日光温室结构设计（精选十篇）
日光温室结构设计 篇1
日光温室的结构直接影响着温室的生产环境和建造成本, 不同的生产条件、预期投入、建设水平和生产习惯, 都将导致生成的温室结构和功能有着显著的差别。
日光温室结构优化就是要在保障合理采光、保温和经济用材的条件下, 选择确定合理的温室跨度、脊高、采光屋面角、采光屋面形状、后屋面的结构和墙体结构等建筑结构参数。高志奎[1]等人根据日光温室空间光强渐减的特点, 结合Beer-Lambert定律, 建立日光温室采光性能的数学模型, 通过温室平均采光效率等评价指标, 明确了圆弧面、椭圆面、双曲线面、抛物线面4种采光屋面曲线方程的最佳参数。周长吉[2]对我国日光温室结构优化研究进行了综述, 重点讨论了当前日光温室结构优化存在的主要问题, 并提出了今后日光温室结构优化重点研究的方向和内容。武敬岩[3]以北方农村能源生态模式为例, 对日光温室的跨度、后墙高、后坡仰角、透明屋面设计采光角、日光温室透明屋面在水平面上的投影宽度、温室高度以及棚面形状方面几何尺寸进行了优化设计。温室的计算机辅助设计和可视化模拟国内外都做了相关研究, 其中国外主要针对玻璃温室和连栋温室, 国内主要侧重于日光温室。例如, 日本千叶大学的T.Honjo等人[4]将虚拟现实技术应用于温室的可视化系统中, 他们的虚拟温室模型能够被转化成VRML格式, 通过互联网即可实现温室的设计和规划。西班牙学者Luis Iribarne[5]使用基于标准UML和XML符号的面向对象技术模拟了多通道温室。近年来, 我国也有学者开展了温室模拟的研究。例如, 中国农业大学开发了一种能够为设计者或建造者提供必要的技术信息, 包括日光温室的配套设施、各地的气象资料等的日光温室设计专用软件[6]。但总体而言, 国内目前还缺乏成熟的温室结构交互式设计与可视化分析软件工具。
为了方便用户设计出各种结构的温室, 选取目前北方常见的日光温室作为模拟对象, 对前屋面为直线型或者弧线型且带有后坡和走道的日光温室进行了建模, 开发了一个交互式的日光温室建模软件。该软件能够真实地模拟温室内部的结构和布局, 并利用可视化技术进行计算分析和展示, 实现温室室内环境变化和吸收太阳辐射的模拟, 以便用户在真正建造温室之前就获得温室的最终形态和性能指标, 避免真正进行温室建设试验而造成的资金和材料的浪费。
1 日光温室的参数化建模
典型的日光温室结构如图1所示。其中, 主要的参数可概括为“五度”“三材”[7]。“五度”包括温室的角度、跨度、高度、厚度、长度, 而“三材”是指温室的采光材料、骨架材料、保温材料。“五度”是温室设计的关键。角度是指温室的朝向, 温室一般座北向南, 东西走向, 以正南或偏西5°为宜;跨度是指温室后墙内侧到温室前沿棚膜入土处的距离;高度主要指温室脊高、立柱高及后墙高度;厚度主要指墙体厚度;温室的长度一般在50～70m之间为宜, 温室必须具备合适的长度, 才能达到良好的采光。
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
温室常用的采光材料是聚氯乙烯长寿无滴膜, 一般为浅兰色, 厚0.12mm, 每667m2用量约120～140kg。对于保温材料, 采光屋面用草帘, 常用的是芦苇帘, 长9m, 宽2.2m, 每667m2屋面需用芦苇帘50个左右。温室的骨架材料主要有立柱、主拱架等。
本文选取了北方比较常见的带后坡的日光温室为建模对象, 主要使用了下列参数来对日光温室进行建模:温室长度 (L) , 跨度 (S) , 前屋面倾角 (α) , 后屋面水平投影长度 (P) , 后坡仰角 (β) , 前墙高度 (h1) , 后墙高度 (h2) , 脊高 (H) 等。图2显示的是前屋面类型为弧形的日光温室侧面截面图, 上述的参数如图2所示。
在日光温室设计过程中, 专家总结了一些经验公式和方法, 如后坡仰角应大于当地冬至正午太阳高度角5°～8°, 即
(1)
其中, hmin为当地冬至正午太阳高度角。日光温室的后墙高度等于脊高减去后屋面水平投影长度与后坡仰角正切函数的乘积, 即
h2=H-Ptanβ (2)
另外, 合理的前屋面倾角应符合下面的条件, 即
α+hmin≥55° (3)
其中, hmin可由下式求出
hmin=66°34′-ϕ (4)
其中, ϕ为当地地理纬度。在三维建模中, 系统把这些约束自动地加入到模型中, 使模型更加符合现实中日光温室的构建要求。
大部分日光温室的前屋面和后棚面形状可以近似为椭圆型、弧形、抛物线型或直线型。本文把这4种形状分为了两种类型, 即直线型和弧型, 那么直线骨架的曲线方程为
弧型骨架的曲线方程为
2 日光温室的交互式系统开发
2.1 系统构架
系统的主要功能模块图如图3所示。
系统包含6个主要功能模块, 其中参数输入模块用来输入交互式设计过程中需要输入一些必要的参数;三维模型以及参数显示是在三维视图中显示模型及设计好的温室模型参数;交互式设计模块通过鼠标拖动的方式确定日光温室的几何参数;实时绘制及漫游模块主要为了对构建好的模型和虚拟温室场景进行实时绘制和交互式漫游;采光量计算及显示模块能够实时计算当前温室内部吸收的太阳光能量, 并通过可视化的方法显示出来;材质及透光率调整模块能够改变材质的属性和调整温室覆盖材料的透光率。
2.2 交互设计的实现
本系统采用三视图的方法来设计日光温室结构, 即顶视图、前视图和左视图, 图4给出了该设计方法的技术流程。在3个视图中, 用户均通过鼠标拖拉的方式进行操作。
顶视图主要用于设计日光温室的地基结构, 用户可以通过拖动矩形来改变温室长度、温室宽度、走道宽度、后坡宽度等参数。前视图用来调整前屋面和后棚的类型, 即直线型和弧型, 用户可以通过控制点来调整前墙、后墙、脊高、后坡的高度, 从而影响前屋面倾角和后坡仰角的变化。左视图又分前墙视图和后墙视图, 系统把温室分成空间大小相同的房间, 在每个房间的前墙和后墙里嵌入温室辅助模型, 然后在每个房间墙面绘制一个矩形来精确定位温室组件 (通风窗、门、风机、湿帘等) 在墙面的位置。图5显示了本系统顶视图、左视图、前视图和三维空间图。
2.3 温室附属组件的嵌入
完善的日光温室设施通常包含很多外围的附属组件, 如湿帘、风机、通风窗、排水管道等。但是这些组件的三维模型比较复杂, 本文直接通过3D MAX对这些外围组件建模, 而不必使用OpenGL最基本的图元来创建, 这样将大大降低了模型设计的复杂性。为了实现3D MAX制作的温室组件与本系统构建的温室造型进行无缝组合, 本系统实现了三维模型类CModel, 该类能够封装任何3DS模型, 对于窗口类CWindow、风机类CFan、门类CDoor、湿帘类CWeetedPad等都是通过继承CModel类来实现的。通过CModel类, 使得系统能够无缝地嵌入各种以3DS模型方式制作的温室辅助组件, 极大增强了系统的扩展性。 图6是系统使用的部分温室附属模型。
组件模型的嵌入是通过左视图中的二维矩形来约束的, 而嵌入的三维模型的尺寸通过调整二维平面图上矩形框的尺寸进行控制, 也可利用缩放因子调整模型的大小。模型的缩放采用等比例缩放, 将矩形的宽和高较小者作为缩放比例因子。加入模型后墙体的网格化是通过判断该房间墙壁区域内是否有模型加入来实现的, 当有模型加入后, 每个区域要重新网格化, 图7 (a) 和图7 (b) 分别是加入模型前后的网格化效果, 图7 (c) 是加入门模型后整个三维室内效果。
3 系统实现和结果
系统采用C++开发语言, 基于Visual Studio 2005平台和OpenGL图形开发语言实现。并在配置为Pentium 2.8GHzCPU, 1G内存及GeForce 7600GS显卡的PC机上进行了实验。图8 (a) 是系统的界面截图;图8 (b) 和 (c) 是两种类型的温室。其中, 图8 (a) 为弧形前屋面的温室, 图8 (c) 为直线型前棚温室。
4 结论
为了能够方便用户快速建立日光温室的三维模型, 本文开发了交互式的日光温室三维结构设计系统, 该系统通过三视图的设计方法来精确约束日光温室参数化建模所需要的参数。用户可以交互地调整模型的大部分参数, 并且可以选择不同的墙体、顶棚 等;同时, 系统提供了嵌入门、窗和风机等温室附属组 件的功能, 嵌入的组件在三维空间中的位置可以在二维视图中进行交互的调整。在可视化计算方面, 用户可以对日光温室一年中的任意一天进行实时计算, 结果通过可视化的方法显示出来, 为评价不同结构的日光温室的采光性能提供了新的技术手段和实用的软件工具, 对日光温室的采光量设计及各种植物的种植和生长等研究和实践具有良好的示范作用。
摘要：开发了一个日光温室三维建模和可视化软件系统, 该系统利用三视图设计方法获得了日光温室模型的参数, 然后根据参数生成温室的三维模型, 用户可以选择不同的墙体、顶棚和其他建筑材料类型, 也可以根据光照调整覆盖材料的透光率, 同时提供了嵌入门、窗和风机等温室附属组件的功能。实验结果表明, 利用该软件能够快速地设计出各种具有较好真实感的日光温室造型。
关键词：日光温室,交互式设计,三维建模
参考文献
[1]高志奎, 魏兰阁, 王梅, 等.日光温室采光性能的实用型优化研究[J].河北农业大学学报, 2006, 29 (1) :1-5.
