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  • 国际先进的温室设计建造动向  [2011-9-12]

           现代园艺的飞速发展得益于温室技术的不断提高。选择符合要求的温室是园艺生产高效率和高质量的前提和保障。十几年来,我国政府和企业投入大量人力、物力以引进和吸收国外先进的温室技术,并在此基础上结合我国气候和市场特点进行改进,取得了很大成绩。但纵观国内市场,存在一个普遍现象———温室设计仍然是“十年一贯制”,鲜有改进。然而,国际上,以荷兰温室企业为领军的很多公司一直在提高温室效率和降低能耗方面进行着很多大胆尝试,不断创新设计结构、应用新材料,并应用到具体项目中。本文将介绍国际先进的温室结构设计、温室覆盖新技术以及温室项目能源策略,在当今提倡低碳经济的背景条件下,为国内温室用户确定项目方案时提供借鉴和参考。
       温室结构
      温室有别于其他钢结构建筑,现代化温室是一个高端的人工智能环境,温室结构、材料设计总是以改善温室环境、提高生产效率为目标。
      一、温室结构材料
        在温室轻钢骨架结构的基础上,温室材料创新设计的主要方向是:(1)提高温室屋面和四周维护结构的密闭性;(2)提高结构部件的隔热性;(3)减小结构材料的遮光面积;(4)提高温室强度和使用寿命,便于安装和维修。
      传统温室的天沟为单层铁天沟,是由铁板轧成的水槽,用于屋面支撑和雨水排水,在温室内的天沟下方,悬挂安装结露水槽,这样天沟就会形成一个天然的“冷桥”。但由于铁的导热系数高,在玻璃温室中,天沟散热占温室屋面散热的16%,而且单层天沟的轧制加工误差很难精确控制,天沟之间的连接处和天沟与屋面材料的连接处经常密封不严,易导致漏水现象发生,并伴随热能损失。为解决此问题,人们试图使用由高精度轧管设备生产的,可以将雨水槽和结露水槽合二为一的中空双层铁天沟来代替传统的单层铁天沟,此方案虽然可以有效解决上述问题,但在不同的项目中,由于结构设计载荷不同,经常需要更换使用不同规格的天沟,因而生产成本和生产周期就成了问题,在这种情况下,中空铝合金天沟就成了生产者新的选择。
      使用中空铝合金天沟的温室已经成为国际园艺行业的新宠。铝合金天沟的应用是温室设计的一个重要飞跃,也成为今天代表一个企业温室技术水平的重要标志。中空铝合金天沟如今已经应用在单层和双层塑料温室、PC板温室、F-Clean温室等多种覆盖类型的温室上,同时,也已经广泛地应用在全开启温室和大跨度温室等各种结构类型的温室上。
      中空铝合金天沟的应用,首先彻底解决了国内温室用户面临的“温室必漏”的困惑。铝合金型材加工精度高,在安装时连接部位同样使用铝合金型材连接板,并配有防水垫片,雨水从上层天沟排出,结露水被收集到下层天沟(可直接排出室外,亦可回收利用),确保所有汇集到天沟的排水都不会滴漏到温室内部。这种天沟更保温,由于其平面尺寸较小,还可以增加温室采光。
      另外,先进的温室企业也不断以增加抗雪、抗风强度,增加采光和节能为目标,改进其他屋面结构型材的设计,并将其大量应用。在型材安装方式上,最新的屋面铝合金玻璃安装条与天沟的连接方式是采用卡接,即现场不打孔,没有紧固件,但定位准、施工简便。

      二、温室高度
        去年美国《种植者论坛》杂志采访了9个温室行家,让他们谈各自对温室合理高度的观点,专家们推荐的温室高度要高于传统概念的4米柱高温室,这样温室内就有足够的空间用于安装遮阴网(一层或多层)、补光灯和其他设备。
      事实上,增加温室高度的风潮起源于荷兰,荷兰园艺工作者习惯在温室内添加各种环境控制设备,以及增加悬挂空间,从而要求较高的温室高度。增加温室高度后,生产者更容易控制内部环境的温度和湿度,而且环境条件更稳定,均衡度更高,尤其在作物层。现在在欧美地区,除在地面栽培的部分盆花和草花的项目之外,更多专业的园艺生产者都选择建造高度在5米以上的温室。
      理论上,温室高度的增加不仅会增加投资,也会增加加热成本,但实际投资增加的比例其实非常小,而且高度增加后所增加的散热面积仅仅是增加部分周墙的面积。例如,一个面积为1公顷的4米高温室,当高度增加到6米后,周墙面积增加了800平方米,相比屋面的10000平方米,增加的散热面积仅仅是很小的一部分,但室内空间却增加了50%。研究表明,在墙体被双层玻璃或双层PC板覆盖,或者安装侧保温幕后,4米高和6米高温室实际供暖费用没有差别。然而,室内空间增大后,温室对室外环境变化的缓冲能力显著增强,能更容易获得并保持理想的环境状态,室内环境稳定性提高,既有利于作物栽培,也可以节约控制设备的运行成本,增加的投资很快就会从产品的产量和质量上得到更多的回报。另外,实践表明,在一个高度较高,作物上部空间充裕的温室中安装降温设备,如高压喷雾、湿帘/风机,其降温效果要比高度低的温室好。
      那么究竟该建多高的温室?一般认为,对于绝大多数的园艺作物,5至7米柱高的温室基本都能满足要求。温室高度增加后,为保证温室的安全性,包括钢结构和屋面结构的完整结构测算非常重要,结构生产质量要好,安装也要牢靠。


