大跨度外保溫型塑料大棚的設(shè)計(jì)及應(yīng)用
目前,塑料大棚和日光溫室是陜西及西北地區(qū)主要的園藝設(shè)施類型。塑料大棚建造成本低、建設(shè)速度快、土地利用率高,適合中國(guó)南北氣候區(qū)域,其分布遍及大江南北,可種植蔬菜、花卉、食用菌、果樹(shù)等,也可用于蔬菜育苗、水稻育秧、畜牧養(yǎng)殖和水產(chǎn)養(yǎng)殖。但是,塑料大棚在陜西地區(qū)主要用于春提前和秋延后栽培,保溫性能低,不能用于越冬栽培,制約了其發(fā)展和利用。陜西溫室冬季越冬栽培主要利用日光溫室,陜西日光溫室可**室內(nèi)外溫差為28℃,在陜西地區(qū)主要進(jìn)行喜溫果菜類的長(zhǎng)季節(jié)栽培,但是陜西日光溫室土地利用率低,降溫效果差,越夏生產(chǎn)困難。
陜西地區(qū)作為早春蔬菜的重要供應(yīng)基地,早春茬口定植于冬末,盛果期在早春,前期以保溫為主,后期則要加強(qiáng)通風(fēng)。為滿足栽培茬口的要求,我公司建設(shè)的一種外保溫型塑料大棚(圖1),將日光溫室上的外覆蓋保溫系統(tǒng)利用在塑料大棚上,提高冬春季保溫性能,增加大棚高度,利用頂部和底部通風(fēng)口對(duì)流降溫,增大通風(fēng)量,進(jìn)行越夏栽培,將塑料大棚和日光溫室的兩方面優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)即可實(shí)現(xiàn)周年生產(chǎn)。
為**采光均勻性,大棚采用南北延長(zhǎng)的方位,長(zhǎng)度100m,跨度20m,單棟建筑面積2000m2。脊高6.2m,拱架平均屋面角為31.5°,底角處屋面角75°,屋脊位置處屋面角15°。大棚外覆蓋保溫被,機(jī)械卷放。沿大棚長(zhǎng)度方向設(shè)置底部通風(fēng)口和頂部通風(fēng)口。
陜西溫室大跨度的承重結(jié)構(gòu)
結(jié)構(gòu)是大棚的承力體系,是抵抗室外風(fēng)雪荷載、室內(nèi)作物荷載及設(shè)備荷載(如保溫被、保溫幕、吊掛設(shè)備等)的承力構(gòu)件的集合,同時(shí)也是安裝塑料薄膜等圍護(hù)材料的載體。大跨度外保溫型塑料大棚跨度大、高度高,設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮結(jié)構(gòu)安全性。大棚承重結(jié)構(gòu)包括基礎(chǔ)、骨架(由立柱、拱架、屋脊橫梁、縱向系桿等組成)和山墻(圖2)。
◎骨架 中柱、橫梁、拱架、縱向系桿、立柱間剪刀撐和斜撐共同組成大棚骨架。大棚中部設(shè)一排立柱,采用矩形鍍鋅鋼管,間距3m,中柱下部固定在獨(dú)立基礎(chǔ)預(yù)埋件上,上部與橫梁進(jìn)行螺栓連接。橫梁采用鋼桁架制作,鋼桁架上、下弦均采用矩形鍍鋅鋼管。桁架每隔1m設(shè)置1根矩形鋼管做豎向腹桿(圖4),用于安裝拱架,其他位置設(shè)置斜向腹桿。鋼桁架頂部設(shè)置一對(duì)等肢角鋼,用于固定保溫被。大棚拱架間距1m,采用裝配式C形鋼桁架結(jié)構(gòu),桁架上、下弦采用冷彎C形鋼,腹桿采用冷彎鋼板,腹桿與上、下弦采用螺栓連接。拱架上部與鋼桁架豎向腹桿螺栓連接,下部與條形基礎(chǔ)圈梁上預(yù)先埋置的預(yù)埋件連接。
為增強(qiáng)大棚整體穩(wěn)定性,沿大棚長(zhǎng)度方向設(shè)置縱向系桿??v向系桿與拱架下弦采用專用連接件連接??v向系桿間水平投影間距2m??拷綁Φ?排拱架設(shè)置斜撐連接。斜撐采用冷彎C形鋼,分別于靠近山墻處拱架兩側(cè)傾斜交叉布置1道,提高大棚端部的承載能力。為增強(qiáng)大棚整體性和沿長(zhǎng)度方向的承載能力,每隔20m在立柱間交叉布置1道剪刀撐。
◎山墻 北側(cè)山墻采用240mm厚磚墻,增加整體安全性,北墻探出,可防止冬季西北風(fēng)刮起保溫被,減少縫隙放熱。南側(cè)山墻采用鋼骨架覆蓋塑料薄膜,鋼骨架由立柱和水平壓膜槽組成(圖5),采用兩根拱形鋼管加強(qiáng)山墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。大棚內(nèi)側(cè)張掛保溫被,白天拉開(kāi),夜間蓋嚴(yán),提高大棚保溫性能,且不影響采光。
◎通風(fēng)口 為**塑料大棚的通風(fēng)需求,利用壓膜槽在大棚兩側(cè)分別設(shè)置頂部通風(fēng)口和底部通風(fēng)口。通風(fēng)口寬度1.0m。通風(fēng)口通過(guò)卷膜器卷放薄膜實(shí)現(xiàn)通風(fēng),內(nèi)部設(shè)置防蟲(chóng)網(wǎng),防止室外昆蟲(chóng)進(jìn)入室內(nèi)。底部通風(fēng)口的下沿距室內(nèi)地面0.5m高。頂部通風(fēng)口與屋脊的水平距離1.5m,內(nèi)側(cè)設(shè)置網(wǎng)架支撐,可防止兜水。為防止大風(fēng)時(shí)卷膜軸來(lái)回?cái)[動(dòng),在通風(fēng)口處捆綁數(shù)道交叉壓膜線固定通風(fēng)口處薄膜。
