一個完整的溫室系統通常包括下列各個部分或其中的部分內容:
1.建筑結構; 2.覆蓋材料; 3.通風系統; 4.降溫系統; 5.加熱系統; 6.保溫節能系統; 7.遮光系統; 8.室內空氣循環系統; 9.CO2施肥系統; 10.人工光照; 11.栽培床與基質; 12.計算機控制的灌溉與施肥系統; 13.環境控制系統; 14.材料處理設備。陽光板推薦吉事達四層陽光板。
一個溫室中是否需要包括上述各項內容,通常要看所種植的作物的種類、當地的氣候條件和經濟制約的影響而取舍。
現行溫室采用的建筑結構系統有很多種。人字型屋面是最常見的溫室結構型式,另外還有圓拱型、尖拱型和鋸齒型屋面的溫室。半拱狀鋸齒型的溫室是新近發展起來的一種溫室結構形式,其主要特點是通風性能良好。在荷蘭使用的最普通的溫室形式是文駱型溫室,即采用桁架結構,小跨屋面(3.2M跨)溫室。荷蘭新建的溫室中約有85%為此類型,10%為大跨度溫室。
針對特定的材料或結構技術而言,某些結構型式可能要優于其它的結構型式,但不存在普遍適用的最好的結構型式。溫室的建筑結構形式地域性很強,與當地的自然氣候條件密切相關。因此,一般均需根據各地不同的要求和條件進行具體設計。
2.1溫室的主要類型與屋頂形狀
(一)圓拱型屋頂 這類溫室的跨度可達12.8米,特別適合于柔性塑料薄膜作采光材料,同時也適合于硬質塑料板。
(二)尖拱型屋頂
與圓拱屋頂溫室一樣,既適用于柔性塑料薄膜又適用于硬質塑料板作屋面透光材料。但與圓拱屋頂相比,尖拱型屋頂還有兩個主要優點:
1.在高緯度地區,由于屋脊更高,其透光性能也更好。
2.便于雨水或室內霧滴的自然流落到天溝中,不會在薄膜上形成兜水現象。
(三)雙坡或單坡屋頂
這種屋頂是最普通的一種,適用于包括玻璃在內的各種硬質覆蓋材料。
上述三種屋頂形狀的溫室結構,既可以設屋脊通風口、天溝通風口,也可以完全密閉不設自然通風口。
屋頂上設有永久性通風窗的溫室
鋸齒型是能給整棟溫室產生良好通風的最普通的屋頂形狀之一。
帶圓拱或尖拱屋頂的鋸齒型溫室是最新發展起來的,它具有良好的通風性能,其跨度可達8米,且具有良好的落水和塑料薄膜覆蓋性能。
在屋脊處設永久通風窗的溫室
與鋸齒型溫室不同,屋脊通風口是處在自然通風的最佳點。這種溫室型式最適于長期需要良好通風的溫暖地區。但覆蓋這種溫室較為復雜。
我國各地夏季氣候炎熱、北方地區冬季還寒冷,因此在考慮建大型連棟溫室時,對溫室的夏季通風降溫和冬季保溫節能問題是事關溫室效益的兩個關鍵。如何兼顧溫室的冬季保溫和夏季降溫,和確保冬夏兩個氣候不利季節的室內環境,可以說是抓住大型溫室經濟效益的根本前提。據在煙臺農科院建成的7000M2連棟實驗溫室的運行結果看(詳見都市農夫網溫室田地欄目的圖片介紹),鋸齒型溫室在加外保溫覆蓋的前提下,冬季室內外自然溫差可保持在15-20℃;而夏季及其前后季節均可采用自然通風解決降溫問題。這種溫室的建設投資和運行費用均可降低20-30%。是我國今后發展的一個主要方向。
2.2 溫室常用的建筑材料
1. 鋼材
用于溫室建筑結構構件的鋼材種類一般是ST37,含硅低。為防止腐蝕,最終的產品總是要鍍鋅的,不同的部件采用不同的鍍鋅方法。
1) 電鍍鋅方法
由于用這種方法鍍鋅的鋼構件,具有非常光滑而良好的表面,因而常用于那些直接與柔性覆蓋材料接觸的構件,例如屋頂的圓拱與檁條。使用這種材料的缺點是全部加工制造過程如彎曲、鉆孔或焊接等都還要在鍍鋅材料上進行,易破壞鍍鋅層,影響使用壽命。
2) 熱浸鍍鋅
這種處理是在普通鋼材上加上一厚層鋅保護層。進行熱浸鍍鋅時,構件是在彎曲、鉆孔或焊接等都已完成以后進行的,以便加保護以后的構件可直接用螺栓安裝。為確保較長的使用壽命,包括直接與聚乙烯膜接觸的所有構件都應用熱浸鍍鋅法。圓拱與檁條不用熱浸鍍鋅件的理由是,與電鍍法相比,熱浸鍍鋅構件的表面質量很粗糙,這可能引起撕破覆蓋的薄膜。
