资源描述：
设施农业 nullnullnullnull 设施农业 nullnullnullnull 30 31 设施装备工程Agricultural Equipment 进行越冬生产 6 为提高大跨度外保温覆盖塑料大棚的适用性 和推广性 本研究对该种设施的建筑结构 光热环境等特征及其 配套的冬季加温 夏季降温等环境调控技术和装备开展了综述 并对其今后研究方向提出了建议 以期为相关研究人员提供参考 1 大跨度外保温覆盖塑料大棚发展现状 1 1 建筑形式 大跨度外保温覆盖塑料大棚将塑料大棚土地利用率高和日 光温室保温节能的优点结合在一起 并以实现机械化作业为目标 该种设施类型的建筑形式多样 根据屋面形式主要分为2类 分 别为对称结构和非对称结构 图1 7 对称式结构大棚屋脊一 般为南北向布局 而非对称式的屋脊是东西向布局 与传统日光 温室的布局形式一样 摘要 大跨度外保温覆盖塑料大棚是一种结合塑料大棚和日光温 室优点的新设施类型 具备低成本 土地利用率高 宜机化水平 高等优点 近年在中国北方地区得到较大面积推广应用 该文介 绍了大跨度外保温覆盖塑料大棚发展现状 介绍了其主要建筑结 构 光热环境等特征 重点阐述了目前大跨度外保温覆盖塑料大 棚配套的冬季加温 夏季降温等环境调控技术和装备 对其未来 发展趋势进行了分析并提出建议 关键词 大跨度外保温覆盖塑料大棚 建筑结构 光热环境 调 控装备 中图分类号 S62 据农业农村部农业机械化管理司2023年全国农业机械化统 计年报所示 中国园艺设施主要包括连栋温室 日光温室 塑 料大棚 截至2023年 3种园艺设施面积分别为5 97万公顷 52 72万公顷 118 56万公顷 连栋温室标准化程度高 环境调 控能力强 可周年进行作物生产 存在主要问题是冬季加温能耗 高导致产投比倒挂 也是限制连栋温室产业发展的瓶颈 1 日 光温室是中国自主研发的一种特殊温室类型 可在北方地区冬季 不加温生产 但传统的日光温室墙体为厚重的土墙和石墙 占地 面积大 施工速度慢 不仅占用大量耕地 而且破坏原有土地的 耕作层 在当前国家严格限制破坏土地耕作层的政策背景下 迫 切需要有效手段来破解日光温室墙体建设中大量占用和破坏土壤 耕作层的技术难题 近年 在山东 北京 新疆等地推广应用了较多的装配式 柔性日光温室 该种日光温室施工速度快 土地利用率较高 不 破坏土壤耕作层 存在的问题是室外冬季温度较低时 在没有装 配主被动储放热系统和主动加温系统时很难进行越冬生产 2 4 塑料大棚建造成本低 土地利用率高 但空间较小 环境调控能 力弱 保温性能差 在中国北方地区主要用于春提早 秋延后生 产 近年出现了大跨度外保温覆盖塑料大棚 该种设施结构简单 建造成本低 保温性能好 适宜农机装备作业 土地利用率达到 80 以上 5 但该种设施在西北 华北地区不加温条件下也很难 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 大跨度外保温覆盖塑料大棚研究现状及发展趋势 何 芬 1 2 冯 倩 1 2 王传清 1 2 李 邵 1 2 曲继松 3 朱倩楠 3 金 鑫 4 1 农业农村部规划设计研究院 北京 100125 2 农业农村部农业设施结构设计与智能建造重点实验室 北京 100125 3 宁夏农林科学院园艺研究所 银川 750002 4 宁夏新起点现代农业装备科技有限公司 银川 750201 图1 不同屋面形式塑料大棚 a 对称式 b 非对称式 1 2 结构参数 塑料大棚主要结构参数包括跨度 脊高 屋面角 方位角 等 这些参数直接影响室内光热特性 为此合理选择结构参数对 提高温室光热性能有重要作用 国家标准GB T 51057 2015 种 植塑料大棚工程技术规范 规定塑料大棚为跨度不小于6 m 脊高不低于2 4 m的塑料棚 目前关于大跨度外保温覆盖塑料 大棚设计建造国家和行业标准缺乏 普通塑料大棚跨度一般为 6 8 10 12 m 山东省地方标准 DB37 T 4682 2 2023 拱圆 大棚建造技术规范 第2部分 大跨度外保温型 规定 南北走 向对称式的大跨度外保温型塑料大棚跨度不小于16 m 脊高不 低于 4 8 m 肩高不低于 1 8 m 且当跨度为 18m 20m 时 脊 高分别为 5 2 5 6 5 6 6 0 m 肩高分别为 2 0 2 2 2 2 2 4 m 方位角为偏东 西 不应超过10 结构参数 设施农业 nullnullnullnull 设施农业 nullnullnullnull 30 31 农业工程技术 设施农业 与大棚建造所处的地理位置直接相关 河南地区跨度20 m的 大跨度塑料大棚 脊高设置为6 2 m 底角处屋面角75 屋 脊处屋面角15 8 在综合考虑大跨度外保温塑料大棚光截 