第二章--高效节能日光温室的设计与建造5-25--(NXPowerLite)

第二章高效节能日光温室的设计与建造邹志荣李式军张真和张福墁王耀林内容摘要1、温室的分类方法有那几种？2、温室的建造特点是什么？3、日光温室的“五度”、“四比”、“三材”指的是什么？4、如何进行温室的设计？5、日光温室的建造程序是什么？一、温室和大棚的类型1、按外形分类半圆型：高拱型：平面屋面形状曲面（圆屋面型)单屋面：3/4型：复折屋顶型：双屋面：(a)(c)3/4屋面温室：又称不等式屋面温室，这种温室一般多是东西延伸，南北两侧屋面的坡度相同，但是斜面长度不同，根据实际情况，北侧较南侧短，约等于南坡的1/2，故称为3/4屋面温室。这种温室比较普遍，但坡度、举架不同，有的坡度较缓，举架较低，适于在寒冷和风大的地方修建；有的坡度较急，举架较高，适于在气温较高的地方修建。由于两侧屋面全部安装玻璃，可以提高温室的光照强度，通风也较好。这种温室既可不加温作为日光室，也可利用火炕加温，结构简单，易于建造。2、按建筑用材分类（1）土木结构温室；（2）砖木结构温室；（3）混合结构温室；（4）钢结构温室（包括薄壁镀锌钢管）；（5）轻质铝合金结构温室。前屋面每3米设一横梁，由立柱支撑。类型前屋面每3米设一桁架，桁架用木杆或用25英寸钢管、用直径为14毫米钢筋作下弦，用直径10毫米钢筋作拉花。在桁架上按30～40厘米间距，东西拉8号铁线，铁线东西两端固定在山墙外基部，以提高前屋面强度，铁线上拱架间每隔75厘米固定一道细竹竿，上面覆盖薄膜，膜上再压细竹竿，与膜下细竹竿用细铁丝捆绑在一起。琴弦式日光温室3.56.02.21.5钢结构温室西北型温室优化结构的研究A型——热浸镀锌钢管组合拱架结构B型——焊接轻钢桁架结构C型—焊接桁架—琴弦式结构D型——外卷边C型钢单管骨架西北型双连跨日光温室研制开发出2类5种适宜西北生态区气候特点的日光温室。新天地连栋温室建造独特的“几”字拱檩结构，有效地解决了温室内外温差造成的滴露现象,通过结构有效地收集屋面结露水，通过导水槽汇集引至地面，天沟下设有露滴收集槽，整个一套完整的防结露措施可有效地解决温室冬季的结露问题。（A型——热浸镀锌钢管组合拱架结构屋架包括组合拱架和单管拱架，组合拱架与单管拱架相间布置，间距为1米，沿温室纵向设有通长联系管件。组合拱架、单管拱架和联系管件共同组成屋面承重体系。各构件均采用专用卡件相互联结，所有零件均经过热浸镀锌防锈处理，结构工厂生产，现场安装。组合拱架如图1所示。B型——焊接轻钢桁架结构屋架为焊接轻钢桁架。桁架下弦为ø12钢筋，上弦为焊接钢管，腹杆为细钢筋。桁架间距为1米。纵向联系杆件为焊接钢管。所有构件均刷防锈漆。桁架及联系杆件布置见图2。D型——外卷边C型钢单管骨架屋面梁采用单一的外卷边C型钢，骨架间距900mm，骨架和连接件均采用热浸镀锌处理，结构工厂生产，现场安装。桁架héngjià以特定的方式构成三角形或若干三角形的组合的一组构件(如梁、杆、条),用以构成一个刚性构架(如用于在大面积上支承荷载)使其受到外力时如果没有一个或更多的构件变形,整个结构不会变形类型屋脊型连栋温室拱圆型连栋温室现代化温室3、按栋数分类单栋连栋双栋多栋栋数结构矢高跨度后墙中柱后屋面前屋面前屋面采光角后屋面仰角日光温室结构二温室建造特点与要求温室前屋面角度：前屋面（又称前坡）角度指温室前屋面底部与地平面的夹角。这个角度对透光率影响很大。在一定范围内，增大前屋面与地面夹角会增加温室的透光率。日光温室后屋面角度（后坡角）是指温室后屋面与后墙顶部水平线的夹角。后屋面角度以大于当地“冬至”正午时刻太阳高度角5°～8°为宜。(一)、温室的建造特点1、整体性：是一个由若干环境调节和控制系统组成的综合体，必须总体考虑，不能片面、局部设计。温室的环境调控系统：采暖系统、通风系统、降温系统、遮阳系统、灌溉系统、施肥系统和控制系统。2、作物适应性：以作物生产为目的，提高透光、保温性能。