模块化组装式日光温室结构创新与实践（邹志荣）.ppt

邹志荣西北农林科技大学联系方式 13991124991 模块化组装式日光温室结构创新与实践 目录 问题提出 我国日光温室的面积已经超过1500万亩 有效的解决了冬季蔬菜生产问题 实现了蔬菜周年供给的目的 但是 由于日光温室建造费时费工 人工成本高 标准化程度低 造价高 限制了我国设施农业的快速发展与应用 所以 开发机械化 标准化的温室建设是当前急需解决的问题 温室的采光保温性能显著降低 耕地破坏严重 利用率低 室内地面过度下沉 标准不同 性能较差 塌棚现象 手工作业 生产效率低 概念与优势 模块化组装式日光温室就是将温室结构与生产装备从工厂生产成模块成品 一次性组装在所需的农田里 形成一个成熟的温室生产建筑 将温室生产建筑进行工业化的革命 即温室建筑标准化 生产装备一体化 形成能够快速高效生产的温室建筑与装备 优势 1 缩短温室的设计和制造周期 加快供货速度 有利于市场竞争 有助于温室的生产实现产业化 2 便于温室更新换代和新产品的开发 由于有许多现成的通用和专用模块 减少了新产品开发的成本和周期 3 通用和专用模块一般在生产和使用中都经过检验 工艺完善 产品的质量更易得到保障 4 温室结构的模块化设计 提高了生产效率 可以实现温室结构的快速设计 满足不同区域 不同客户的多品种需求 5 采用标准设计制作构配件和设备装置 零部件 工人对生产操作 施工安装都易于掌握 因而可以不断提高生产和施工安装质量 有利于保证温室工程的质量 6 节约建筑材料 降低温室工程造价 模块化的温室结构构件 可以促进构件标准化 采用标准设计生产构配件 便于预制厂统筹安排 统一配料 可以大大节约建筑材料 7 推广先进技术 模块化设计在机械 建筑行业已经广泛应用 模块化在温室设计中的应用 也将先进技术推广到更宽广的应用领域 促进温室结构件的标准设计与温室所用到的建筑材料的标准设计 8 促进温室工业化的发展 有了温室建筑构件的标准设计 工厂可以进行工厂化大批量生产 标准构件的推广也将大大加快温室建造的速度 模块化温室设计与应用 对温室进行模块划分及模块创建 并给出多种模块化设计方法的设计思路 然后对模块化温室进行了详细设计 包括墙体结构 骨架屋架 栽培设施以及环控模块四个方面 1 墙体模块 温室墙体模块主要起到承载各种荷载的作用 是温室系统的受力体系 是温室覆盖材料 环境控制设备和灌溉设备 作物悬挂等栽培设施得以安装的基础 土墙 墙体材料易获得 成本低 保温蓄热性能好 复合材料墙体 墙体材料是有蓄热层 保温层和绝热层组成 建筑方便 性能好 成本高 墙体模块 模块化组装式土墙温室的墙体使用速土成型机建造 把原本松软的土壤加入一定的水配成合适的含水率 最佳含水率可以通过击实试验获得 加入到成型机里 通过巨大的压力使土壤孔隙变得密实 得到最终规格为1 2 1 2 1 2m的密实土块 可直接用于温室墙体的建设 一台速土成型机生产一个这样规格的土块用时约8min 大大节省了温室墙体建造时间 并且减少了墙体厚度 节省了建造用土和人力 建设完成后可在外侧增附一层保温板或其他覆盖物 可以有效进行保温和防止雨水冲淋 降低了成本并增加了美观度 快速筑墙机 一 筑墙机二 装土 蓄热材料 绝热材料 吸热材料 现浇混凝土基础层 3D打印温室断面结构 传热风道 绝热材料 蓄热材料 吸热材料 3D打印温室构造示意图 30M 负压通风 通风蓄热 风机 3D打印温室蓄热风机构造示意图 进气口 进气口 3D打印温室蓄热原理示意图 进气口 进气口 出气口 模块土密度与抗压强度 实物图 经大量对比实验 速筑土墙模块比人工电夯密度提高7 强度提高11 比流行的推土机碾压墙密度提高13 强度提高53 大大增强了日光温室后墙的蓄热能力和强度 无侧限抗压强度试验结果对比 注 轻型击实试验结果 最优含水率17 9 时 最大干密度为1 71kg cm3 初步结论 挤塑速土模块强度优于夯土墙 即使刚制出的湿土块也优于当前普遍使用的碾压墙 模块土不同部位密度 日光温室模块化后墙承载力性能测试 试验温室主要尺寸 