      三、双层结构温室
        双层结构温室起源于十年前一家小规模的荷兰种植者想在其有限的土地上同时建设包装物流车间和生产温室,于是他在不增加土地面积的情况下,把温室的结构加强并增高,底层用作办公室和车间,上层用于栽培生产。
      后来人们发现,这是一种能做到投资效益最大化的建设方式,很多生产企业都按照这种方式建设或改造自己的温室。尤其对一些盆花,如蝴蝶兰的生产者,他们需要较大的建筑面积用于种植、换盆、调整种植密度、生产资料库存周转、物流包装、设备机房和办公室,在土地有限或者土地成本很高的情况下,双层结构温室从节省投资和节约能源的角度来看,是一个很明智的选择。通常这类温室的顶层用于作物最初或最后阶段的栽培,以方便作业,也可以用来生产栽培期短、数量大的产品,如花卉和蔬菜的种苗。
      双层结构温室可以是文洛结构温室,也可以是大跨度温室,温室覆盖材料多采用玻璃和PC板,通风形式和其他设备的安装与普通温室没有区别,有所不同的是该类型温室将建筑结构和温室结构相结合,结构设计难度大,应由专业的、有经验的公司来承担。另外,还需要配备垂直传输设备,如自动化苗床迁移系统。
      四、温室质量控制
        目前,荷兰TNO研究院的CASTA温室结构测算程序仍然是世界上唯一完整的权威测算程序,国际上所有的专业温室公司都是采用或者借鉴此标准。温室有别于其他轻钢结构建筑,除框架是钢结构外,天沟、屋脊、其他屋面玻璃型材都是整体结构的一部分,承担着载荷重任,都需要进行力学测算。我们常常听到有的温室被风吹垮或被雪压坏,就是因为温室结构没有经过科学测算或采用了不合格的部件造成的。现在,发达国家园艺行业对温室部件的材质、加工工艺都有严格的要求。


         温室覆盖
      近几年,温室的覆盖材料种类没有太多变化,相对比较显著的变化是玻璃温室在世界各地的应用比例在逐年增加。
      在中国,玻璃温室曾经遭到很多人的怀疑,认为不适合中国的大陆季风性气候条件,事实上,玻璃温室可供选择的技术方案很多。在十年前我国大规模进口玻璃温室时,由于缺乏经验,走了弯路。现在,经过时间的考验,加上用户经验的不断增长,人们又逐渐认识到了玻璃温室的优点。
      PC板温室是更关注能耗且对采光要求不高的用户的选择。由于PC板尤其是多层板在温差变化剧烈时冷热膨胀收缩剧烈,极易在有铆钉的部位撕裂,专业的PC板温室的屋面和墙体安装均采用类似玻璃温室的玻璃安装型材,不打孔,不用铆钉,并用密封条密封。
      近年来,生产温室覆盖最显著的进步有两方面:一是PVC或橡胶共挤扣条在玻璃温室和PC板温室的应用。使用这种纯白色的屋面和外墙扣条大大提高了温室覆盖的密封性和温室的保温性能,其简洁漂亮的外观也成了区分新建温室和旧温室的标志,这项技术2009年刚刚在国内开始应用。二是铝合金型材卡槽用于塑料温室和F-clean温室压膜。这项新技术替代了塑料温室中的卡簧和卡槽,也使F-clean温室的屋面结构大大简化,更先进的是,采用了这项新技术,用户可以在塑料薄膜和F-Clean材料之间随意选择或更换覆盖材料。


       能量策略
      当今,如何减少能源成本是任何产业都要面临的课题。温室园艺产业可将大量的自然光照转化为热能,同时高温季节需要在保证最佳光照的条件下控制由于温室效应产生的过高温度,这就需要综合考虑温室项目的能源策略,制定应对方案。
      生产者在考虑节约能源的同时,以下几个常识不可忽略:
      1.不要单纯为保温而采用透光率低或透光率衰减快的覆盖材料,保温可以通过双层玻璃侧墙(非中空夹胶)和增加水平或垂直保温网实现。2.蒸发降温(高压喷雾、湿帘风机)方式是最经济的降温方式。温室的高度,尤其是作物层之上的空间足够高,效果就非常明显。3.温室要有足够的自然通风系统。4.投资于温室节能措施是值得的。5.不可再生能源的未来成本风险不可预知。
      最近几年,随着热泵技术的日臻成熟,在园艺行业的应用也越来越多,尽管其初始投资成本很高,但由于各国政府的财政补贴和较低的运行成本,使得一般的园艺生产者也逐步倾向于采用此项技术。热泵分为地源热泵、水源热泵和空气源热泵等几种类型,根据地质条件和投资规模可采用不同的热泵技术,同时也可采取热泵蓄能措施。基于此原理的半封闭温室(semi-closed greenhouse)概念也被世界各地的园艺种植者广泛接受并应用。
      在一些发达国家,例如在美国加州,许多生产者应用混合太阳能技术(太阳能发电和太阳能热水),同时,将对环境友好、经济可行和社会公平等标准应用到项目评价中,探索园艺项目的可持续发展。现在国内的园艺产业像中国经济一样,正处在一个转型期,但可以肯定的是,我国政府将会更加鼓励园艺生产者使用节能措施,提倡绿色能源,这也是发展可持续农业的一个重要组成部分