大跨度外保溫型塑料大棚的設(shè)計及應(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)勢結(jié)合起來即可實現(xiàn)周年生產(chǎn)。

為**采光均勻性，大棚采用南北延長的方位，長度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)計時必須充分考慮結(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，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)口通過卷膜器卷放薄膜實現(xiàn)通風(fēng)，內(nèi)部設(shè)置防蟲網(wǎng)，防止室外昆蟲進(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)時卷膜軸來回擺動，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)錯位布置，減少人員進(jìn)出時的冷風(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，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。

使用范圍廣
與普通大棚相比，該大棚棚內(nèi)空間大，便于開展機(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月下旬開始采收。秋冬茬于7月下旬育苗，9月下旬定植，11月上旬開始采收。

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，計算成本和收益。

生產(chǎn)及經(jīng)營成本
①年生產(chǎn)成本：有機(jī)肥25m3，120元/m3，計3000元；種子2100元；化肥1000kg，2元/kg，計2000元；農(nóng)藥1200元；地租4000元；合計12300元。
②大棚折舊費用：棚膜、防蟲網(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)施維修費用平均每年計1000元；合計24400元。
③人工、營銷及管理費用：按照每2人管理1棟大棚，每月1800元，每棟大棚年人工費用4.32萬元；管理及營銷按平均每年2000元計；合計4.52萬元。每棟大跨度外保溫塑料大棚年生產(chǎn)總成本共計8.19萬元，每667m2生產(chǎn)成本2.75 萬元。

產(chǎn)出
早春一茬番茄產(chǎn)量7500kg/667m2，均價3.0元/kg，產(chǎn)出2.25萬元/667m2；秋冬1茬番茄產(chǎn)量5000kg，均價3.0元/kg，產(chǎn)出1.5萬元/667m2；年產(chǎn)值3.75萬元/667m2。

效益分析
每棟大跨度外保溫塑料大棚年凈收益3萬元，平均每667m2耕地年純收入0.85萬元。