大 约2 5m 俗称 中后坡 和保温帘卷到最顶端时遮阳边界等因素经统筹来确定 设定为50 矢高为4 11m 考虑抗风性可减少地面高度 当太阳高度角大于50 时 太阳高度角每月增加约7 49 节气已到春分 3月22日 气温已经明显升高 光照强度适中或过强 前屋面 采光面 腹面为上下两点的连接 并考虑利于雨水和积雪下滑的因素 与太阳高度角的关系测算在此忽略 在南疆南缘如和田等地对矢高有特殊的要求 在生长季气温上升快 温差大 加在通风降温有限 在室内顶层会迅速形成一高温层 厚度约1 5m 导致植株顶端萎蔫 以番茄为例 植株生长高度2m 高温层1 5m 矢高的基本参数应 3 5m 13 45 5 前屋面至后屋面的镀锌钢管桁架结构优化 简化以往 上拱 拉筋 下拱 的结构 采用强化单管镀锌钢管拱架设计 八钢产国标管 材料改焊管为热镀锌管 与内延V型支架 由吊柱延伸而来 和镀锌管系杆 横连接 及墙体形成稳定 牢固的网状结构 整个弧长的确定统筹考虑施工简化 方便 快捷的要求和节省劳力及其成本的要求 为两根标准钢管对接一次焊接 总长12m 省去了切割与再焊接工序 温室内径为9 2 9 34m 超过了传统的参数 一四九团火道加温的塑料膜日光温室 SW 9 27 3 97 1 52 G 一四三团10连项目区火道加温的塑料膜日光温室 SW 9 2 4 11 1 35 G 一四三团10连项目区育苗温室为集中供热PC板 日光温室 SW 9 34 4 23 1 56 G 优点 1 钢材使用总量比上拱和下拱加拉筋单片式结构所用钢材相当 重量与单拱截面面积 但提高了整个桁架结构的载荷能力 2 制作与安装需电焊点约1000个 亩 使用面积 以上 施工期至多3天 而 上拱 拉筋 下拱 结构制作需电焊点约11000个 亩 使用面积 以上 施工期至少5天 耗费人工费由12000元降为7200元 减少了4800元 降耗 降低人工消耗 40 减少电焊时间与耗电与焊条等损耗 其中节省焊条成本由 220kg 4400元降低到 20kg 400元 节省焊条200kg 节本91 3 减少电焊时间与耗电与焊条等损耗琮可减少对环境的污染和人体健康的损害 整个拱架的竖向位移与纵向位移控制 通过对整个钢拱架竖向位移的分析 确定系杆 横连接杆 的位置 PC板温室直接由系杆连接单管镀锌钢管拱架 形成一个整体的 稳固的网状结构 竖向位移 通过内延V型支架 由吊柱延伸而来 主要应用于塑料膜温室 采用镀锌扁铁 连接系杆和单管镀锌钢管拱架 形成一个整体的 稳固的网状结构 这种结构增强了整个桁架结构的牢固性与稳定性 提高其载荷能力 减免单管镀锌钢管拱架所产生的横向位移和竖向位移 6 日光温室墙体结构的优化 主要参考当地冬季最大冻土层 在北疆冻土层厚度约1 5m 单质 干打垒 土墙至少要达到1 8m厚 不符合建设实际 在材料具有经济 易取基础上 参考所用材料的导热率 经优化后墙体采用多孔砖 墙体厚80cm设计 外贴聚乙烯泡沫板 厚10cm强化保温 总厚度控制在90cm 具有较好的经济实用性和隔热性 保温性 温室常用建筑材料的导热率 7 砖混结构后墙增强蓄热性的优化设计 在不增加建设成本的基础上 将多孔砖的多孔面作为 增性蓄热面 显现了增强型 热池 具有19 左右的潜力 多孔墙平面型西侧比普通光面墙西侧墙面的表面温度平均值高2 5 多孔墙平面型中部比普通光面墙西侧中部墙面的表面温度高7 0 多孔墙凸凹面型西侧与比普通光面墙西侧墙面的表面温度平均值高1 8 多孔墙凸凹面型西侧中部比普通光面墙西侧中部墙面的表面温度高2 6 4 2 资料 一块多孔砖长24cm 宽10cm 厚8cm 有直径1 7cm的孔洞20个 每砖面积为240cm2 孔洞面积为45 4cm2 占19 砖混结构后墙表面多孔砖的变构优化设计 变后墙阳面背动 热池 为部分主动 热池 多孔墙平面型比普通光面墙的表面温度平均值提高了2 5 7 0 提高幅度8 5 23 9 提高了吸热放热性能 未来可在潜热材 如PCM 应用方面做些工作 未来利用后墙多孔砖加入蓄热和放热性更优的潜热材 变后墙为主动 热池 的效果会更好 潜热材的应用是今后发展的一个亮点 8 PC板温室顶窗电动开窗和侧窗电动开窗系统优化设计 充分体现了开窗操作的快捷与方便 顶窗调节为主和侧窗调节为辅的思路 在使用中显示其有效性 灵活性与精确性 改变了目前大多数日光温室顶窗与侧窗或无侧窗调节的不准确 不便利 不规范 随意性强等弊端 顶窗和侧窗完全打开需时约50秒 开张度45 上午当温室内温度不断上升接近通风降温预警值20 时 顶窗开启50 当室内温度继续上升接近28 时则顶全开 侧窗打开50 如室温接近30 时则侧窗全开 还可根据东侧或西侧植株长势不对称开窗 电动开窗系统有利于实现远程监测与调控操作 电脑端或手机端 更加方便 及时 日光温室环境因子远程监测与调控操作 8 对PC板温室栽培床地下通风调节装置进行优化设计 当温室内顶窗与侧窗牌全开状态 室内气温仍然继续上升时 顶部热空气会加速外逸 带动地下最低层管内低温空气向上移动 夏季利于贮热于地下和更有效降低温室内空气温度 冬季利于提高地温 增强了温室顶层与底层冷热空气交换 储放 增强了提高地温的性能 9 钢管骨架采用型材 采用强化单管镀锌钢管拱架设计 材料改焊管为热镀锌管 与内延V型支架和镀锌管系杆及墙体形成稳定 牢固的网状结构 比以往大多数钢结构日光温室采用的 上拱 拉筋 下拱 的结构减少电焊点约10000个 亩 只有约1000个 亩 未来采用型材可减少至170个左右 亩 整个珩架结构采用装配式安装 更便捷 省工省力 新疆兵团第九师团结农场团PC板型材日光温室 援助塔吉克斯坦日光温室材料在喀什国际物流园 新疆兵团第七师一二九团光伏 日光温室 10 其它设施结构与材料 新疆兵团第七师一二九团光伏 日光温室 十四师四十七团沙地PC板日光温室 钢筋水泥基座 第十四师四十七团PC板日光温室后置工作间 缓冲间 附其他参数 1 风荷载 风压 0 016 V2 H V 风速 8级风风速为20m s H 矢高 2 冬至正午太阳高度角 90 当地纬度 23 26 夏至正午太阳高度角 90 当地纬度 23 26 3 前屋面与后屋面的投影比例 4 5 1 4 温室间距S S H 冬至时太阳高度角的正弦值 b M b 后屋面的投影宽度 m M 后墙总厚度 m 新疆日光温室的结构和材料以及施工的统筹优化 494472931 新疆石河子蔬菜研究所陆新德 中国园艺学会 一带一路 园艺作物产业发展研讨会 TheoptimizationonthestructureandmaterialsandtheconstructionofthesolargreenhouseinXinjiang ShiheziResearchInstituteofVegetableCropsinXinjiang China
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