[2]刘建, 周长吉.日光温室结构优化的研究进展与发展方向[J].内蒙古农业大学学报, 2007, 28 (3) :264-268.
[3]武敬岩, 刘荣厚.日光温室结构参数的优化设计[J].农机化研究, 2008 (2) :80-83.
[4]Honjo T, Lim E.Visualization of Environment by VRML[J].Proceedings of World Congress of Computers in Agricultureand Natural Resource, 2002, 13:561-567.
[5]Iribarne L, Torres JA, Pen a A.Using Computer ModelingTechniques to Design Tunnel Greenhouse Structures[J].Computers in Industry, 2007, 58 (5) :403-415.
[6]白红武, 腾光辉.中国第一个日光温室辅助设计软件研发成功[J].农村实用工程技术:温室园艺, 2005 (4) :23-25.
[7]牟德生.日光温室桃栽培技术[EB/OL].[2010-08-01].ht-tp://www.wwdj.gov.cn/Article/ShowArticle.asp?Arti-cleID=125, 2008.
[8]吴毅明, 曹永华, 孙忠富, 等.温室采光设计的理论分析方法[J].农业工程学报, 1992, 8 (3) :73-80.
[9]曹永华, 孙忠富, 吴毅明, 等.温室采光辅助设计软件 (GRLT) 的研制[J].农业工程学报, 1992, 8 (4) :69-77.
合理温室设计提高保温性能 篇2
寿光市泽农温室工程有限公司内部材料：
日光温室的热量来源主要是太阳辐射能.一方面需考虑让尽可能多的太阳辐射能进入室内，另一方面要使进入室内的热能尽量减少向外散失，也就是说温室采光、保温性能要好。提高温室保温性能可以采取以下措施：
(1)温室的后墙和后坡是寒风侵袭的主要部位，保温性能好坏对温室内温度影响很大。因此后墙外要增加培土，培土层的厚度相当于当地冻土层的厚度，以达到最大限度地降低导热系数，减轻温室内热量的散失。后坡上采用多层保温轻体材料，如秸秆、稻草等，并适当随天气变化增加厚度，降低热传导率。
(2)后墙外夹设风障，并在后墙与风障外填满乱草、稻壳，以减轻风势。
(3)日光温室前屋面覆盖的塑料薄膜最好选用0.1毫米左右厚的聚氯乙烯薄膜。这是因为聚氯乙烯膜对于地面反射的长波辐射透过率小于聚乙烯薄膜.所以保温能力前者大于后者。
(4)前屋面外部在夜间覆盖草苫、纸被等保温材料.高寒她区环可以考虑覆盖棉被。
(5)温室内使用多层覆盖。有条件的可以覆盖无纺布内保温幕，无条件的可用聚乙烯塑料薄膜代替，即在温室棚膜下面20-25厘米处纵向或者横向拉几道细铁丝，铁丝上面铺塑料薄膜，夜间展开，白天拉向两边，室温可提高2℃。在此基础上，地面再扣小拱棚，保温效果更好.又可增温2一4℃。
(6)在温室前窗外侧设防寒沟、防止室内土壤向外传热。防寒沟距前窗10厘米，沟深30-40厘米，宽30厘米，沟内填入炉渣、乱草、马粪、稻壳等物，踏实后盖土封严,盖土厚15厘米以上。
日光温室结构设计 篇3
关键词：日光温室；墙体结构；保温性能；温度；现状
中图分类号：S214.3 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2015）03-0025-02
高效节能日光温室以充分利用太阳辐射热为基础，综合各种配套设施，能够有效提高温室的透光性能和保温性能，克服温室冬季生产的不利因索，是一种可以实现高产、高效、优质栽培的农业生产模式。高效节能日光温室能够有效提高土地及其他相关资源的利用率，是北方寒地冬春季进行蔬菜栽培的理想场所。
1 日光温室围护墙体结构研究
在传统的温室设计理论中，墙体和后屋面的主要作用是承重和隔热。而高效节能日光温室的墙体和后屋面则要求既能承重、隔热，又能载热，即白天蓄热，夜间放热。与普通日光温室相比，高效节能日光温室在提高温室前屋面采光性能的同时，加强了墙体和后屋面的保温蓄热性能，白天得到的热量只有一小部分透过墙体和后屋面散失到室外，大部分热量蓄积在土壤、墙体和后屋面，夜间再传递到室内。所以，高效节能日光温室的墙体和后屋面与地面一样，白天是蓄热体，夜间是放热体，即热源。
日光温室墙体应牢固、支持力强、不易损坏。早期的墙体结构多是厚度较大的夯实土墙或草泥墙，造价低，占地面积大，防水能力差，经常出现坍塌现象。后来，墙体结构发展为红砖墙，造价高，且单薄的砖墙保温能力有限。此后，人们试着在砖墙中间夹隔热材料，关于日光温室组合墙体的研究就此展开。
董仁杰等在建立求解验证日光温室热环境理论模型时提出，温室后墙对保证温室热环境具有重要作用，而且其夜间的作用大于白天。翟国勋的研究表明，温室后墙内侧200 mm以内的温度波动较大，证明日光温室后墙能贮积太阳能。赵东等认为晴天时墙体白天积蓄的一部分太阳辐射能，在夜间释放到空气中；阴天时的主要热源是墙体散热。围护结构是一个大的蓄热体，其白天吸收大量太阳能，夜间释放出热量，在温室中起着积极作用。
为增加墙体的保温蓄热能力，一是设计异质复合墙体，内层选择蓄热系数大的建筑材料，外层选择导热率小的建筑材料；二是加大厚度。
目前，常用的墙体有单一材料墙体（如垛土墙、砖墙等）和复合墙体（如红砖+苯板+红砖、红砖+珍珠岩+红砖、粉煤灰砖+苯板+红砖等）。郭慧卿、李振海等的研究表明，从稳态传热的角度看，热阻作为墙体热工性能评价指标具有局限性，还应综合考虑墙体材料的其它热物理特性，如材料蓄热系数。蓄热系数较大的墙体，无论其厚度如何，地温及气温均难以优于由膨胀珍珠岩一类高效保温材料参与复合的墙体。建筑物的保温性能用围护结构的总热阻R来评价，RR越大，其传热量越小；D值是围护结构的热惰性指标，表征结构的热稳定性，结构的D值大，室内温度波动小。对于日光温室的保温性能，目前还没有统一的评价指标，白义奎，王铁良参照国家行业标准《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》，以D（或R+D）值作为评价指标，要求外墙D≥3.0（K≤15 W/（m2·K）），日光温室应尽量采用较大的R及D。
虽然红砖是我国绝大多数地区的主要墙体建筑材料，但烧制实心黏土砖除开采大量的土地资源外，还会产生大量的有毒气体。红砖的替代产品——加气混凝土砌块被越来越广泛的应用。与红砖比较，加气混凝土砌块具有容重轻、保温隔热性能好、防火性能强、几何尺寸大、施工效率高等优点。张立芸等通过对加气混凝土墙体的结构性能进行分析，认为加气混凝土是一种适宜的替代红砖的新型建筑材料，其与聚苯板构筑的异质复合墙体具有相对优越的热特性，能增强温室北墙的蓄热体作用。
2 日光温室围护墙体保温性研究
日光温室特殊的围护结构及保温措施，在不加温或少加温的条件下即可越冬生产。墙体作为温室的围护结构之一，对温室内的热环境有直接的影响。陈端生对几种温室墙体的温度分布进行测试，但对温室墙体的传热特性缺乏理论研究。国外学者对温室墙体的传热及能耗进行理论分析及实验测试，但由于其所研究的温室结构与我国的日光温室结构不同，故无法直接照搬国外的研究模式。理想的日光温室墙体不但向外放热量小，而且热稳定性好，能有效提高日光温室的节能效果，因此有必要对墙体的传热特性进行分析研究，以期对温室的建造起指导作用。