◎出入口 在南、北山墻上沿溫室中柱西側(cè)分別設(shè)兩個(gè)出入口,在大棚內(nèi)側(cè)建造緩沖間,緩沖間使用塑料薄膜作為圍護(hù)材料,進(jìn)入緩沖間的門與進(jìn)入溫室的門應(yīng)錯(cuò)位布置,減少人員進(jìn)出時(shí)的冷風(fēng)灌入。兩門洞之間設(shè)置走道,上午保溫被形成的陰影帶被投影在走道附近,可減少遮蔭對(duì)作物光合作用的影響。
◎外保溫裝置 外保溫材料應(yīng)選用防水、光滑、質(zhì)輕、耐久性好、傳熱系數(shù)小于2.0W/(m2?℃)的保溫被。大棚兩側(cè)分別覆蓋保溫被,采用兩臺(tái)卷簾機(jī)分別每條保溫被間搭接寬度應(yīng)不小于10cm,使保溫被形成一個(gè)整體,減少縫隙放熱。
土地利用率提高
與陜西日光溫室相比,該塑料大棚為全采光結(jié)構(gòu);與普通塑料大棚相比,由于增加了中柱,大棚跨度增大;而且大棚底角處屋面角75°,**了足夠的栽培空間,土地利用率顯著提高,可達(dá)80%;與日光溫室相比,土地利用率提高30%以上。
保溫性能好
由于外保溫覆蓋物,溫室跨度大的原因,緩沖能力增加,該塑料大棚保溫性能較普通塑料大棚有較大提高。經(jīng)測(cè)定,大跨度外保溫型塑料大棚在未種植作物情況下,當(dāng)室外氣溫為-15℃時(shí),室內(nèi)溫度為6℃,室內(nèi)外溫差為21℃,與日光溫室性能相近。在陜西地區(qū)深冬季節(jié)可進(jìn)行喜溫類蔬菜栽培生產(chǎn),比普通塑料大棚提早上市50天左右。
抗災(zāi)能力強(qiáng)
該塑料大棚結(jié)構(gòu)合理,基礎(chǔ)堅(jiān)固,且上部自重小,抵抗暴雨、積雪等自然災(zāi)害能力強(qiáng)。大棚高度大,屋脊位置處屋面角大于15°,大部分位置處屋面角大于20°,不易形成積雪,抵抗雪災(zāi)能力強(qiáng)。大跨度外保溫型塑料大棚正常進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè),經(jīng)受住了災(zāi)害天氣的考驗(yàn)。
使用范圍廣
與普通大棚相比,該大棚棚內(nèi)空間大,便于開(kāi)展機(jī)械化作業(yè),不但可進(jìn)行蔬菜栽培生產(chǎn),也適用于果樹(shù)栽培。
性能
大跨度外保溫型塑料大棚在陜西地區(qū)主要應(yīng)用于早春茬和秋冬茬栽培,種植喜溫果菜類,一年可收獲2茬。以栽培番茄為例,早春茬12月初育苗,翌年1月下旬定植,溫室內(nèi)增設(shè)保溫幕,提高其保溫性能,按溫度控制管理保溫被,3月下旬開(kāi)始采收。秋冬茬于7月下旬育苗,9月下旬定植,11月上旬開(kāi)始采收。
該塑料大棚間距3m,兩側(cè)道路6m,占地面積約為2438m2。大棚凈使用面積為1985m2,建造成本約為120元/m2,以設(shè)施內(nèi)栽培番茄為例,計(jì)算成本和收益。
生產(chǎn)及經(jīng)營(yíng)成本
①年生產(chǎn)成本:有機(jī)肥25m3,120元/m3,計(jì)3000元;種子2100元;化肥1000kg,2元/kg,計(jì)2000元;農(nóng)藥1200元;地租4000元;合計(jì)12300元。
②大棚折舊費(fèi)用:棚膜、防蟲(chóng)網(wǎng)、壓膜線按3年折舊,平均每年3500元;保溫被按6年折舊,每年4900元;大棚主體按10年折舊,每年15000元;設(shè)施維修費(fèi)用平均每年計(jì)1000元;合計(jì)24400元。
③人工、營(yíng)銷及管理費(fèi)用:按照每2人管理1棟大棚,每月1800元,每棟大棚年人工費(fèi)用4.32萬(wàn)元;管理及營(yíng)銷按平均每年2000元計(jì);合計(jì)4.52萬(wàn)元。每棟大跨度外保溫塑料大棚年生產(chǎn)總成本共計(jì)8.19萬(wàn)元,每667m2生產(chǎn)成本2.75 萬(wàn)元。
產(chǎn)出
早春一茬番茄產(chǎn)量7500kg/667m2,均價(jià)3.0元/kg,產(chǎn)出2.25萬(wàn)元/667m2;秋冬1茬番茄產(chǎn)量5000kg,均價(jià)3.0元/kg,產(chǎn)出1.5萬(wàn)元/667m2;年產(chǎn)值3.75萬(wàn)元/667m2。
效益分析
每棟大跨度外保溫塑料大棚年凈收益3萬(wàn)元,平均每667m2耕地年純收入0.85萬(wàn)元。