3、地域性：不同地区，气候条件不同，温室的结构也不相同。4、功能性：生产性温室、试验性温室、陈列展览性温室、生态餐厅。(二)、温室建造的要求（一）满足功能和环境的要求1、平面单元的划分：隔间有无，空间大小等2、剖面设计：高度、跨度、角度等（二）满足可靠性和耐久性的要求1、可靠性：满足荷载的要求2、耐久性：使用寿命1、栽培床2、后墙3、后屋顶4、前屋面5、脊柱6、腰柱7、前柱8、草苫9、人行道10、防寒沟日光温室的构造可概括为：“五度”、“四比”、“三材”12345678910三、日光温室的构造：长度：适合长度为50～100m跨度：适宜跨度为6～9m高度脊高：2.7～3.8m后墙高：1.6～2.6m厚度墙厚土墙：0.8～1.5m，砖墙：0.44～0.55m后屋顶厚不小于0.5m角度方位角：偏东或偏西5°～10°前屋面采光角后屋面仰角：30°为宜，水泥钢筋结构可加大到45°底部60°～70°中部20°～30°上部10°～15°五度1、日光温室的“五度”2、日光温室的“四比”高跨比：温室的脊高与温室的跨度之比1：2—1：2.5。遮阳比：温室的跨度与温室的屋脊阴影长度之比。保温比：温室建筑面积与围护结构表面积之比。四比前后坡比：温室的前屋面与后屋面水平投影长度之比。5-6：1前坡的主要功能是采光，是温室热量散失的主要部位。后坡的功能是蓄热，向室内放热和保温。二者的比例适当，则采光与保温两种性能得以兼顾。透明覆盖材料：指塑料薄膜、玻璃、硬纸板材保温材料：包括草苫、纸被、棉被、羊毛等建筑材料墙体材料：指东西山墙和后墙所用材料屋架材料：是指整个温室的骨架材料后屋面材料：指后屋面覆盖所用材料三材3、日光温室的“三材”现代化连栋温室的结构类型与主要荷载一、主要结构类型二、各种荷载：1、恒荷载：温室永久性结构的自重（骨架、墙体、覆盖材料、固定设备等）。2、活荷载：温室在使用过程中产生的临时性荷载。3、雪荷载：4、风荷载：垂直于连栋温室建筑物表面5、荷载的组合：6、风雪荷载的重现期：环境基本不受自然气候的影响、可自动化调控、能全天候进行园艺作物生产的连接屋面温室。Venlo玻璃温室以西安和兰州为代表的西北地区，15年和20年重现期的风荷载值基本在0.20～0.25kN/m²，雪荷载在0.10～0.20kN/m²，是沈阳和北京地区风荷载的67%～83%；是沈阳地区雪荷载的30%～60%，是北京地区雪荷载的80%，如表3。较小的荷载减轻了日光温室结构用材，无柱结构日光温室采用单截面拱杆就有了可能。四、温室设计加温系统温室角度前后排的距离供水设计通风系统保温性能温室方位(一)场地选择避风向阳的地方，地势平坦；水资源充足且水质好，排水畅通；电力充沛；土壤肥沃适于种植，避开盐碱地和夏湿地；避开有毒的工厂、化肥厂、化工厂、水泥厂等污染严重的厂区，注意环境中水、土壤、空气的污染交通便利，有销售市场。气候条件：气温、光照、风、雪、雹、空气质量地形与地质条件：坡度不大于1度；地质均一、稳定1、集中管理、连片配置。2、邻栋间隔，合理设计3、因时因地，选择方位。栽培栋仓库作业场锅炉房中心设施栽培栋栽培栋育苗栋栽培栋栽培栋栽培栋栽培栋栽培栋栽培栋栽培栋资材搬入生产物出售图2－2－1设施园艺用地配置图2-6温室间距与阴影的关系场地的布局温室的朝向、单栋与连栋温室日平均直射光透过率冬季东西栋温室（屋脊呈东西方向）透光率优于南北栋温室，纬度越高，差异越明显，夏季相反。单栋温室透光率高于连栋温室。温室的朝向、单栋与连栋室内光照均匀性，南北栋温室优于东西栋温室。实际应用中应根据对温室要求的侧重方面合理选择温室的朝向。跨度L为后墙内侧至前屋面骨架基础内侧的距离;后墙高h为基准地面至后坡与后墙内侧交点;温室高度H为基准地面至屋脊骨架上侧的距离;后坡仰角a为后墙内侧斜面与水平面夹角;温室长度M为两山墙内侧距离;温室面积为温室跨度与长度的乘积。温室的角度：就是温室斜面与地面的夹角。