佟国红等对结构相同、墙体材料不同的温室进行温度测试，结果表明：在同一温室内，复合异质墙体夜间内表面温度比纯砖墙内表面温度高3.7 ℃；室外温度相同时，复合异质墙体温室的夜间空气温度比夯实土墙温室高3.0 ℃。理论分析结果显示：复合异质墙体对室外温度扰量的衰减倍数是聚苯乙烯泡沫塑料板墙体的123倍、是纯砖墙的9.5倍；单位面积复合异质墙体全天向室外传送的热量是纯砖墙的1/17。
光照是节能日光温室获取能量的最主要来源，而保温设计是保证日光温室冬季正常生产的关键环节。提高温室的保温性能、降低能耗，是提高温室生产效益的最直接手段。节能日光温室主要由围护墙体、后屋面和前屋面三部分组成，前屋面是温室的全部采光面。一般情况下，应尽量加大前屋面采光面的面积，并采取合理的采光角度，以获得最大的太阳辐射；夜间一般用保温被覆盖或在内部设置二道幕。受日光温室采光面的限制，前屋面改变的空间很小，因而在加强温室前屋面保温设计的基础上，加强和改进围护墙体的保温性能至关重要。白义奎对几种常用单一材料墙体及复合墙体的保温性能进行分析，结果表明，多层异质复合墙体具有热阻大、蓄热、隔热、保温性能好的优点，但存在自重大、造价高、受周围环境尤其是湿度影响大等缺点。白义奎等在分析铝箔绝热热工性能的基础上，提出一种缀铝箔聚苯板空心墙体设计，理论分析结果表明，这种墙体具有较好的保温隔热性能。
对于如何提高围护结构的保温性能，国内外很多专家进行了理论和试验研究，为日光温室的设计提供了理论依据。这些研究大多采用传热学理论，通过温度分析的方法，计算分析各种围护结构的保温性能及热环境。但由于日光温室内是一个高温、高湿环境，其传湿过程对墙体传热特性、热损失的影响很大，因此理论计算的传热系数值偏小。
白义奎等对聚苯板夹芯墙体及缀铝箔聚苯板空心墙体的保温性能进行测定，测试墙体的传热系数并分析影响保温性能的因素。赵东等得出温室墙体表面温度与室内外温度的关系和热流量及墙体表面蓄放热的变化规律：墙体的温度分布规律与室内温度变化一致，随着墙体高度的增加，温度降低；放热量为蓄热量的10.5%左右，大部分以热传导的形式散失。
温室散热包括围护结构传热、换气传热、地中传热3种，其中围护结构传热占总散热的70%～80%。因此，除选用较好的夜间保温覆盖材料外，增加墙体的蓄热、隔热性能也是非常有效的节能措施。
3 结语
高效节能日光温室充分利用太阳能，并最大限度地保存室内热量，其保温性能是影响设施内温度的重要因素之一。日光温室受自然气候影响较大，因此北方寒地发展节能日光温室时，应把温室保温性放在首位，尽量提高温室的保温性能、降低能耗。通过不断优化日光温室围护墙体结构，可以逐步提高其保温性能，进而使室内温度维持在理想水平。
参考文献
[1] 李天群.加气混凝土砌块墙体裂缝原因及控制措施[J].重庆电力高等科学校学报，2006，11（2）：35-37.
[2] 张立芸，徐刚毅.日光温室新型墙体结构性能分析[J].沈阳农业大学学报，2006，37（3）：459-462.
[3] 白义奎，刘文合，王铁良，等.缀铝箔聚苯板空心墙体保温性能的测试与分析[J].新型建筑材料，2006（1）：43-45.
Abstract：High efficiency and energy saving sunlight greenhouse is an ideal place for vegetable cultivation in cold region in winter and spring. The article expounds the development status of wall structure and insulation performance of high efficiency and energy saving sunlight greenhouse， and simply discusses the influence of different wall structure on the insulation performance， and provides a reference for optimizing the design of high efficiency and energy saving sunlight greenhouse.
锦州地区日光温室结构的改进建议 篇4
日光温室的性能取决于保温设计和采光设计。传统的日光温室设计中所考虑的前面采光角多是根据太阳高度角最低的冬至日至正午的太阳光入射率达到最高而设计的, 称为合理屋面采光角。根据这个理论, 锦州地区的地理纬度是41度, “冬至”日正午的太阳高度角25.5度, 那么理想的前屋面采光角应是64.5 (90-25.5) 度。显然按照这个角度设计的温室, 高度过高, 跨度太小, 生产中无法应用。通过实践得知, 由于入射角在0～40度的范围内透光率相差不大, 通常用40度做为前屋面角考虑的依据。所以锦州地区“冬至”日最合理的采光角为25.5 (64.5-40) 度。上世纪90年代初所建的温室多采用这个角度, 正常年份可以生产喜温蔬菜, 一旦气候出现反常就要遭受损失, 显然这样的角度应当改进。
太阳高度每时每刻都在发生变化, 应该使温室的前屋面采光角始终都处在一个合理的角度范围内。如果上午揭草苫的时候 (上午9时太阳高度角为17度) 达到采光合理, 这时的采光角应该是33 (90-40-17) 度。锦州地区按照这个角度修建的日光温室, “冬至”日以外的其他时间都处在合理的采光范围之内。其他地区建造日光温室计算前屋面采光角可采用:当地纬度减去6.5度, 后屋面仰角为“冬至”日正午时的太阳高度加5～7度, 温室方位角正南或南偏东5～7度或南偏西5～7度。北纬40度地区可采用正南或南偏西, 北纬40度以南地区可采用正南或南偏东。
二、增强保温性能
科学的采光设计可使日光温室获得大量的太阳辐射能, 保温设计就是要把这些热量保存下来, 减少贯流放热、缝隙放热和地中横向传热, 最大限度地减少热量损失。
温室后墙采用导热系数大的石头等材料, 不仅担负承重作用, 而且这样的后墙在白天接受太阳光的辐射, 能把热量积蓄在墙壁中, 夜晚温室内温度低于墙体温度时, 便向外释放热量, 成为温室内的热源。石墙外培土超过当地冻土层的厚度, 可起隔热保温的作用。
温室的后墙也可以红砖为建筑材料, 采用空心墙体结构, 中间加入苯板做隔热保温材料, 保温效果很好。
温室建造要严密无缝隙, 后屋面采用导热系数低的覆盖材料, 前底脚外设防寒沟, 可以大量减少热量损失。
温室的前屋面放热量最大, 是温室保温设计和研究的重点部位。传统的方法是夜间覆盖纸被和草苫。从上世纪30年代到现在始终是用草苫夜间覆盖保温, 虽然保温效果比较好, 但遇到雨、雪、大风天气, 给管理作业增添很多麻烦, 不但费工费力, 还容易遭到火灾损失。另外, 覆盖草苫不能适应日光温室向增加跨度和高度方向发展的需要。目前, 改进草苫覆盖的好办法是采用轻型保温被, 夜间封闭日光温室内表面, 减少贯流放热, 不但操作方便, 保温效果也比较理想, 保温被的寿命也相对延长。用保温被进行内保温, 现在农民在生产中还很少使用, 在少数的院校和科研单位的使用证明完全可行, 是前屋面保温的发展方向。用保温被操作方便, 一个人单个操作只需2～3分钟, 在北纬40度地区轻型保温被厚2厘米, 保温效果相当于单层草苫覆盖, 北纬40度以北地区可适当增加保温被厚度。