长36m 跨度10m 骨架间距1 0m 后墙高3 6m 1 测试在折算雪载为0 25kN m2竖向荷载作用下 后墙水平位移 2 测试在折算雪载为0 6kN m2竖向荷载作用下 后墙水平位移 确定重物吊点位置及重物荷载大小 在屋架上均布8个吊点 每个吊点吊挂重物75kg 折算为屋面均布荷载为0 6kN m2 通过计算 测点1 即墙顶 在试验荷载作用下 最大水平位移为0 896mm 测点2 即墙中部 最大水平位移为0 600mm 测点1 即墙底部 最大水平位移为0 118mm 由此可见 墙体各部分水平位移均不超过1mm 相对墙体高度来说为小位移 说明在设定的荷载作用下墙体抗侧移能力仍有足够富裕 后墙安全 1 它运用吸热 蓄热 散热的原理制作温室模块墙体 2 制作 就地取材墙体用料99 是土 沙 石 就地取材建造 代替了过去的砖墙 省去了制砖时用电 烧煤的能量消耗和污染 而且节能 3 成本 高性价比墙体以土为原材料加少量相变固化剂 温室骨架由工厂化生产 使整个温室的造价下降40 左右 克服了温室价格高 经济效益差的顽疾 4 速度 机械化大幅度提高建棚效率全程机械制造 一台机器一天能制造60米长 4米高 1 3米厚的墙体 加上折叠式骨架的应用 多台机器同时使用 大大加快了建设周期 5 环保 节约土地资源 减少雾霾由于其墙体可就地取材 用土 沙 石混合制作 这样就可以在沙漠 戈壁 盐碱地上建造 对我国土地利用有着十分重要的意义 该产品具有极强的适应性 在各种气候 土壤 沙漠 河滩 戈壁滩等环境下 可以利用焦土 黄土 沙土 土沙石块混合体就地取材建设 使荒滩 沙漠 戈壁变为良田 其应用前景广阔 模块土墙温室优势与应用 目前在我国北京 新疆 宁夏等地也开发建设了不同材料的组装式日光温室 见图2 探讨新的结构应用效果 荷兰 日本日光温室 日本日光温室 骨架模块效果图 2 骨架模块 温室骨架模块必须包括屋架 立柱 檩条和天沟等主要的受力构件 还应包括联系上述主要构件 保证温室整体刚度的结构支撑体系 传统的温室骨架是在现场临时放样进行加工 费时费事 模块化骨架采用加工厂加工完成 包括焊接 冲孔 镀锌等施工工艺 后运至施工现场 与基础连接处采用螺栓连接 非基础位置采用自攻螺钉连接 避免焊接 减少骨架施工周期和安装成本 三 栽培设施模块 传统的土壤栽培在生产中难以解决水分 空气 养分供应的矛盾 往往无法使作物根系处于适宜的环境条件下 从而影响作物生长 而无土栽培作为一种新的栽培方式 现在正被人们广泛应用 它可以有效解决土壤栽培弊端 发挥作物的生长潜力 使植物生长量 生物量大大提高 所以 栽培模块就是利用现有的无土栽培技术为依托 实现栽培系统可组装 可调控的应用 栽培模块 水肥一体化根据不同的作物的需肥特点把水分 养分定时定量 按比例直接提供给作物 可以达到省肥节水 省工省力 降低湿度 减轻病害 增产高效的作用 四 环控模块 目前 基于单片机 PLC CAN总线 RS485总线 ARM9处理器 ZigBee OSGi网关 模糊神经网络等软硬件控制在工业生产中应用成熟 也逐步应用于农业生产特别是温室生产中 并统一称为 农业物联网系统 通过对现有温室大棚广泛调研 建立不同作物专家管理软件 并特制定本环境控制模块 可实现对温室大棚内环境的精确监测 自动上报及控制 对作物生长过程和劳动作业过程的视频监控 生产指导 对物联网的三个层次分别进行模块化安装及使用 四 环控模块 感知层主要采用针对温室内温光水气肥五大环境因子的超低功耗的的传感器模块 传输层采用安装及管理最为便捷的无线传输模块 温室内的环境数据汇集到云端 推送到手机 便于实时监控 应用层采用系统自动调控和人工干预相结合的方式控制 通过对云端数据库上数据分析 借助专家系统平台 可以优化种植技术 达到持续增收增产目的 发展前景 模块化组装式温室建设是一场创新性工业化的变革 是我国日光温室转型升级的手段 也是实现现代化温室建设的有效途径 机器替代人 设备控制环境与栽培系统是发展的方向 是提高生产效率 土地产出率和资源利用率的最佳方式 下一步需要研究的内容 THEEND