依据“合理采光时段”理论选择好合理温室角度（冬至日中午温室的采光角）。所谓合理温室角度就是这个角度能在冬至日10︰00～14︰00太阳在温室采光面上投射角都能达到50°以上。拱圆型温室的角度：以主要进光面决定。(二)温室角度的设计合理角度α=23.5+（当地纬度-40）×0.618+α1+α2+α3α1：纬度调节系数。+或-1，小于35°时加1，大于50°时减1，在35°～50°之间不加不减；α2：海拔调节系数。海拔每升高1000m加上1；α3：冬季生产为主加1，以生产喜温性蔬菜为主。洛阳市地处东经111.8’至112.59’，北纬33.35'至35.05'之间。洛阳海拔353米前屋面角度：α=当地地理纬度－4º温室方位角：是指其长方向的法线与正南方向的夹角。一般采用南偏东(早晨晴天多、少雾)或南偏西(早晨阴天多、多雾)5～8°，可以延长下午的光照时间。罗盘仪定方位后屋面角：温室后屋面与后墙顶部水平线的夹角。一般认为后坡仰角以比当地冬至太阳高度角大7～8°为宜。生产中以40～50°为好，其原因是：第一、后坡仰角大，冬季反射光好，能增加温室后部光照；第二、后坡内侧因多得阳光辐射热，有利于夜间保温；第三、能增加钢架水平推力，增加温室的稳固性；第四、避免夏天遮荫严重的现象。太阳高度角=90°-当地地理纬度-23.5°后屋面角度：β=当地冬至日太阳高度角＋7º～8º前后排温室的距离查冬至9︰00太阳高度角和温室脊高，确定前后排温室距离。以往计算温室前后距离多以冬至中午太阳高度角为依据，结果上下午还有还有很长一段时间遮光，其原因是冬季太阳遮光的轨迹走向南凹，成弧形，约离开中越长。为使上午9︰00就不遮光，那就应该以上午9︰00太阳高度角和前栋温室脊高为依据，计算前后栋温室的最佳距离。计算公式：温室间距=tg(H9)×COS(A9)脊高+0.5－(后坡投影长＋后墙宽)式中H9为冬至9︰00太阳高度角；A9为冬至9︰00太阳时角，是45°。太阳高度角=90°-当地地理纬度-23.5°图2-6温室间距与阴影的关系太阳时角ω地球自转一周，太阳时角24h，大约变化360°，相应的时间为24h，每1h地球自转的角度约为15°。正午，太阳时角为零，其他时辰太阳时角的数值等于离正午的时间（h）乘以15。上午时角为负值，下午为正值。温室间距应是温室高度（脊高）的2.5倍。温室间距=H/tanαH为阻挡物总高度α为当地太阳高度角温室的高度主要是矢高（脊高）2.7m-3.8m和后墙高式中H—矢高、S—温室跨度、b——后坡投影宽度、14°—屋面角下限。后屋面水平投影长度：由于温室后屋面常采用导热率低的不透明材料，而且较厚，因此其导热系数远比前屋面小。后屋面越长，晚间保温越好。但后屋面过长，就会出现遮光现象，而使温室后部出现大面积阴影，影响作物的生长发育。计算结果表明，在北纬38～43°地区，温室高度在3.0～3.5米范围内，后屋面水平投影长度以1.0～1.6米为宜。陈端生提出当后屋面投影为温室跨度的0.20～0.25；高跨比取值范围为0.4～0.5时,温室的热效应最大图温室棚面角度1、地角2、棚角3、太阳高度角4、入射角5、法线6、前棚（屋）面7、后屋面8、后屋面仰角9、后墙地角为温室南面棚膜与地面之间的夹角。对栽培果蔬的温室来讲，地角不能太小，否则温室前方高度过低，操作和管理不方便，而且还会造成整个棚面延长和温室跨度增加。适合果蔬栽培用的温室，地角应在60°～70°，最小也不低于60°。棚角是温室主棚面与水平线之间的夹角，也称温室前屋面角。前屋面角=当地纬度-16.33°仰角：也称温室后檐仰角或后屋面仰角。温室后屋面仰角直接影响温室后墙受光状况。仰角太小时，后墙遮荫太多，后檐上部也见不到阳光。但仰角太大时，后屋面上部水平部分相对较小，放置草帘和人工操作也不方便。一般果蔬温室仰角为40°～45°。早期的研究和日光温室结构标准中都限定了日光温室的跨度在6m～9m。近几年的日光温