日光温室的后屋面要由过去的1米左右增加到1.5米, 这样就增加了后屋面的长度, 使温室水平面积和前屋面透光面积的比值增加, 提高保温效果。温室的高度和跨度可提高, 高度为3.5～4米, 跨度7～8米。温室内的空间加大, 温室的热容量增加, 温室内后半夜降温缓慢, 实际相对地提高了室内温度。由于温室高度和跨度的增加, 有利于温室内的人工作业和机械化的发展。
三、优选温室建材和形状
建设钢结构永久性的日光温室, 从长远考虑是非常有益的。随着经济的发展, 要逐步取代竹木结构、土墙的日光温室, 虽然一次性投资高一些, 但折合年生产投资反而会降低。日光温室建设采用拱圆型结构, 光线透过率好于一斜一立式温室, 拱圆型日光温室前屋面透明材料的每一点在接受阳光照射时都可以看作是一个平面, 所以倾角分布合理, 所获得的太阳辐射能最多。
四、实施计算机监控
石金钱龟温室设计方法 篇5
一、石金钱龟温室加温方法
温室养石龟，从减少开支的角度看，采用两头加温法最好。秋天气温、水温下降后，为避免石龟食量减少，可用管道给池水加温至30℃，以延长养殖期。待气温再下降，耗煤量过大时，可徐徐停火，使池水慢慢降温，让石龟自行冬眠。第二年开春后，气温不断上升、水温随之上升，这时可对温室徐徐加温，让池水温度逐渐升高到30℃，提前进行喂养活动，当室外水温达25℃时，室内就开始减少加煤，逐渐揭去塑料盖膜，徐徐降温，当室内、外水温一致时就可转池，让温室石龟转入大池养殖。切忌在室内30℃水温时突然停火，将石龟转入水温低几度或十几度的露天大池放养，以免石龟突然受凉感冒，甚至大批死亡。
二、石金钱龟规模养殖温室
1、要做好放置石金钱龟逃跑的准备，置资产流失。
2、要便于更换水质，如果可以最好选择流动的水。
3、水中不应该放泥土，可以设计一个供石金钱龟休息的陆地坝子。
4、排水管设计应该合理，因为所有养殖水生物换水都是不能一次性换完的，一般换个四分之一就可以了。
5、如果可以，尽量让石金钱龟能够照射到太阳。
三、石金钱龟家居养殖温室
1、在家居中对石金钱龟温室设计一般都是讲究风水的，所以要请假风水大师找一个好的位置。
2、设计的时候一定要按照石金钱龟的生活习性来设计，如果可选择一个阳关能照射的室内。
3、在设计的时候要考虑到石金钱龟属于两栖动物，不仅仅要有水而且也要有潮湿的陆地。
4、可以在养殖池里面种植一些植物，龟类都喜欢躲藏在植物之下。
温室棚顶自动清洁控制系统设计 篇6
关键词：温室大棚；智能清洁机；单片机系统；遥控
中图分类号：S625 文献标识码：A文章编号：1674-0432（2012）-10-0153-1
0 引言
近年来随着科技的发展日光温室在我国得到了大面积的推广，光照是作物生命活动的能量源泉，又是某些作物完成生命周期的重要信息。无论是弱光、短日照光或强光、长日照光都可能成为某些作物生长、发育的限制因子。因此，对温室透光要求显得尤为重要，目前，除去人工补光方法外，温室增光措施一般为定期清扫棚面，保持清洁的透明屋面。
本文在机械设计基础上主要研究了温室大棚智能清洁系统的自动设计，清洁系统按照结构主要分为三部分：行走模块，清洁模块和控制系统。控制系統按照功能又分为主控单元，执行电机部分、传感器部分、遥控部分和电源部分。
1 系统总体设计
1.1 工作原理
影响自动清洁工作因素有两方面：清洁系统和自动控制系统。自动清洁系统提供了清洁的智能行为，主要为清扫模块，清扫模块由高速旋转的电动机带动清扫刷头将灰尘从表面扫起。其工作原理是由高速旋转的电机带动风扇在机体内形成真空从而产生强大的气流，将尘埃和污物通过气流作用清洁。对于完全自主的自动清洁系统，其工作过程应该包括环境的适应，自动清洁和自行充电。这些行为均以传感器为基础，采集外界信息，形成对外界的统一描述，借助人工智能的方法进行决策，从而形成智能行为。自动清洁系统总体框图如图1所示。
图1 自动清洁系统总体控制框图
1.2 机械设计
本系统依附于一种温室棚顶薄膜表面灰尘的机械清洁设备，该设备由机械清洁系统和安全控制系统构成，机械清洁系统包括一个安装在工作平台的清洁设备，清洁设备和带有压力调节装置的工作平台停靠在X轴移动桥架上，X轴移动桥架沿着Y轴移动槽从温室棚顶一端移动到温室棚顶另一端，清洁设备在此过程中清洁出其自身宽度的干净棚膜，然后在X轴移动桥架的端头升起，工作平台沿X轴移动桥架移动到下一预定点停止，清洁设备落下并以平行前一清洁轨迹的路径重复清洁工作过程，工作平台由位置传感器判定沿X轴移动桥架的停止点。通过调节压力来控制清洁设备沿着任意形状的棚膜表面上移动，避免损坏棚膜，达到清除棚顶薄膜上所堆积的灰尘的目的。
1.3 模块设计
1.3.1 电机控制模块设计 要让机器有稳定的行走能力，需要选择稳定的电动机驱动系统。本设计利用三极管放大作用对单片机I/O口电流进行放大，驱动继电器控制电动机转动，且不会对输入电流由任何影响，完全可以给电动机提供大电流，保证电路工作稳定，采用的大功率MOSFET模块来完成直流电机的控制。
如要毛刷准确到位的到达指定位置完成清洁工作，需要选择步进电机作为驱动电机。本设计利用系统特定的工作周期来设定步进电机的具体参数。为了更好地清洁棚顶的灰尘和杂物，本设计中毛刷控制电机采用四档式控制思路，即采用四相反应式步进电机。将毛刷分为正常旋转、高速旋转、正向旋转和反向旋转。
1.3.2 红外遥控模块 红外通信是利用950mm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体，即通信信道。
以单片机AT89C51为电动机的控制核心，单片机本身并不具备红外通信接口， 但可以利用单片机的串行接口与片外的红外发射和接收电路，组成一个应用于单片机系统的红外串行通信接口。利用红外遥控器配以红外接收头及直流电机的正反转控制电路来实现电动机的运动控制。系统由红外线遥控器、红外线接收模块部分组成。
1.3.3 遥控发射器 当发射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同。遥控发射通过键盘，每按下一个键，即产生具有不同的编码数字脉冲，这种代码指令信号调制在40KHz的载波上，激励红外光二极管产生不同的脉冲，通过空间的传送到受控机的遥控接收器。
1.3.4 遥控接收器 接收部分主要元件是红外接收电路，本系统设计选用专用红外接收模块CX20106。单片机对接收到的数据进行处理，将相应的数据显示在LCD上。这样，一个单片机控制的红外通信系统就实现了通信。
2 结论
本文主要针对温室大棚棚顶自动清洁的设计要求、工作机理和控制系统进行了研究和探讨，在总体方案设计中，主要从行走机构、清洁模块和控制系统三个部分确定了清洁机的基本功能、结构和原理。选用AT89C51单片机作为主芯片，硬件包括主控单元、执行电机、传感器、遥控及电源，对机械部分进行自动控制，实现智能机器在温室大棚顶部的清洁功能。
参考文献
[1] 高鸿磊.光与生物：植物生长与光照的关系.中国照明电器光源灯具文摘，2006年卷04期：20-20.
