董微^1,2,3，李秀刚^2,3，周增产^1,2,3，陈立振^2,3，兰立波^2,3，田风梅^2,3

（1. 北京市农业机械研究所有限公司，北京 100096；2. 北京京鹏环球科技股份有限公司，北京 100094；3. 北京市植物工厂工程技术研究中心，北京 100094）

摘 要：本文以北京市农业机械研究所有限公司与北京京鹏环球科技股份有限公司共建的屋面全开启拱形连栋膜温室项目为例，详细论述了屋面全开启拱形连栋膜温室的结构设计。屋面全开启拱形连栋膜温室排风口接近温室顶部，大大提高了通风面积，可快速除去温室内的高温高湿空气，达到快速空气交换的效果，同时可为作物生长提供自然光照。

关键词：屋面全开启；连栋；膜温室

Design and application of roof full-open arched multi-span membrane greenhouse

Dong wei^1,2,3，Li Xiugang^2,3，Zhou Zengchan^1,2,3，Chen Lizhen^2,3，Lan Libo^2,3，Tian Fengmei^2,3

(1. Beijing Agricultural Machinery Institute Co., Ltd, Beijing100096, China; 2. Beijing Kingpeng International Hi-tech Corporation, Beijing 100094, China;3.Beijing Plant Engineering Technology Research Center, Beijing100094, China)

Abstract: This paper Takes the project of roof full-open arched multi-span membrane greenhouse built by Beijing Agricultural Machinery Research Institute Co., Ltd. and Beijing Kingpeng International Hi-tech Corporation. as an example, the structure design of roof full-open arched multi-span membrane greenhouse is discussed in detail. The air outlet is close to the top of the greenhouse, which greatly improves the ventilation area. It can quickly remove the high temperature and humidity air in the greenhouse, and achieve the effect of rapid air exchange. At the same time, it can provide natural light for crop growth.          

Key words: roof full-open; multi-span; membrane greenhouse

0 引言

自然通风主要依靠外部风压和内外空气热压使空气流动，从而达到交换室内外空气的目的，是温室栽培中一个重要的过程^[1]。合理设置温室通风方式，可以排除温室内的余热、余湿，增加温室内CO₂含量，改善温室内的环境，从而有效提高各类设施环境控制装备的高效性及节能性^[2]。屋面开窗是温室自然通风的主要形式。屋面连续开窗能够保证室内气流均匀，温度场稳定，是大部分温室，尤其是塑料薄膜温室的主要开窗方式^[3]。

目前在温室设施中，覆盖材料为玻璃的连栋温室已有屋顶全开启的形式，而连栋膜温室鲜有相关方面的研究。本文以北京市农业机械研究所有限公司与北京京鹏环球科技股份有限公司共建的屋面全开启拱形连栋膜温室项目作为实例，阐述屋面全开启拱形连栋膜温室的设计方案。

1 屋面全开启拱形连栋膜温室组成

屋面全开启拱形连栋膜温室由主体结构、覆盖材料和配套设施构成。温室主体结构包括立柱、大梁、水槽、桁架等；温室立面覆盖材料采用0.3mm厚高强编制膜，顶部采用0.2mm厚防虫膜；配套设施有自然通风系统、通风降温系统、遮阳系统、水肥系统、栽培槽系统、智能环境控制系统、配电系统等。温室的自然通风系统采用半弧形电动开启齿轮齿条开窗方式，由减速电机、齿轮齿条、防虫网、铝合金卷轴等部分组成。

2 屋面全开启拱形连栋膜温室结构特点

屋面全开启拱形连栋膜温室打破了传统的温室顶部固定的方式, 采用了以温室天沟为固定轴, 整个屋顶能绕天沟旋转达到温室顶部全开的目的, 给作物的生长提供全部的自然光照, 满足作物生长所需的多种光谱能量的需求, 提供充分的通风效果, 通风换气比接近100%。

