屋面全开启拱形连栋膜温室设计与应用.pdf

第 10 卷 第 2 期 农 业 工 程 Vol 10 No 2 2020 年 2 月 Agricultural Engineering Feb 2020 收稿日期 2019 10 14 修回日期 2019 12 03 作者简介 董微 硕士 农艺师 研究方向 设施农业 E mail dongwei2016 126 com 在线投稿 www d1ae com 屋面全开启拱形连栋膜温室设计与应用 董 微 1 2 3 李秀刚 2 3 周增产 1 2 3 陈立振 2 3 兰立波 2 3 田风梅 2 3 1 北京市农业机械研究所有限公司 北京 100096 2 北京京鹏环球科技股份有限公司 北京 100094 3 北京市植物工厂工程技术研究中心 北京 100094 摘 要 该文以屋面全开启拱形连栋膜温室项目为例 详细论述了屋面全开启拱形连栋膜温室的结构设计 研究表 明 屋面全开启拱形连栋膜温室排风口接近温室顶部 大大提高了通风面积 可快速除去温室内的高温高湿空气 达 到快速交换空气的效果 同时可为作物生长提供自然光照 关键词 屋面全开启 连栋 膜温室 中图分类号 S625 1 文献标识码 A 文章编号 2095 1795 2020 02 0033 05 Design and Application of oof Full open Arched Multi span Membrane Greenhouse DONG Wei 1 2 3 LI Xiugang 2 3 ZHOU Zengchan 1 2 3 CHEN Lizhen 2 3 LAN Libo 2 3 TIAN Fengmei 2 3 1 Beijing Agricultural Machinery Institute Co Ltd Beijing 100096 China 2 Beijing Kingpeng International Hi tech Corporation Beijing 100094 China 3 Beijing Plant Engineering Technology esearch Center Beijing 100094 China Abstract The project of roof full open arched multi span membrane greenhouse was selected As an example structure design of roof full open arched multi span membrane greenhouse was discussed in detail The air outlet was close to the top of green house which greatly improved ventilation area It could quickly remove high temperature and humidity air in the greenhouse and achieve effect of rapid air exchange At the same time it provide natural light for crop growth Keywords roof full open multi span membrane greenhouse 0 引言 自然通风主要依靠外部风压和内外空气热压使空 气流动 从而达到交换室内外空气的目的 是温室栽 培中一个重要的过程 1 2 合理设置温室通风方式 可以排除温室内的余热 余湿 增加温室内 CO 2 含 量 改善温室内的环境 从而有效提高各类设施环境 控制装备的高效性及节能性 3 5 屋面开窗是温室自 然通风的主要形式 6 屋面连续开窗能够保证室内 气流均匀 温度场稳定 是大部分温室 尤其是塑料 薄膜温室的主要开窗方式 7 9 在温室设施的研究表明 覆盖材料为玻璃的连栋 温室已有屋顶全开启的形式 而连栋膜温室鲜有相关 方面的研究 10 11 本文以北京市农业机械研究所有 限公司与北京京鹏环球科技股份有限公司共建的屋面 全开启拱形连栋膜温室项目作为实例 阐述屋面全开 启拱形连栋膜温室的设计方案 1 温室组成 屋面全开启拱形连栋膜温室由主体结构 覆盖材 料和配套设施构成 其平面图如图 1 所示 温室主体 结构包括立柱 大梁 水槽和桁架等 温室立面覆盖 材料采用 0 3 mm 厚高强编制膜 顶部采用 0 2 mm 厚防虫膜 配套设施有自然通风系统 通风降温系 统 遮阳系统 水肥系统 栽培槽系统 智能环境控 制系统和配电系统等 温室的自然通风系统采用半弧 形电动开启齿轮齿条开窗方式 由减速电机 