[2] 应济，陈昆吕，陈子辰.多传感器集成与信息融合及其应用研究.机电工程，1997卷06期：15l-152.
优化型日光温室设计与建造技术 篇7
选择地块是建造日光温室关键一步, 必须选择在土层深厚, 地势开阔, 前方和东西两侧没有高大物的地块。地下水源丰富。如果地块选在坡地上, 坡向必须与温室要求方向一致。
二、规划与设计
1.方位。温室方位指温室采光面朝向。方位直接关系到温室采光效果, 本地区日光温室理想方位为坐北朝南, 正南方偏西方7°±3。因为一天中光照最强、温度最高时间出现在每天下午1~2点, 此方位采光效果最佳, 最大限度提高光的利用率, 增高室内温度, 墙体吸收热量多, 夜间再释放出来, 以供作物夜间利用。
2.间距。间距指后棚前窗到前棚后墙外地面之间水平距离。理想间距为前棚正脊高度的3~3.3倍, 以保证冬至前后, 前棚不遮后棚。
3.长度。长度指温室内东西两山墙之间地面水平距离。过短 (除去两山墙的阴影区) , 有效面积太小, 保温性能差。过长, 骨架整体抗压能力下降, 适宜的长度在70~100米之间。
4.跨度。跨度指温室内前屋角至后墙地面之间水平距离。朝阳地区冬至前后太阳与地面夹角小 (23.5°) , 后部作物受光不好。跨度大, 骨架抗压能力下降, 朝阳县合理的跨度为6.5~7.0米之间。
5.高度。高度指温室最高点 (正脊) 距离地面之间垂直距离。朝阳县合理高跨比为1:1.9~2.0之间。
6.后坡长。后坡又称阴棚, 指温室内后墙顶端至温室最高点 (正脊) 之间斜面距离。后坡过短, 不利于保温, 过长不利于防寒。合理长度应在1.35~1.45米之间。
7.后坡仰角。后坡仰角指温室内后坡斜面与后墙顶端所处水平夹角。后坡仰角过小, 温室采光性能差, 仰角过大, 不利作业。合理的仰角32~33°, 机械卷帘仰角35~40°。
三、骨架材料选择
1.钢筋 (管) 骨架
外弦:外弦又称主筋, 用Ф14毫米国际钢筋, 如果是无支柱结构, 用Ф6分管, 壁厚2.2毫米以上。
内弦:又称副筋。用Ф12毫米国标钢筋。
拉花筋:连接内外两弦之间斜筋, 用Ф8毫米国标钢筋。
横梁:用于单排支柱两头搭在东西两山墙上的横梁。用Ф2.5寸, 壁厚3.5毫米钢管。
支柱:支撑横梁下的立柱, 每隔3.0米1根, 用Ф2.5寸, 壁厚3.5毫米钢管。
四、钢筋 (管) 骨架焊接
焊接前先按结构标准做一个标准骨架模型, 骨架前端两弦之间距离4厘米, 顶端两弦之间距离25厘米, 后端两弦之间距离18厘米。裁料时前端延长20厘米, 后端延长24厘米, 打前后梁时将延长部分打在梁内, 起固定作用。两弦之间用直径8厘米钢筋做斜拉筋, 角度90°。顶端和尾端两弦之间用直径12毫米钢筋做支筋, 以增加骨架支撑力。焊时, 各焊点焊实。
五、建墙体
温室墙体除支撑骨架外, 更重要的是起保温作用, 白天室内墙体吸收大量热量, 夜间再慢慢释放出来, 供作物夜间生长所需温度。墙体保温程度如何, 主要取决于材料质量和施工质量, 墙体厚度。
目前, 朝阳县普通温室墙体主要有泥垛墙、红砖夹土两种。
(一) 泥垛墙
砌泥垛墙最好在4月15日~6月10日进行, 这段时间春风高, 空气湿度小, 有利施工和墙体干燥。
1.推土。将墙土推在一起, 用水将土洇透。
2.备穰秸。穰秸使泥墙起到增加墙体拉力作用。最好穰秸是黍秸或白草, 即抗腐烂、又链泥。
3.和泥。先将穰秸铡成20厘米长段, 均匀撒在洇好的土上, 反复和几次, 垛墙适湿温度, 用脚将泥能踩在一起即可。
4.垛墙。墙体基础宽1.3米, 上宽1.1米, 高2.36米。垛墙时山墙与后墙一起垛, 以便衔接。
(二) 红砖夹土
首先用大块石头砌成宽130厘米、高30厘米的基础。用红砖带水泥砂浆砌内外各12厘米砖墙, 每隔100厘米用12厘米砖拉上, 中间呈100厘米×100厘米见方。砌100厘米高时, 停下来, 用水养浆, 待水泥上强度后, 再往中间装湿土, 装土要随装随踩, 填平后再继续往上砌, 够高时封顶。
六、骨架组装
温室骨架组装是温室建设中一个最重要环节, 直接关系到整体抗压能力和支撑能力, 必须引起高度重视。
钢筋 (管) 骨架组装方法:
1.砌墙顶。泥垛墙, 由于墙体粗糙、高低不平。先用大穰秸泥抹平, 再砌2层砖, 使墙顶端达到平、直、齐的标准。
2.上骨架。组装时, 按照棚长度计算骨架平均间距, 钢筋架一般间距80~85厘米, 6分管架间距90~100厘米。上第一个骨架时, 前端必须与后墙垂直, 呈90度, 以后按等距安装。在采光面用四道直径12毫米钢筋作横拉筋, 横拉筋穿在两弦之间的内弦上。在内弦与横拉筋的连接处, 两侧各焊一个斜筋, 呈三角形, 又称三角拉筋, 防止骨架左右摆动, 增加和提高骨架的整体抗压能力。骨架前端和尾端用直径8~10毫米钢筋相接, 在打上下梁时打在梁里。
七、搭建后荫棚
后荫棚又称抬头棚。钢筋 (管) 骨架后荫棚, 上边铺1.5~2.0厘米厚木板, 再铺15厘米 (密度10克/米) 苯板或秸秆、旧草帘, 上边抹穰秸泥。后荫棚是冬季散热重要部位, 所以防寒物不宜太薄, 压土不宜过重, 即防寒又轻便为准。
八、其它设施
1.砌防水檐。在后墙水泥梁上, 砌二层红砖屋檐, 防止雨水浸墙, 减少后荫棚坡度。
2.先棚膜。棚膜选择透光率高、抗老化、抗雾滴, 12﹟聚氯乙烯或聚乙烯棚膜。
3.防寒设施。
挖防寒沟:在地梁前挖深60厘米、宽30厘米防寒沟, 四周铺旧棚膜, 中间放秸秆、树叶等防寒物, 上边盖棚膜后培土。
草帘:长8~8.5米, 宽1.4~1.5米, 厚4厘米, 13~14道径, 每片重40千克以上。
日光节能温室结构的发展 篇8
1. 日光温室的基本结构及其发展变迁
日光温室有多种形式和类型。按墙体材料分类主要有干打垒的土温室、砖石结构温室、复合结构温室;按后坡长度分类有长后坡温室和短后坡温室;按前屋面形状分有二折式、三折式、拱圆式, 还有椭圆形和抛物线等。但不论哪种分类方法, 最终都要落实到其结构形式上。因为温室的结构形式决定了温室的用材、受力方式及稳定性和生产性能等。因此, 用结构形式来分类可概括各种温室类型, 而且按照结构形式分类可明确温室结构的性能, 揭示温室的生产可靠性和安全性, 为进一步选择和建造温室打下基础。
(1) 日光温室的基本结构如图1所示, 日光温室的基本结构可由跨度S、高度H、后墙的高度h、肩高J等参量来描述。跨度S为后墙里表面至前墙 (基) 里表面的距离, S一般取8～10 m;高度H视建筑温室地理位置不同, 取值为跨度S的35%～45%;后屋面角取值为O=45°～50°, 后屋面的投影距离为L=0.9～1.1 m;后墙的高度h=H-L·tan O。为了提高温室的可操作性, 肩高J应考虑在1.25～1.5 m之间, 其投影距离不应超过其高度的25%～30%。温室拱形的采光角 (屋面角) 视地理纬度不同取值范围应在18°～24°之间。考虑到最佳采光和遮阳率, 屋面拱形可为准抛物线、椭圆等曲线, 拱形架截面几何形状一般为截面几何尺度较小的桁架式结构。