获和采光均匀性后 研究者建议黄淮海地区16 24 m南北走 向大跨度外保温塑料大棚适宜形状为圆弧形 适宜方位角为南 偏西80 90 适宜结构参数为高跨比为0 28 0 33 16 20 m 东西走向非对称大跨度外保温塑料大棚适宜形状为圆 弧形 适宜方位角为正南 适宜结构参数为高跨比为0 34 0 35 脊位比0 33 0 37 9 1 3 光热环境 园艺设施主要功能是为作物提供适宜的环境条件 其中最重 要的是温度和光照环境 如喜温果菜 叶菜 育苗 草莓等的冬 季生长最低温度分别为12 5 15 5 经周年测试 河南地 区的大跨度外保温覆盖塑料大棚保温光热性能接近于普通日光温 室 1月平均最低气温和地温分别为6 8 和12 4 晴天棚内 的透光率为51 8 67 5 能为喜温类果菜提供必要的环境条 件 在提高冬季保温性能后可进行喜温果菜的周年栽培 具有推 广价值 10 对于纬度更低的江苏徐州地区 大跨度外保温覆盖 塑料大棚在1 3月非连续低温条件下 室内空气温度可以达到 60 cm厚砖墙日光温室保温性能 且外界日最低温度在 5 9 以 上时室内气温维持在10 左右 相对于日光温室番茄产量没有 降低 7 对于纬度较高的宁夏银川地区 11月至翌年1月冬季 低温条件下 大跨度外保温覆盖塑料大棚内部的平均最高气温 最低气温分别为 28 8 29 4 2 7 2 1 11 可见该种 设施在当地无法进行喜温果菜和叶菜的生产 只有加强外保温或 配套加温设备才可以达到作物最低温度生长需求 2 大跨度外保温覆盖塑料大棚环境调控装备 2 1 冬季保温加温 大跨度外保温覆盖塑料大棚与普通塑料大棚的主要区别就 在于前者在大棚的两侧屋面分别安装了保温被 采用两台卷帘机 分别控制其卷放 保温被的设置使得塑料大棚在冬季的保温性能 更好 甚至在江苏 山东 河南的某些地区可在冬季无加温进行 叶菜 果菜的越冬生产 本研究以北京市 徐州市 潍坊市 安阳市 银川市 太原市的对称式大跨度外保温塑料大棚种植不同作物为例 计 算出的配套加温设备负荷如表1所示 加温负荷 Q h 主要包括 3个部分 分别是通过屋面 山墙等围护结构的传热量 Q w 地 中传热量 Q f 冷风渗透耗热量 Q v 其中 Q w Q f Q v 占比分别为 79 2 5 1 15 7 由此可见 大棚散热主要还是通过屋面 山墙等围护结构 为此在冬季必须将加强屋面保温覆盖或者增 加多层内保温幕来防止热量散失 12 同时 大跨度外保温塑 料大棚因没有像日光温室墙体那样的储放热体 直接影响冬季 生产性能 目前关于针对大跨度外保温塑料大棚研发的主动加 温设备较少 主要包括表冷器 风机集放热系统 土壤 空气 热交换系统等 根据对系统加温效果的测试 2种加温系统在 晴天和阴天可将室内气温分别提高2 5 和1 1 1 9 在 晴天能效比 COP 分别达到 2 90 17 84 阴天达到 3 10 10 11 13 14 节能效果明显 表1 大跨度外保温覆盖塑料大棚不同屋面形式 典型 地区 室外计算 温度 加温负荷 W m 2 喜温果菜 叶菜 育苗 草莓 普通花卉 北京 9 97 62 65 08 111 56 65 08 116 21 徐州 5 79 02 46 48 92 97 46 48 97 62 潍坊 8 92 97 60 43 106 91 60 43 111 56 安阳 7 88 32 55 78 125 51 55 78 106 91 银川 15 125 51 92 97 139 45 92 97 144 10 太原 12 111 56 79 02 125 51 79 02 130 16 2 2 夏季通风降温 大跨度外保温覆盖塑料大棚夏季降温主要采用自然通风 机 械通风等方式 与普通塑料大棚 连栋温室夏季降温一样 为保 证大棚的通风需求 主要也是利用压膜槽在大棚顶部两侧 近地 面两侧南北通长设置4道通风口 顶部通风口离开棚顶应大于 1 m 宽度1 0 1 4 m 近地面通风口离开地面0 4 0 5 m 宽度1 2 1 6 m 15 同时采用两侧底部加顶部垂直卷膜通风的 大棚通风降温效果明显 16 目前关于通风口大小的设置缺乏 理论计算依据 大跨度外保温覆盖塑料大棚夏季通风主要是排 除多余热量 根据行业标准NY T 1451 2018 温室通风设计 规范 防止室内高温排除多余热量的必要通风率 q b 计算公 式如下式所示 式中 受热面积修正系数 取值1 0 1 2 覆盖层的太阳辐射透射率 无外遮阳时取值0 85 室外水平面太阳总辐射照度 W m 2 蒸腾蒸发热量损失系数 无湿帘时 取值0 65 1 15 null null null null null null null null null null null null