大跨度外保溫型塑料大棚的設計及應用

       目前，塑料大棚和日光溫室是陜西及西北地區主要的園藝設施類型。塑料大棚建造成本低、建設速度快、土地利用率高，適合中國南北氣候區域，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、畜牧養殖和水產養殖。但是，塑料大棚在陜西地區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**室內外溫差為28℃，在陜西地區主要進行喜溫果菜類的長季節栽培，但是陜西日光溫室土地利用率低，降溫效果差，越夏生產困難。

       陜西地區作為早春蔬菜的重要供應基地，早春茬口定植于冬末，盛果期在早春，前期以保溫為主，后期則要加強通風。為滿足栽培茬口的要求，我公司建設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口對流降溫，增大通風量，進行越夏栽培，將塑料大棚和日光溫室的兩方面優勢結合起來即可實現周年生產。

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，機械卷放。沿大棚長度方向設置底部通風口和頂部通風口。

陜西溫室大跨度的承重結構

結構是大棚的承力體系，是抵抗室外風雪荷載、室內作物荷載及設備荷載（如保溫被、保溫幕、吊掛設備等）的承力構件的集合，同時也是安裝塑料薄膜等圍護材料的載體。大跨度外保溫型塑料大棚跨度大、高度高，設計時必須充分考慮結構安全性。大棚承重結構包括基礎、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預埋件上，上部與橫梁進行螺栓連接。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，其他位置設置斜向腹桿。鋼桁架頂部設置一對等肢角鋼，用于固定保溫被。大棚拱架間距1m，采用裝配式C形鋼桁架結構，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，下部與條形基礎圈梁上預先埋置的預埋件連接。

為增強大棚整體穩定性，沿大棚長度方向設置縱向系桿。縱向系桿與拱架下弦采用專用連接件連接。縱向系桿間水平投影間距2m。靠近山墻的5排拱架設置斜撐連接。斜撐采用冷彎C形鋼，分別于靠近山墻處拱架兩側傾斜交叉布置1道，提高大棚端部的承載能力。為增強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，可防止冬季西北風刮起保溫被，減少縫隙放熱。南側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山墻結構穩定性。大棚內側張掛保溫被，白天拉開，夜間蓋嚴，提高大棚保溫性能，且不影響采光。

◎通風口  為**塑料大棚的通風需求，利用壓膜槽在大棚兩側分別設置頂部通風口和底部通風口。通風口寬度1.0m。通風口通過卷膜器卷放薄膜實現通風，內部設置防蟲網，防止室外昆蟲進入室內。底部通風口的下沿距室內地面0.5m高。頂部通風口與屋脊的水平距離1.5m，內側設置網架支撐，可防止兜水。為防止大風時卷膜軸來回擺動，在通風口處捆綁數道交叉壓膜線固定通風口處薄膜。

◎出入口  在南、北山墻上沿溫室中柱西側分別設兩個出入口，在大棚內側建造緩沖間，緩沖間使用塑料薄膜作為圍護材料，進入緩沖間的門與進入溫室的門應錯位布置，減少人員進出時的冷風灌入。兩門洞之間設置走道，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  外保溫材料應選用防水、光滑、質輕、耐久性好、傳熱系數小于2.0W/(m2?℃)的保溫被。大棚兩側分別覆蓋保溫被，采用兩臺卷簾機分別每條保溫被間搭接寬度應不小于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構；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。經測定，大跨度外保溫型塑料大棚在未種植作物情況下，當室外氣溫為-15℃時，室內溫度為6℃，室內外溫差為21℃，與日光溫室性能相近。在陜西地區深冬季節可進行喜溫類蔬菜栽培生產，比普通塑料大棚提早上市50天左右。

抗災能力強

該塑料大棚結構合理，基礎堅固，且上部自重小，抵抗暴雨、積雪等自然災害能力強。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，抵抗雪災能力強。大跨度外保溫型塑料大棚正常進行生產作業，經受住了災害天氣的考驗。

使用范圍廣
與普通大棚相比，該大棚棚內空間大，便于開展機械化作業，不但可進行蔬菜栽培生產，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主要應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，溫室內增設保溫幕，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，以設施內栽培番茄為例，計算成本和收益。

生產及經營成本
①年生產成本：有機肥25m3，120元/m3，計3000元；種子2100元；化肥1000kg，2元/kg，計2000元；農藥1200元；地租4000元；合計12300元。
②大棚折舊費用：棚膜、防蟲網、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總成本共計8.19萬元，每667m2生產成本2.75 萬元。

產出
早春一茬番茄產量7500kg/667m2，均價3.0元/kg，產出2.25萬元/667m2；秋冬1茬番茄產量5000kg，均價3.0元/kg，產出1.5萬元/667m2；年產值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。