齿轮齿 条 防虫网和铝合金卷轴等部分组成 2 结构特点 屋面全开启拱形连栋膜温室打破了传统的温室顶 部固定的方式 采用了以温室天沟为固定轴 整个屋 顶能绕天沟旋转达到温室顶部全开的目的 给作物的 生长提供全部的自然光照 满足作物生长所需的多种 农业工程 生物环境与能源 图 1 屋面全开启拱形连栋膜温室平面图 Fig 1 Plane figure of roof full open arched multi span membrane greenhouse 光谱能量的需求 提供了充分的通风效果 通风换气 比接近 100 屋面全开启拱形连栋膜温室运行成本比目前的同 类型温室低 排风口接近温室顶部 大大提高了通风 面积 可快速除去温室内的高温高湿空气 达到快速 交换空气的效果 屋面全开启拱形连栋膜温室可为对 气候性要求比较严格的作物提供理想的生长环境 使 作物生长环境接近大自然 3 项目实施地气候资源情况 项目实施地陵水黎族自治县位于海南岛的东南部 地理坐标为北纬 18 22 18 47 东经 109 45 110 08 东濒南海 南与三亚市毗邻 西与保亭县交界 北与万宁市 琼中县接壤 由于地处北回归线以南 气候属热带岛屿性季风气候 高温多雨 冬天严寒 干湿季分明 夏秋多雨 冬春干燥 年平均气温 25 2 年平均雨量为 1 500 2 500 mm 主要集中在每年 的 8 10 月 光照充足 全年无霜 四季常青 适宜 热带作物和反季节瓜菜的种植 但由于受岛屿性季风 的影响 平均受 3 5 次 年台风的袭击 最大风力达 14 级 风速 45 m s 4 相关设计 4 1 温室功能 屋面全开启拱形连栋膜温室主要用于工厂化果菜 生产 体现低碳节能 精准远程控制和自动化采收装 备等现代设施农业高新技术 4 2 基本布局 屋面全开启拱形连栋膜温室面积为 73 080 m 2 分为生产区和走廊两大部分 温室中部设置一条东西 走向 5 m 宽的工作走廊 走廊采用纵向顶设计的方 式 目的主要是保证走廊部分和其他区域的独立 顶 部采用 6 套通风机构进行通风 更有效地解决独立通 风 不影响其他区域的生产作业 4 3 设计依据 GB T 50009 2001 建筑结构荷载规范 GB T 19791 2005 温室防虫网设计安装规范 GB T 18621 2002 温室通风设计规范 JB T 10296 2001 温室电气布线设计规范 JB T 10288 2001 连栋温室结构 JB T 10297 2001 温室加热系统 设计规范 JB T 10306 2001 温室控制系统设计 规范 4 4 性能指标 性能指标如表 1 所示 表 1 屋面全开启拱形连栋膜温室性能指标 Tab 1 Performance indicators of roof full open arched multi span membrane greenhouse 项目 值 承载风压 m s 1 41 4 吊载 kg m 2 25 最大排雨量 mm h 1 160 双侧加中间排水 使用寿命 年 20 4 5 总体设计方案 北京市农业机械研究所有限公司与北京京鹏环球 科技股份有限公司共建的屋面全开启拱形连栋膜温室 采用东西方向排跨 南北方向排开间 天沟为南北走 向 温室跨度 8 m 开间 4 m 桁架间距 4 m 肩高 5 5 m 外遮阳高 8 5 m 跨度方向走道 5 m 开间方 向走道 4 m 其立面图如图 2 所示 主体骨架采用热镀锌轻钢结构 顶部采用热镀锌 圆管 使用寿命长达 20 年以上 考虑到项目实施地 的气候特点 项目设计中采用了特殊的结构 以增强 温室抗风能力 4 6 抗风结构设计 项目实施地属热带岛屿性季风气候 由于受岛屿 性季风的影响 平均受 3 5 次 年台风的袭击 最大 风力达 14级 为此本项目温室抗风结构进行了下述 43 董微 等 屋面全开启拱形连栋膜温室设计与应用 图 2 屋面全开启拱形连栋膜温室立面图 Fig 2 Elevation of roof full open arched multi span membrane greenhouse 优化设计 1 整栋温室设计了 6 道柱间支撑 使温室更具 有牢固性 2 水槽和顶部固定窗边链接部分采用铝合金轴 进行链接 能够增加固定边牢固性和使用性 且不生 锈 对温室没有腐蚀 3 外遮阳顶部骨架采用跨度方向 8 m 大梁 的方式 4 m 开间位置一道纵拉杆 8 m 梁中间一道 4 m 纵拉杆 侧面 3 道撑杆设计加强稳固和抗风性设 计 整个顶部 4 道立柱拉筋设计 端部采用三角梁进 行加强 4 四周立面卷膜端部采用防风板设计 主要是 遮挡端部的轴头抗风和端部的侧面薄膜防风 增加端 部抗风能力 5 温室四周采用压膜带和压膜杆设计 图 3 