null null null null null null nullnull null null null null null nullnull null null null null null null null null null null null null null null null null null null nullnull null null null null null nullnull null null null null null null null null null null null null null null null null null null nullnull null null null null null nullnull null null null null null null null null null null null null null null null null null null nullnull null null null null null nullnull null null null null null null null null null null null null null null null null null null nullnull null null null null null nullnull 设施农业 nullnullnullnull 设施农业 nullnullnullnull 32 33 设施装备工程Agricultural Equipment 表2 典型地区大跨度外保温塑料大棚夏季必要通风率 典型 地区 t o E W m 2 通风率 m 3 s nullm 2 喜温 蔬菜 耐热 蔬菜 耐寒 蔬菜 半耐寒 蔬菜 北京 34 1 982 0 0705 0 0881 0 0526 0 0500 徐州 34 1 824 0 0647 0 0795 0 0497 0 0475 潍坊 32 8 823 0 0728 0 1003 0 0515 0 0488 安阳 34 9 961 0 0656 0 0784 0 0511 0 0489 银川 32 0 1019 0 0915 0 1485 0 0573 0 0535 太原 31 5 970 0 0965 0 1792 0 0573 0 0533 null null null null null null null null null null null null null null null null null null nullnull null null null null null nullnull null null null null null null null null null null null null null null null null null null nullnull null null null null null nullnull 温室各部分围护结构的传热系数 W m 2 null 温室各部分围护结构面积 m 2 室内空气干球温度 室外空气干球温度 温室地面面积 m 2 空气的定压比热容 取 1030 J kg null 空气密度 按1 29 kg m 3 取值 排出温室空气干球温度 进入温室空气干球温度 以北京市 徐州市 潍坊市 安阳市 银川市 太原市的 对称式大跨度外保温塑料大棚种植不同作物为例 可计算出防止 室内高温排除多余热量的必要通风率 如表2所示 以大棚自然 通风量必须要大于防止室内高温排除多余热量的必要通风量为原 则 据此来计算大棚通风口的大小 null null null null null null null null null null null null null null null null null null nullnull null null null null null nullnull null null null null null null null null null null null null null null null null null null nullnull null null null null null nullnull null null null null null null null null null null null null null null null null null nullnull null null null null null nullnull null null null null null null null null null null null null null null null