屋面全开启拱形连栋膜温室运行成本比目前的同类型温室低，排风口接近温室顶部，大大提高了通风面积，可快速除去温室内的高温高湿空气，达到快速空气交换的效果。屋面全开启拱形连栋膜温室可为对气候性要求比较严格的作物提供理想的生长环境, 使作物生长环境接近大自然。

3 项目实施地气候资源情况

项目实施地陵水黎族自治县位于海南岛的东南部，地理坐标为北纬18°22′～18°47′、东经109°45′～110°08′。东濒南海，南与三亚市毗邻，西与保亭县交界，北与万宁市、琼中县接壤。由于地处北回归线以南，气候属热带岛屿性季风气候，高温多雨，冬天严寒，干湿季分明，夏秋多雨，冬春干燥。年平均气温25.2℃，年平均雨量为1500～2500mm，主要集中在每年的8～10月份。光照充足，全年无霜，四季常青，适宜热带作物和反季节瓜菜的种植。但由于受岛屿性季风的影响，平均每年受3～5次台风的袭击，最大风力达14级，风速45m/s。

4  屋面全开启拱形连栋膜温室设计

4.1 温室功能

屋面全开启拱形连栋膜温室主要用于工厂化果菜生产，体现低碳节能、精准远程控制、自动化采收装备等现代设施农业高新技术。

4.2 基本布局

屋面全开启拱形连栋膜温室面积为73080㎡，分为生产区和走廊二大部分。温室中部设置一条东西走向5米宽的工作走廊。走廊设计采用纵向顶设计的方式，目的主要是处理走廊部分和其它区域的独立，顶部采用6套通风机构进行通风，更有效的解决独立通风，不影响其它区域的生产作业。

图1  屋面全开启拱形连栋膜温室平面图

Figure.1  Plane figure of roof full-open arched multi-span membrane greenhouse

4.3 设计依据

GB/T50009—2001  建筑结构荷载规范

GB/T19791—2005  温室防虫网设计安装规范

GB/T18621—2002  温室通风设计规范

JB/T10296—2001  温室电气布线设计规范

JB/T10288—2001  连栋温室结构

JB/T10297—2001  温室加热系统设计规范

JB/T10306—2001  温室控制系统设计规范

4.4 性能指标

4.5 总体设计方案

北京市农业机械研究所有限公司与北京京鹏环球科技股份有限公司共建的屋面全开启拱形连栋膜温室采用东西方向排跨，南北方向排开间，天沟为南北走向。温室跨度8米，开间4米，桁架间距4米，肩高5.5米，外遮阳高8.5米，跨度方向走道5米，开间方向走道4米。

主体骨架采用热镀锌轻钢结构，顶部采用热镀锌圆管，使用寿命长达20年以上。考虑到项目实施地的气候特点，项目设计中采用了特殊的结构设计，以增强温室抗风能力。

图2  屋面全开启拱形连栋膜温室立面图

Fig. 2 Elevation of roof full-open arched multi-span membrane greenhouse

4.5 抗风结构设计

项目实施地属热带岛屿性季风气候，由于受岛屿性季风的影响，平均每年受3～5次台风的袭击，最大风力达14级。为此本项目温室抗风结构进行了下述优化设计。

（1）整栋温室设计了6道柱间支撑，使温室更具有牢固性。

（2）水槽和顶部固定窗边链接部分采用铝合金轴进行链接，能够增加固定边牢固性和使用性，且不生锈，对温室没有腐蚀。

（3）外遮阳顶部骨架采用跨度方向（8米）大梁的方式，4米开间位置一道纵拉杆，8米梁中间一道4米纵拉杆，侧面三道撑杆设计加强稳固和抗风性设计，整个顶部4道立柱拉筋设计，端部采用三角梁进行加强。