2. 鋁材
鋁材的抗銹蝕能力好、重量輕,且易于加工成任何一種所期望的斷面形狀。但在另一方面,鋁的強度不如鋼,且比鋼材貴得多。在溫室建筑上使用的許多構件都是由鋁制成的,如:
1) 與通風系統有關的所有構件,包括屋脊檁條;
2) 用于玻璃覆蓋的所有椽子;
3) 用于固定塑料薄膜的各種構件;
4) 用于小跨度玻璃溫室的天溝。
3. 塑料
用于溫室的塑料材料有聚氯乙烯(PVC),高密度聚乙烯(HDPE),聚丙烯和聚碳酸酯(PC)。其它一些PVC部件常用于代替鋁構件或配件領域,如用于卷幕機構的連接部件、保溫與遮光幕、格架系統等。
2.3 溫室的主要構件組成
1. 柱
用于溫室立柱的斷面形狀主要有圓管、矩形方管、C型鋼或工字鋼等開口斷面。
1) 圓管
在輕型溫室中,圓管是使用非常普遍的一種斷面形狀。大多數法國和荷蘭塑料溫室的制造商常用圓管,且大部分用電鍍處理。圓管的最大優點是各向同性,斷面標準且取材容易。其缺點是:
難于加工制造;鉆孔之處無鍍鋅保護;幾乎不可能知道或看清管子的內部狀況;由于可能產生滑動,管與管之間不能采用簡單的夾板裝置連接來確保固定不動。
2) 矩形方管
矩形方管的特點與圓管很相似,但比圓管容易加工與連接。
3) 開口斷面
特點:很容易加工,所有孔口都由沖孔完成;最終成品尺寸較精確;更易于裝配;通常是加工好后再熱浸鍍鋅;各斷面狀況都可以監視,且若觀察到有問題,可以很容易地加以解決。
2. 圓拱與拱架
圓拱也可用封閉的或開口的斷面形狀制成。幾乎上述對柱的所有優缺點也同樣適用于拱架。但要用封閉的斷面焊接拱架并合理的熱浸鍍鋅幾乎是不可能的。
3. 天溝
天是溫室最重要的構件之一。它作為縱向結構構件起支撐作用,應能排泄走所有雨水,并且其強度應至少滿足2名工人站在天溝中部進行覆蓋材料的安裝與檢修等。
天溝的長度為3米到5米。塑料溫室的天溝一般用熱浸鍍鋅鋼板制成,有的小跨屋面(如:Venlo型)溫室采用擠壓成型的鋁材天溝。非常簡易的木結構溫室則主要用塑料天溝。
4. 基礎
基礎是連接結構與地基的構件,它必須將全部重力、吸力和傾覆荷載,如風、雪和作物荷載等安全地傳到地基。
基礎底部應低于凍土層,并應設置在原狀土層平面上,而不能設在填充土上。基礎底面的大小和深度應根據溫室的尺寸和土壤條件而定,最小深度為低于自然地面600mm。
基礎之間的安裝尺寸及水平面上的準確性將影響溫室上部結構總體裝配過程的簡易程度和裝配速度。
預制基礎底座是很好的方案,因為就砼和鋼筋的質量而言,要準確地按照標準要求來制作基礎是不可能的。另一方案就不太好,它是將鍍鋅鋼材構件的底部插入基礎墩里,再用砼現澆上部基礎。
在安置基礎時,非常重要的一點是沿天溝方向要有1-2%的坡度;而在垂直天溝方向,其坡度應盡可能為0%,最大坡度不應超過2%。
對天溝較長的溫室,在地平上設置基礎的坡度為從中間向兩端方向逐漸降低。
5. 結構節點
一個結構框架的強度只等同于其最弱的節點的強度,所以就連接方法和自身的連接強度而言對所有構件的連接都必須有合適的連接件。真正使溫室堅固和安全的是不同結構節點的設計與施工質量。
有些節點是由焊接而成,但主要節點應用螺栓和螺絲將各連接構件相互連接在一起的。
2.4 溫室的設計荷載
溫室的結構設計在考慮最大透光量的同時,還必須確保安全。因此,不透明的溫室骨架在滿足一定的強度要求以抵御在溫室設計壽命期間的荷載作用的同時,應取其最小截面尺寸。
設計荷載包括結構的自重(恒載)、由于建筑物使用帶來的荷載(活載),以及雪、冰雹和風等荷載
1) 恒載——支撐結構,墻和屋面的重量,不包括永久性設備的重量。?
2) 雪載和冰雹——雪荷載是根據地面預計的積雪量、屋面坡度、溫室是否有天溝連接、以及是否加熱等確定的。(在有雪地區,相鄰溫室的最小距離應保持3m,用于堆積雪。