null null null nullnull null null null null null nullnull null null null null null null null null null null null null null null null null null null nullnull null null null null null nullnull null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null nullnull null null null null null null null null null null null null null null null null null null nullnull null null null null null nullnull null null null null null null null null null null null null null null null null null null nullnull null null null null null nullnull 盖材料 主被动加温降温装备等方面开展研究 保障作物越冬 越夏生产 参考文献 1 何芬 魏晓明 蔡峰 等 多重保温覆盖连栋温室的设计及 性能分析 J 中国农业大学学报 2021 26 2 98 104 2 王艳芳 雷喜红 李蔚 等 北京市柔性保温墙温室应用现 状及发展建议 J 中国蔬菜 2023 10 11 16 3 李建明 李浩杰 孙国涛 等 装配式日光温室柔性复合墙 体性能测试与分析 J 农业工程学报 2024 40 8 179 187 4 王超 方慧 张义 等 轻简柔性墙体装配式日光温室能耗 分析 J 农业工程学报 2023 39 3 190 197 5 李建明 大跨度双层内保温塑料大棚的特点与应用 J 西北 园艺 蔬菜 2012 3 6 7 6 王君 李衍素 张爱民 等 外保温覆盖大跨度塑料大棚在 徐淮地区番茄越冬生产上的实践 J 中国蔬菜 2021 8 51 57 7 周长吉 周博士考察拾零 七十五 大跨度保温塑料大棚的 实践与创新 上 J 农业工程技术 2017 37 34 20 27 8 董晓星 李胜利 大跨度外保温型塑料大棚的设计及应用 J 农业工程技术 2018 38 19 20 23 9 王传清 大跨度外保温塑料大棚光环境模型构建与应用 D 泰安 山东农业大学 2024 10 董晓星 黄松 余路明 等 大跨度外保温型塑料大棚小气 候环境测试 J 中国农业气象 2020 41 7 413 422 11 魏锋 越冬大跨度塑料大棚保温被自动控制实现及其热环 境模拟研究 D 银川 宁夏大学 2023 12 周长吉 周博士考察拾零 七十六 大跨度保温塑料大棚的 实践与创新 下 J 农业工程技术 2018 38 1 38 43 13 李明 耿若 宋卫堂 等 外保温塑料大棚表冷器 风机 集放热系统性能分析 J 农业机械学报 2020 51 10 371 378 14 管梦真 王传清 段续胜 等 土壤 空气热交换系统在大 跨度外保温塑料大棚中应用效果研究 J 农业工程技术 2022 42 22 33 37 15 王传清 倪秀男 魏珉 等 基于CFD的不同通风方式塑 料大棚降温效果研究 J 农业机械学报 2023 54 1 351 356 439 项目支持 宁夏回族自治区重点研发计划 2025BBF02011 农业农村部规划设计研究院农规英才 项目 QNYC 2024 10 作者简介 何芬 正高级工程师 研究方向 设施园艺环境 工程研究 E mail hefen 2005 引用信息 何 芬 冯 倩 王传清 等 大跨度外保温覆盖塑料大棚研究现状 及发展趋势 J 农业工程技术 2025 45 27 30 32 3 发展趋势和建议 大跨度外保温塑料大棚是在塑料大棚的基础上覆盖保温被 其优点是内部空间大 土地利用率高 成本低 适于机械化作业 近年 该种设施建筑形式呈现多样性 不再是单一的对称式结构 非对称东西向布置 双层骨架双层覆盖的形式越来越多 同时 为了提升大棚冬季使用性能 在北侧可设置保温蓄热墙体或酿 热池 或直接采用电热风机 地源热泵等主动加温设备进行临 时加温 但存在一次性投资成本过高的缺点 目前大跨度外保温塑料大棚已在山东 河南等地区推广 较多 目前仍存在一定的问题 如标准化结构形式缺乏 建 造不规范等 建议加快制定大跨度外保温塑料大棚设计建造 方面的行业标准 进一步规定建筑 结构 通风与降温 加 温等方面的设计方法 形成不同区域标准化建造图集 同时 建议进一步从大跨度外保温塑料大棚的建筑结构 外保温覆
展开阅读全文