（4）四周立面卷膜端部采用防风板设计，主要是遮挡端部的轴头抗风和端部的侧面薄膜防风，增加端部抗风能力。

（5）温室四周采用压膜带和压膜杆设计，增强边部侧面通风系统的抗风性能。

图3  压膜带和压膜杆

Fig. 3 Film Belt and Film Rod

（6）增加防风拉筋设计，起到固定温室，加强抗风性能的作用。

    （7）侧面卡槽全部采用扣条进行压扣，既美观，又能够防止卡簧被大风吹起。

（8）温室侧立面卷膜器增加了万向节设计。由于温室的每个角都有卷膜器，长时间使用易造成卷膜和薄膜互相干扰，而万向节可以使卷膜轴更好的贴近温室立柱，增强抗风性能。

（9）温室侧面采用0.3mm厚的进口高强编制膜进行覆盖，顶部采用进口金象0.2mm厚防虫膜覆盖。

（10）温室四周立面卷膜采用铝合金卷轴，有效加强了温室的抗风性，同时提高了温室的美观性。

（11）落水管设计在温室内部，可防止台风对落水管的破坏。

（12）温室顶部通风窗口末端全部多增加一排齿轮齿条，以提高最外侧通风窗口的抗风性能。

4.6 全开启屋面设计

全开启屋面采用半弧形电动开启齿轮齿条开窗方式，开启的高度约为1.5米，可实现膜温室两屋面整体开启，实现了温室内外空气的快速流通和交换，从而达到降温除湿的效果。通风屋面的开窗横杆与膜温室固定框之间采用整张的40目折叠式尼龙防虫网，防止室外杂物及病虫害进入室内，有效解决关闭天窗时防虫网不能全部收回的问题，提高温室保温性能。

温室两坡屋面以相邻的天沟为轴，通过半弧形齿轮齿条驱动而实现相邻两坡屋面的开启与闭合。开窗电机座固定在开窗传动轴上，再将开窗电机用螺栓安装于开窗电机座上。开窗轴支座安装于开窗传动轴上，开窗臂通过开窗臂绞轴固定在开窗轴支座上。开窗电机通过链轮驱动开窗传动轴，一组齿轮按一定间距套装于开窗传动轴上，各齿轮外齿啮合一齿条，齿条端部通过齿条连接件与开窗臂铰接。

图4 天窗平面布局图

Fig. 4 Skylight Plane Layout

1、膜温室天沟；2、立柱；3、桁架梁；4、副杆；5、屋顶圆拱；6、屋顶纵拉杆； 7、开窗臂； 8、开窗横杆； 9、开窗齿条；9.1、齿条连接件； 10、开窗电机； 11、折叠式防虫网

图5 温室屋面开启时示意图

Fig. 5 Diagrammatic sketch of roof full-open arched multi-span membrane greenhouse

5 屋面全开启拱形连栋膜温室应用情况

屋面全开启拱形连栋膜温室已于2016年投入使用，近三年的使用情况验证了温室良好的抗风性能和通风降温效果。屋面全开启拱形连栋膜温室主要进行西红柿、西瓜等果菜的种植，种植效果良好。屋面全开启拱形连栋膜温室采用了京鹏设计开发的全开启屋面、营养液循环再利用系统、电动液压采摘车等配套设施，上述配套设施的应用，为屋面全开启拱形连栋膜温室实现优质、高产奠定了基础。

图6  屋面全开启拱形连栋膜温室内外景

Fig.6 Interior and exterior of roof full-open arched multi-span membrane greenhouse

6  结束语

屋面全开启拱形连栋膜温室可实现膜温室两屋面整体开启，实现了温室内外空气的快速流通和交换，从而达到降温除湿的效果，同时可为作物生长提供自然光照。在通风屋面的侧框边缘安装折叠式防虫网，密封性好，能够有效解决关闭天窗时防虫网不能全部收回的问题，提高了温室保温性能。

参考文献

[1]    姜雄晖，刘淑珍.温室开窗机构研究［J］.中国农机化，2006(3) :62-66.

[2]    颜全生，周增产.屋顶全开启型文洛式连栋温室的研制［J］.华中农业大学学报，2004(增刊) : 1-6.

[3]    周增产，杨仁全，张晓文，等. 屋顶平拉膜连栋温室的研制与应用[J].农业工程技术(温室园艺)，2006(10)：12-13.