(2) 一坡一立式日光温室该日光温室的基本结构尺寸与形状是随着社会经济、科学技术与社会需求的不同而变化的。20世纪30年代辽宁省的鞍山、瓦房店和海城等地出现了一坡一立式的日光温室, 如图2所示。这是因为当时尚无塑料薄膜, 使用玻璃作为采光材料决定了其屋面形状为折面。这种结构曾在辽宁、山东、宁夏、河南、河北、新疆等地大量推广。
(3) 竹木结构日光温室20世纪60年代塑料薄膜开始用于温室覆盖, 为了扣紧塑料薄膜, 如图3所示, 采光面形状变为弧线形。受当时农村经济的限制, 此结构中的采光面用竹片或竹竿作受力骨架, 间距60～80 m, 后屋面梁和室内支柱用木材, 由于竹片承载能力差, 室内设置3～4道立柱支撑竹片骨架。这种结构温室由于造价比较便宜, 常配套干打垒、土坯等墙体, 在农村可就地取材, 那段时期华北地区的各省市均有大面积推广应用。但由于室内柱多, 遮光严重, 操作不便, 室内有效土地利用率低, 且结构不结实、不稳当, 抗灾性能差, 使用寿命短 (在3年以下) 等因素, 随着农村经济的发展, 到目前为止已基本被淘汰。
(4) 钢木结构日光温室在20世纪80年代后期, 随着农村经济的逐步改善, 日光温室的采光前屋面用钢筋或钢管焊制成桁架式拱形结构作为承力骨架, 其间套用竹片支撑塑料薄膜, 不设中柱, 后屋面与竹木结构相同, 如图4所示。为了节省钢材, 对前屋面承重结构的做法有多种形式, 应用较多的是两桁架式拱的间距3 m左右, 中间设3道竹片骨架。这种结构由于前后屋面未做成整体结构, 因而仍需要设置后柱, 以承受主要来自后屋面的荷载。和竹木结构比, 此类温室的结构可靠性和稳定性得到大幅度提高, 生产可操作性得到改善, 土地利用率也有所提高, 因而得到更大面积的推广应用。但由于其跨度较小 (≤6 m) , 室内热容小, 使得温室温度保持性不足, 室内环境稳定性差。另外, 钢木套用结构强度仍然不能抵御较大的自然灾害, 2006年晚春和2008年早春大雪中压垮的温室大多是这一种。
(5) 大跨度无支柱金属桁架结构日光温室20世纪90年代后期, 随着农村经济的大幅度提高, 以及人们对日光温室研究的不断深入和认识的提高, 其采光前屋面和后屋面承重拱架做成整体式金属桁架结构, 前屋面采光承重段为抛物线流线形, 后屋面做成直线型, 跨度为8～10 m, 最大可达12 m, 室内无支柱, 后屋面角>40°, 肩部前屋面角>60°。墙体多为砖混结构, 也可为土墙, 该结构的典型代表如图5所示。由于其良好的温室生产环境性能, 可靠的生产稳定性, 宽敞的生产操作空间, 更强的抵御自然灾害能力, 较长的使用寿命, 在北方地区推广应用很普遍。
2. 近几年涌现出的新型日光温室
进入21世纪后, 随着人们对于日光温室建造材料、结构优化、安全生产、提高效益等研究的不断深入和提高, 推出了一批建材新颖、结构合理、生产性能好、建造或生产节约幅度大的不同形式的日光温室。这里仅探讨几种在国内影响较大、具有一定推广应用价值的新型日光温室。
(1) 复合材料结构日光温室采光前屋面用复合材料作为拱架, 后屋面用复合材料表面强化处理的聚苯保温板。墙体可以是土墙、砖墙, 也可以使用全复合材料的墙体, 拱架间距多为1 m, 均为无支柱结构, 这种温室的跨度一般为7～8 m, 对于大于8 m的跨度, 需在复合材料结构件中配加强钢筋才能达到大跨度无支柱温室需要的抗力。图6为建成将投入应用的复合材料日光节能温室。此种温室除具有和大跨度无支柱金属桁架结构日光温室相同的生产性能外, 其优点在于复合材料的耐潮湿性强, 热变性能好, 不伤塑料薄膜, 使用寿命长, 造价低, 仅是金属拱架价格的40%。
(2) 阴阳型日光温室为了有效利用栋间空地, 如图7所示, 一种阴阳型日光温室应运而生。阳棚的用途与普通单栋相同, 阴棚用于种植不需光照或对光照要求不高的作物, 如食用菌、喜阴叶菜类等。此型日光温室不但显著提高了土地资源利用率, 也有效地改善了阳面部分温室的温湿性能。其优势还在于单位面积造价的大幅度降低。
(3) 保温被内置型日光温室自日光温室问世及大规模使用以来, 保温被都是外置。外置保温被有许多难以克服的缺点, 主要是受雨雪浸湿后变湿变重, 保温性能下降, 卷放困难。天津蓟县蔬菜研究所开发的保温被内置型日光温室 (如图8所示) , 不仅彻底解决了这一困扰多年的难题, 而且由于内层薄膜可以自由开闭, 因而更增添了温湿度环境管理的手段。在室外气温-15℃的情况下, 保温被内置型的室内气温比普通日光温室高出3℃～5℃。此类温室的不足是造价较高, 保温被不便人工操作。
冀东地区生产型日光温室的优化设计 篇9
唐山地区属暖温带半湿润季风气候, 气候温和, 全年平均日照2 600小时以上, 年平均气温11.5℃, 无霜期200天, 全年平均降水600多mm, 降霜日数年平均10天左右;该地区是河北省发展设施农业比较早的地方, 气候非常适合发展设施农业, 又有环渤海环京津的地理位置优势, 还有许多设施农业发展典型, 其中遵化市是“中国香菇之乡”, 乐亭县是“中国果菜无公害十强县”。但是随着设施农业的不断发展, 也暴露出许多问题, 主要问题是日光温室的结构设计不合理。唐山市范围内日光温室类型主要是冀优系列和寿光五代日光温室。冀优系列日光温室主要的缺点在于造价高、保温效果不佳。寿光五代温室保温蓄热效果还不错, 但是浪费大量土地, 前屋面角设计不尽合理。基于以上原因, 唐山地区日光温室的优化设计迫在眉睫。
1 温室结构设计
1.1 几何尺寸确定
图1中B表示温室跨度, 指温室后墙内侧至前屋面拱脚之间的距离;H表示温室脊高, 指温室室内地面至屋脊骨架顶面的垂直距离;h表示后墙高度, 温室内地面至后坡与后墙内表面交线之间的距离;b表示后坡水平投影长度;α是后坡仰角, 温室内后坡内侧斜面与水平面夹角;β表示前坡屋面角, 温室前拱脚与屋脊连线与水平面夹角;d表示温室下沉深度。
1) 温室跨度B:根据NYJ/107-2005日光温室建设标准, 已知唐山市的地理纬度为北纬39.36°, 由表1[1]可知温室的跨度为8m比较合适, 但是综合考虑成本和气候因素, 这里取9m。
2) 合理的前屋面采光角β:前屋面采光角是日光温室横截面上, 采光面前沿与地面的交点连线, 该线和地平面之间的夹角。可根据以下公式确定[1]:
φ表示地理纬度, 这里取值39.36°;
δ表示太阳赤纬, 冬至日太阳赤纬这里取值为-23.5°。
由此可以确定合理的采光角β≥27.86°, 这里β取值为28°。
3) 后坡水平投影长度b:根据国家标准《日光温室和塑料大棚结构与性能要求》中6.2.2的规定:后屋面投影宽度与跨度之比在0.17~0.25范围内[2]。按照大跨度选小值, 小跨度选大值, 温暖地区选小值, 寒冷地区选大值, 室外设计温度低取高值, 室外设计温度高取低值的原则选取[3]。唐山地区为温暖地区, 且跨度比较大, 所以取0.17, 可知:
b=0.17×9=1.53, 这里可以取1.5m。
4) 后坡仰角α:对于唐山地区的日光温室来说, 后坡仰角α的确定主要是保证冬至日前后一个月内, 后墙内侧得到阳光照射, 并依赖墙体的蓄热功能蓄热。据此原则后坡仰角应比冬至日正午太阳高度角大8°以上, 唐山地区冬至日太阳高度角为:
α=90-φ-23.5+8=35.14, 此处取值为40°。
5) 温室下挖深度d:据测试地下土温在15cm以下, 变化不大, 唐山地区冻土层深度为80cm左右, 所以设计温室下挖0.5m, 可以有效的阻止热量向外部散失, 同时又不影响温室前端作物正常生长。但是对于地下水位比较高的地区, 不建议下挖。
6) 温室脊高H:通过公式H= (B-b) ×tgβ+d计算得H=4.5m, 通过计算高跨比为0.5, 据张林华[4]等的研究, 在综合考虑结构稳定性和经济适用性的前提下, 温室高跨比宜取0.4~0.5, 且温室内部温度分布比较均匀, 这样有利于蔬菜标准化生产。
7) 温室长度L:温室长度表示东西山墙外侧之间的距离, 这里设计为80m。
8) 温室方位角θ:日光温室朝向为坐北朝南, 经研究可知, 午后温度比较高的地区采用南偏西的方式建造, 已知每偏1°, 增加4分钟的日照时间, 结合当地气候和地理条件, 本次设计为南偏西6°。
9) 后墙高度h:通过公式计算:
h=H-b×tgα=3.24m, 这里取3.2m。
综上述, 冀东地区日光温室结构主要参数见表2。
1.2 结构及采光面的确定
1) 采光面的确定陈端生认为, 确定采光面形状时要兼顾到如下几点:采光性;便于雨水流失, 下雨时雨水不会滞留在棚膜上形成“兜水”;易被压膜线压紧, 有风时不会“兜风”;工作人员离开前屋面底脚0.5~1m处应有一定的空间, 便于操作, 有利于作物生长[5]。陈端生 (1992) 研究过几种典型的采光面形状与温室透光率的关系, 发现在相同的高度、跨度下, 圆—抛物面组合式屋面透光率最高, 一坡一立式和椭圆形最差, 圆面和抛物面的居中[6]。所以选择采光面是以圆—抛物面组合为主。
2) 后墙及山墙结构的确定后墙及山墙不仅承担着日光温室的承重功能, 还有蓄热保温作用, 所以在墙体的设计上需格外注意。一般传统的做法是普通砖砌墙 (如冀优类型温室) 和机制黏土墙 (如寿光五代温室) 两种, 两种墙体在功能上存在着一些缺陷。普通砖砌墙虽然结构承重功能合理, 但是保温蓄热能力有限, 冬季下半夜不能很好地释放热量保证植物正常生长。机制黏土墙施工简便, 承重和保温蓄热能力也不错, 但是其土地利用率相对较低, 而且一旦施工不当, 极容易造成后墙因暴雨冲刷而导致坍塌, 并且不适用于沙质土地和重黏土地。现在推荐两种墙体供大家在施工时选择:异质复合墙体和板打墙。首先异质复合墙体适合各种地形、各种土质, 主要结构是内外层为普通砌体, 外层内侧贴聚苯板或铝箔等绝热材料, 然后在墙体内填充蓄热保温材料, 如黏土、炉渣、珍珠岩、岩棉等材料。每隔一段设置必要的墙垛来增强墙体的稳定性。再说板打墙是用特制的模板将黏土填入后墙位置, 用打夯设备进行压实, 分段做成。这种墙体适用于黏土, 不适用于沙质土地和重黏土地。相比机制黏土墙可以很好地提高土地利用率, 而且承重和保温蓄热功能相差不大。但是要做好墙体的保护工作, 特别是在降雨量比较多的地方, 要用塑料薄膜保护, 防止冲刷。
2 温室保温设计
2.1 温室前屋面的保温设计
温室的前屋面是获得热量和散失热量的主要地方, 在夜间前屋面的贯流散热占到温室整个散热量的绝大部分 (75%~80%) [7], 所以做好前屋面的保温设计至关重要。这里选择用EVA无滴膜, 可以有效减少地面辐射的散失, 并且可以防止雾滴对作物造成伤害。保温被选用厚度为5cm的草帘, 可以有效抵御热量的散失。
2.2 出入口的保温设计
出入口在人员进出时, 散失一些热量。一般情况下, 视冬季主导风向来设计出入口, 一般设计在主导风向的下游, 例如唐山地区主导风向为西北风, 出入口尽量设计在温室后墙东侧, 但是有时综合考虑道路给排水等因素也可以设计在西侧。但要注意做好保温措施。
2.3 其他保温设计
土壤的横向散热是指温室内外表层土壤存在着温差, 热量通过土壤向外散失。为了防止这种现象发生, 设计防寒沟来阻挡土壤横向散热。在日光温室的南侧1m处埋设聚苯板, 深度50~80cm, 苯板厚度为3cm, 可以有效减少横向散热。
2.4 临时加温设备
唐山地区为暖温带半湿润季风气候, 年平均气温11.5℃, 一般情况下, 不需要加温设备。但是遇到特寒天气或者连阴天气, 要选择合适的加温设备加温, 否则会影响作物生长, 轻则生长缓慢影响产量, 重则全部冻死。所以临时加温也是很必要的, 在市面上有很多加温设备都可以选择。
3 其他设计
3.1 温室内道路设计
温室道路有的设计在南侧, 有的设计在北侧, 通过潘连公等对西北型日光温室光照强度的研究表明:日光温室盖膜后, 内部不同位置光强和透光率均表现为中部>南部>北部, 其北部作物往往因光照强度较差而影响产量和品质。因此温室内道路选择设计在北侧, 并用混凝土硬化, 做成渠状, 并在每陇前设计一个出水口, 用装满锯末的布袋作为闸门, 用时拿开, 不用时堵上。道路的设计不仅满足了通行运输的需要, 也为灌溉设计了沟渠, 提高了灌溉的效率。
3.2 室外排水沟的设计
经过多年的观察, 发现夏季多雨时节, 园区内的雨水很难排出, 并造成温室内大量的内涝, 影响温室的使用。所以设计室外排水沟是非常必要的。排水沟大约离温室南侧1m左右, 沟宽50cm, 上面覆盖滤水箅子, 可以有效防止杂物堵塞沟渠, 影响排水。
4 结论
唐山地区日光温室后前屋面角为28°, 后坡仰角为40°, 前屋面形状以圆—抛物面组合为主, 脊高4.5 m, 下挖深度0.5m, 后坡水平投影为1.5m, 温室长度为80m, 温室方位角为南偏西6°。
摘要：本文针对唐山地区的日光温室进行了优化设计, 旨在提高日光温室的性能, 更好地服务农民。
关键词：冀东地区,日光温室,优化设计
参考文献
[1]杨其长, 等.NYJ/T07—2005日光温室建设标准[S].北京市海淀区农业部工程建设服务中心, 2005.
[2]张京开, 等.GB/T19165—2003日光温室和塑料大棚结构与性能要求[S].北京市产品质量技术监督局, 2003.
[3]马彩雯, 王晓冬, 邹平, 等.新疆新型高效节能日光温室标准化设计探讨[J].中国农机化, 2010 (2) :47-51.
[4]张林华, 董瑞.高跨比对日光温室综合影响的研究[J].可再生能源, 2007, 25 (4) :15-17.
[5]陈端生.日光温室采光和保温设计要点[J].农村实用工程技术, 2003 (7) :19-22.