增强边部侧面通风系统的抗风性能 6 增加防风拉筋设计 起到固定温室 加强抗 风性能的作用 7 侧面卡槽全部采用扣条进行压扣 既美观 又能够防止卡簧被大风吹起 8 温室侧立面卷膜器增加了万向节设计 由于 图 3 压膜带和压膜杆 Fig 3 Film belt and film rod 温室的每个角都有卷膜器 长时间使用易造成卷膜和 薄膜互相干扰 而万向节可以使卷膜轴更好地贴近温 室立柱 增强抗风性能 9 温室侧面采用 0 3 mm 厚的进口高强编制膜进 行覆盖 顶部采用进口金象 0 2 mm 厚防虫膜覆盖 10 温室四周立面卷膜采用铝合金卷轴 有效 加强了温室的抗风性 同时提高了温室的美观性 11 落水管设计在温室内部 可防止台风对落 水管的破坏 12 温室顶部通风窗口末端全部多增加 1 排齿 轮齿条 以提高最外侧通风窗口的抗风性能 4 7 全开启屋面设计 全开启屋面采用半弧形电动开启齿轮齿条开窗方 式 图 4 开启的高度约为 1 5 m 可实现膜温室 两屋面整体开启 实现了温室内外空气的快速流通和 交换 从而达到降温除湿的效果 通风屋面的开窗横 杆与膜温室固定框之间采用整张的 40 目折叠式尼龙 防虫网 防止室外杂物及病虫害进入室内 有效解决 关闭天窗时防虫网不能全部收回的问题 提高温室保 温性能 53 农业工程 生物环境与能源 图 4 天窗平面布局 Fig 4 Skylight plane layout 温室屋面开启时示意如图 5 所示 温室两坡屋面 以相邻的天沟为轴 通过半弧形齿轮齿条驱动而实现 相邻两坡屋面的开启与闭合 开窗电机座固定在开窗 传动轴上 再将开窗电机用螺栓安装于开窗电机座 上 开窗轴支座安装于开窗传动轴上 开窗臂通过开 窗臂绞轴固定在开窗轴支座上 开窗电机通过链轮驱 动开窗传动轴 1 组齿轮按一定间距套装于开窗传动 轴上 各齿轮外齿啮合一齿条 齿条端部通过齿条连 接件与开窗臂铰接 1 桁架梁 2 立柱 3 膜温室天沟 4 开窗臂 5 屋顶圆拱 6 开窗横杆 7 开窗齿条 8 折叠式防虫网 9 屋顶纵拉杆 10 副杆 11 开窗电机 图 5 温室屋面开启时示意 Fig 5 Diagrammatic sketch of roof full open arched multi span membrane greenhouse 5 应用情况 屋面全开启拱形连栋膜温室已于 2016 年投入使 用 图 6 近 3 年的使用情况验证了温室良好的抗 风性能和通风降温效果 该类温室主要进行西红柿 西瓜等果菜的种植 种植效果良好 温室采用了京鹏 设计开发的全开启屋面 营养液循环再利用系统 电 动液压采摘车等配套设施 上述配套设施的应用 为 屋面全开启拱形连栋膜温室实现优质 高产奠定了基 础 图 6 屋面全开启拱形连栋膜温室内外景 Fig 6 Interior and exterior of roof full open arched multi span membrane greenhouse 63 董 微 等 屋面全开启拱形连栋膜温室设计与应用 6 结 束 语 屋面全开启拱形连栋膜温室可实现膜温室两屋面 整 体 开启 实现了温室内外空气的快速流通和交换 从而达到降温除湿的效果 同时可为作物生长提供自 然光照 在通风屋面的侧框边缘安装折叠式防虫网 密封性好 能够有效解决关闭天窗时防虫网不能全部 收回的问题 提高了温室保温性能 参 考 文献 1 姜 雄 晖 刘淑珍 温室开窗机构研究 J 中国农机化 2006 3 63 67 JIANG Xionghui LIU Shuzhen Study actuality of ventilation J Chinese Agricultural Mechanization 2006 3 63 67 2 张蓓 陈 伟旭 金鹍鹏 等 北方现代温室开窗系统的研究 J 农机化研究 2012 8 255 258 ZHANG Bei CHEN Weixu JIN Kunpeng et al esearch on the north of modern greenhouse s open window system J Journal of Agricultural Mechanization esearch 2012 8 255 258 3 陆春 胜 一种屋脊大开窗玻璃温室开窗机构的设计 J 上海 农业学报 2007 23 4 76 79 LU Chunsheng The design of windowing device of a glasshouse with big bridge windows J Acta Agriculturaal 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