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2016年9月23日 作者:xwz2367609 [返回]
4000平方米北方水墙型日光温室雾培蔬菜工厂设计

前言
    雾培蔬菜工厂是未来蔬菜生产的主要模式,也是实现蔬菜工厂化省力化标准化与安全可持续生产的技术支撑。在北方严寒地区进行雾培生产重点解决冬季的保温与蓄热问题,这关系到能否实现雾培的高效化周年生产。
北方日光温室也叫冬暖式大棚,它与常规温室相比,具有其它温室所不具的蓄热系统,利用温室北面土墙或砖墙实现白天太阳辐射能的蓄积,夜晚随着外界气温的下降慢慢释放潜热以缓冲温室温度波动,达到节能效果的温室效应,所以也叫日光温室,除了后墙的蓄热功能外,还可以采用保温被进行温室环境与外界环境的热传导隔断,形成了温室白天蓄热晚上放热的微气候调控。但在实际应用中,该温室也存在以下几方面问题,因为温室具强大的蓄热性,在夏日必须揭膜生产采用露天耕作,不利于夏日的降温管理与避雨防虫,另外厚重垂立的的北墙会产生挡光,所以温室阵列间必须留出空旷隔离带,土地利用率低,不能充分利用耕地。
    为了解决上述问题,既保持日光温室的优点,又能解决存在的不足,进行温室结构与模式的改良创新已成为产业推进的技术关键。首先从气候调控角度来说,日光温室与常规温室各有利弊,可以实现模式复合,冬季发挥蓄热保温功能,而夏日又能发挥常规温室的调控作用。创新模式借鉴普通联体温室与拱棚温室的夏日降温调控措施,又保留寒季温室强大的蓄热与保温特点。让两者得以功能复合与结构创新的一大改进就是大跨度拱型温室与水墙(利用涂黑化工桶垒垛构建)技术的植入。温室采用大跨度拱形构造,大跨度拱形温室具有空间的高旷性,可以实现较充足太阳光的射入,减少墙体的挡光,另外水墙元素的植入,可以实现较少的墙体占用空间发挥较大的蓄热效果,因为水与土及砖相比,蓄热性是其3-5倍,也就是一立方米的水体其蓄热性相当于3-5立方米的土与砖。而且水又是最廉价的天然相变材料,成本低使用灵活。构建创新温室模型,即于大跨度拱式温室的中线处构建水墙用于温室蓄热,寒季夜晚可以结合保温被覆盖采用拱式的两侧放帘保温。另外夏日又可以借鉴传统联栋温室的湿帘风机降温系统,即于大跨度拱式温室两端头分别安装湿帘与风机,实现夏日的良好降温,创造出温度低于外环境的微气候调节效果。夏日可以搬出水墙,也可以水墙放水并喷涂反光涂料,削减水墙蓄热功能。另外大跨度拱形温室采用双层的鸟巢钢构技术,除了覆保温被保温外,还可以覆卡内膜实现双层膜保温。复合功能的创新温室建设时可以不留隔离带整片建设,提高土地利用率,另外可移动与放水的水墙解决夏日传统土墙温室的高温制限,实现温室周年利用,同时改良温室的水墙在生产实践中,还可以与养液水构建循环,达到寒季雾培生产养液温度的提高。
    以下就该技术构建及雾培生产作详细的介绍
温室设计
    用于温室建设的地块地缘宽为40米(南北),长为50米(东西),每座占地2000平方米,用于雾培生产的基地规划可布设两座改良水墙温室,共计生产面积为4000平方米。根据所承包地块的地形与面积,两座温室之间留出宽10米的空旷通道与基地生产周转车辆停放等空间,而且两座温室间采用拱形雨棚连间,创造类似避雨广场的效果。为配合生产管理,再增设一树屋型管理房,用于办公、控制室、工具间等用途。具体布设见下图:

两座温室之间用避雨拱连体构建

建成后的温室钢构照片

树屋式管理房

    每座改良日光温室采用大跨度空间桁架式拱型结构,拱顶高为7.5米,空间桁架厚为0.6米,如覆内膜后形成厚0.6米的双膜保温效果。温室拱顶设为宽大2米的平直主过道,采用喷浆后,可以方便工作人员上拱顶走动,如收放保温被或卷膜等日常管理。温室两端头采用网架垂于地面的弧切结构,中线处开出宽2米高2.4米的出入口大门。为了增加拱顶的强度,于温室内部每间距4米设方钢立柱,立柱为两排布设,两排立柱之间距为2米空间,主要用于化工桶水墙的垒垛。温室两端头设计水帘及风机,用于夏日降温。具体见图:

拱顶宽2米长50米作喷浆处理,方便管理人员走动

拱形温室中线处设方案立柱增进拱顶强度,柱之间宽2米长50米用于水墙垒垛

建成后的水墙蓄热区

整体俯视

扣定植板后效果

两端头为弧切网架结构,中线处设出入口大门为玻璃推拉门,并安装风机与湿帘

另一端安装湿帘用于夏日降温

厚0.6米的双层空间桁架构造

内部设计
    温室内部主过道规划为T字形,即入口处退进3米作为端头横截主过道(南北向),沿水墙两侧退出2米空间作为东西向主过道,形成3X40米一条的横截过道与2X50米两条的纵向主过道。温室两侧低矮处退进2米,建设平床式苗床用于育苗或者低矮经济植物的水气栽培,床宽为1.2米,过道为0.8米。其余的温室空间全部作梯架式雾培布设。一座2000平方米温室共可布设雾培梯架52组,作26排两列布设,形成水墙两侧的两大耕作区。雾培梯架统一尺寸,底宽为1米斜面为1.5米上梯面为0.4米,长为15米,实行高低梯架相间布局,其中高梯架即于梯架上方倒置安装同一尺寸的倒立梯架用于套种瓜果的攀附拉蔓。每座温室计26组低梯架,26组高梯架。梯架间留出宽0.8米操作道。每座温室设一养液池,池宽为2米长为6-8米,深为1.5米,作两格池毗邻而建。
    通过立体设计2000平方米雾培蔬菜工厂可创有效叶菜栽培表面积为(1.5X2+0.4)X52X15=2652平方米。以板面定植孔间距0.1X0.15m计,可一次性定植叶菜176800棵,以年至少生产十批计,每日可收获叶菜4911棵,以普通生物量每十棵一公斤计,可日收获叶菜491公斤(约500公斤)。另外实行高梯架的瓜果套种,可创高梯架栽培线总长为15X26m=390米,以上梯面两侧按照间距0.6米套种,可创瓜果株位1300棵,以每株位年产瓜果10公斤计,可年增收瓜果13000公斤。
    两座温室可日产叶菜1000公斤折一吨,年产瓜果26000公斤(折26吨)。具体内部布局参见以下图示:

内部整体布局图

建成后的梯架雾培区

梯架的雾化效果

入口处退进3米作为横截主过道

水墙采用化工桶作两排四层垒垛,水墙两侧设宽2米的纵向主过道。

    中心水墙共需直径0.65米高0.82米的200L化工桶440只,总计容水达88000升,折88吨,每升高一度温室可蓄热4200J(焦耳)相当于一大卡热值。白天温室升度一度相当于蓄热的热值为88000大卡,1KG优质煤相当于8000大卡的热量,即水墙每升至一度温度,相当于节省11公斤优质煤,通常情况下,温室内水墙水温白天可升至23-25度,待降至10度,有13-15度温差,相当于143-165公斤煤的热值。温室空气总体积为11150立方米,一立方米空气升高一度温度需要0.3大卡热量,该温室升高一度需要3345大卡热量,在温室热传导散热为隔断的理想状态时,该温室水墙水温降低1度所释放热量为88000大卡,可以使11150立方米的温室气温升高88000/3345=26度。为温室提供强大的热源,相当于给温室安装了热水气,当然寒季的散热传导不可能为零,土壤的横向扩散及保温被的非绝缘性。以上换算作为参考,实际应用会有偏差,因为温室难以实现绝缘状态。大容量水墙结合再加上良好的保温被覆盖,基本可以实现寒季的免加温或少加温生产,大大节省了能源消费。

温室低矮处建成宽1.2米的平床式气雾培,并留出宽0.8米过道

梯架式雾培

内部耕作区

内部俯视图

也适合各种特菜的种植

也可以套种热带果树等高附加值水果

温室入口端头的地下式养液池

附助元素设计
1、    广场瓜果廊或或者避雨棚架设计
   广场拱架于高5.3米处起拱,拱顶高与温室同,是温室网架的延伸,同样采用双层网架钢构,地缘覆盖面积宽为10米长为26米,占地260平方米,可以覆膜或阳光板建成广场的避雨棚,也可以绿植藤蔓植物攀缘整网架构建绿荫,如种植葡萄、月季、紫藤、美国凌宵等绿植

广场避雨拱顶葡萄架效果

控制系统

计算机远程控制系统(物联网系统)

2、    树屋式管理用房设计
   树屋式喷浆房是融合喷浆房与钢构树网架绿植的生态庇所,基座直径为8米,占地50平方米,喷浆后作为管理房使用,开设一门三窗。于喷浆房顶处设倒锥形钢构用于绿植攀爬,长成后如一巨树,称为树屋,钢构网架一般采用管道式水气培进行立体多层种植,实现快速绿化。一般用于藤本月季或凌宵等种植。

3、    菜场活体蔬菜展示架设计
    活体蔬菜展示架设计成围桶式,一是方便灵活拆装,二是方便养护水培管道的层架式盘绕,三是可以布设更多的货架。钢构为直径 2.5米,高为4米,安装栽培管道及一个小水桶与小水泵循环即可。以每0.5米一层可布设7层养护管,农场生产的蔬菜可以利用该架作为活体蔬菜货架展示。

投资估算

设计动画链接:http://v.youku.com/v_show/id_XMTczNTE3MzAxMg==.html?from=s1.8-1-1.2&spm=0.0.0.0.5COiBh


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