[6]陈端生.日光温室气象环境综合研究 (三) ——几种弧型采光屋面温室内直射光量的比较研究[J].农业工程技术——温室园艺, 1992.
新乡市日光温室结构调查及改进建议 篇10
1 新乡市日光温室结构中存在的主要问题
1.1 跨度和高度
日光温室的跨度直接决定了温室内生产区域的大小, 新乡市日光温室的跨度大多在7~14 m, 尤其是近几年建成的寿光型日光温室的跨度明显加大, 大都在10m以上, 但脊高和后墙高增加幅度较小, 脊高大多在3.5~5.0 m, 在相同跨度下, 降低了温室脊高, 使前屋面角缩小, 影响了进光量, 减少了蓄热量。
1.2 前屋面结构
新乡市日光温室前屋面结构主要有3种:一种是竹木结构, 前屋面为一坡一立式或半拱圆形, 竹拱架间距为0.6~0.8 m, 拱架下设置多排圆木立柱支撑。该结构投资较低, 但拱架和立柱遮荫较多、骨架承载力较低, 竹拱架大多3~5年更换1次, 维修费用较高。一种是由钢竹拱架组成的琴弦式结构, 屋面多为一坡一立式, 钢拱架间距为3.0 m左右, 钢拱架间设竹拱架, 竹拱架间距多为0.5~0.6 m, 横向上每隔0.3~0.4 m拉1道钢丝与拱架相连, 形成琴弦式, 拱架下大多设置多排钢筋混凝水泥柱支撑。该结构前屋面投资比上一种结构的大, 拱架和立柱遮荫也较多, 竹拱架大多4~6年更换1次, 维护费用也较高。一种是半拱圆形钢拱架, 多为圆拱形和抛物线形结合的半拱圆形屋面, 拱间距大多为1.0~1.2 m, 前屋面承载能力强, 无立柱支撑, 便于机械操作, 使用年限10~15年, 一次性投资较大。但目前半拱圆形钢拱架的形状大多是凭经验建造, 矢面大都不同, 影响了前屋面不同位置的采光角度。而日光温室前屋面作为热量来源与散失的主要途径, 对日光温室的温度状况影响极大。
1.3 墙体
新乡市日光温室的墙体主要有4种:一种是土墙, 大多是挖土机推成的厚土墙, 平均厚度在6~7m, 在寿光型日光温室中非常普遍, 该墙体结构就地取材, 节省投资, 保温效果较好, 但易受到雨水的冲刷, 墙体外侧需要经常加固, 同时, 墙体过厚浪费了耕地。一种是草泥垛墙, 由麦秸和泥混合垛制而成, 厚度在1.0~1.2 m, 该墙体结构保温效果也较好, 占用耕地少, 但费工。一种是砖墙, 厚度在0.5 m左右, 该墙体结构保温性差, 大多温室内配有辅助加温设备。一种是夹心墙, 厚度一般为0.6~0.75 m, 墙体内侧大多为12 cm或24 cm砖墙, 墙体外侧大多为24 cm砖墙, 中间大多填充24 cm的工业炉渣作为隔热保温层。该墙体结构保温性能良好, 占地面积小, 但投资较大。
1.4 骨架材料
新乡市日光温室构件的截面尺寸, 大多是经验取值。镀锌钢管拱架的选材上, 拱架上弦采用DN20-DN40, 采用DN20的管材明显承重小, 不能满足日光温室的承重要求, 采用DN40的管材明显造成了浪费, 在新乡市地区日光温室所承受的恒活载对管材的要求达不到DN40, 既造成了经济上的浪费, 又增大了遮荫面积。日光温室作为一个整体结构, 其各个部分都是通过连接实现的。目前, 在钢结构骨架中, 焊缝的质量常常没有保障, 缺陷太多, 为温室骨架发生强度的破坏留下了隐患。
2 新乡市日光温室结构改进的建议
2.1 日光温室结构参数的合理性
日光温室是一个整体, 结构参数间相互影响, 共同决定着温室的性能, 因此在日光温室设计和建造中应协调好各结构参数。前屋面、后屋面和墙体是日光温室重要的3个结构部分。前屋面主要决定了日光温室的白天进光量和夜间散热量, 所以前屋面参数的设计要协调好其采光与散热的关系, 提高太阳光能的有效截获量。后屋面主要起保温蓄热和承重作用, 所以后屋面角度、后屋面厚度、后屋面水平投影长度等参数的设计要协调好保温蓄热和承重之间的关系。墙体的设计中, 既要考虑承重强度又要考虑材料的导热、蓄热系数和足够的厚度, 充分发挥其蓄热保温性能。
2.2 满足荷载的要求, 使用材经济
目前, 温室构件的截面尺寸大多是经验取值, 存在着承重不足或浪费现象, 前屋面骨架还存在着遮荫面积过大等不利影响。构件的空间布置形式应考虑使用要求, 而构件的截面尺寸应从强度、刚度、稳定性3个方面考虑, 即根据构件空间位置的不同, 相应地把构件简化成轴心受力或拉弯、压弯杆件, 在荷载作用下, 由强度、刚度、稳定条件, 确定出合理的截面尺寸, 使用材经济、合理。
2.3 日光温室的区域标准化
根据新乡市区域气候特征制定日光温室标准化建设方案, 用于指导日光温室的设计建造和现有日光温室的结构优化改造。从经济方面, 日光温室的区域标准化的制定和实施有利于温室的合理选型, 避免盲目增加结构强度带来的资金投入浪费, 减少使用过程中的维护维修费用, 同时也降低了生产管理费用。结构的合理性也有利于优化温室内的环境条件, 从而减少由于温室内不良的环境条件带来的病害防治费用。从生态方面, 日光温室的区域标准化的建设, 可以提高土地利用率, 延长温室使用年限, 增加温室的安全性。从社会方面, 日光温室的区域标准化的建设, 能够保障日光温室性能的充分发挥, 可以提高园艺作物产量, 增加农民收入, 促进设施园艺产业的健康发展。
摘要：为了解河南省新乡市日光温室结构中存在的主要问题, 对新乡市的四区两市六县的日光温室结构进行了调查。从跨度和高度、前屋面结构、墙体、骨架材料等4个方面进行了结构分析, 并从结构参数合理性、用材经济性、区域标准化建设等3个方面提出了新乡市日光温室结构改进建议。
关键词：日光温室,结构,改进建议
参考文献
[1]金鲜华, 邹志荣, 赵雪.跨度对山地日光温室性能的影响[J].农机化研究, 2015 (2) :146-150, 154.
[2]管勇, 陈超, 韩云全, 等.相变蓄热墙体对日光温室热环境的改善[J].农业工程学报, 2012, 28 (10) :194-201.
[3]宋明军, 赵鹏.甘肃西北型日光温室环境因子观测与结构优化分析[J].北方园艺, 2015 (5) :34-37.
[4]张真和, 李健伟.优化日光温室结构性能的途径和措施 (下) [J].农村实用工程技术, 1996 (9) :12.
[5]李清明, 艾希珍, 于贤昌.下挖深度对节能日光温室环境因子日变化及空间分布的影响[J].应用生态学报, 2011, 22 (8) :2061-2068.
[6]佟国红, David M.Christopher, 赵荣飞, 等.复合墙体不同材料厚度对日光温室温度的影响[J].新疆农业科学, 2014, 51 (6) :999-1007.
[7]李霞, 于贤昌, 艾希珍, 等.日光温室采光与下挖深度优化设计[J].山东农业科学, 2011 (9) :35-40.
[8]王军伟, 王健, 孙锦, 等.苏北日光温室构型及其结构参数[J].中国蔬菜, 2012, (18) :89-98.
[9]王朝栋, 史为民, 裴先文.4种曲线形日光温室前屋面采光性能及其拱架力学性能的比较[J].西北农林科技大学学报 (自然科学版) , 2011, 38 (8) :143-149.
【日光温室结构设计】相关文章：
温室日光温室建造技术09-13
早春日光温室07-03
日光温室蔬菜08-04
日光温室论文范文05-12
日光温室大棚建设05-20
日光温室建设标准08-26
低效益日光温室08-30
日光温室毕业论文05-12
日光温室大棚承包合同05-10
日光温室蔬菜试验方案06-04