模塊化組裝式日光溫室結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與實踐（鄒志榮）.ppt

鄒志榮西北農(nóng)林科技大學(xué)聯(lián)系方式 13991124991 模塊化組裝式日光溫室結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與實踐 目錄 問題提出 我國日光溫室的面積已經(jīng)超過1500萬畝 有效的解決了冬季蔬菜生產(chǎn)問題 實現(xiàn)了蔬菜周年供給的目的 但是 由于日光溫室建造費時費工 人工成本高 標(biāo)準(zhǔn)化程度低 造價高 限制了我國設(shè)施農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展與應(yīng)用 所以 開發(fā)機械化 標(biāo)準(zhǔn)化的溫室建設(shè)是當(dāng)前急需解決的問題 溫室的采光保溫性能顯著降低 耕地破壞嚴(yán)重 利用率低 室內(nèi)地面過度下沉 標(biāo)準(zhǔn)不同 性能較差 塌棚現(xiàn)象 手工作業(yè) 生產(chǎn)效率低 概念與優(yōu)勢 模塊化組裝式日光溫室就是將溫室結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)裝備從工廠生產(chǎn)成模塊成品 一次性組裝在所需的農(nóng)田里 形成一個成熟的溫室生產(chǎn)建筑 將溫室生產(chǎn)建筑進(jìn)行工業(yè)化的革命 即溫室建筑標(biāo)準(zhǔn)化 生產(chǎn)裝備一體化 形成能夠快速高效生產(chǎn)的溫室建筑與裝備 優(yōu)勢 1 縮短溫室的設(shè)計和制造周期 加快供貨速度 有利于市場競爭 有助于溫室的生產(chǎn)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化 2 便于溫室更新?lián)Q代和新產(chǎn)品的開發(fā) 由于有許多現(xiàn)成的通用和專用模塊 減少了新產(chǎn)品開發(fā)的成本和周期 3 通用和專用模塊一般在生產(chǎn)和使用中都經(jīng)過檢驗 工藝完善 產(chǎn)品的質(zhì)量更易得到保障 4 溫室結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計 提高了生產(chǎn)效率 可以實現(xiàn)溫室結(jié)構(gòu)的快速設(shè)計 滿足不同區(qū)域 不同客戶的多品種需求 5 采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計制作構(gòu)配件和設(shè)備裝置 零部件 工人對生產(chǎn)操作 施工安裝都易于掌握 因而可以不斷提高生產(chǎn)和施工安裝質(zhì)量 有利于保證溫室工程的質(zhì)量 6 節(jié)約建筑材料 降低溫室工程造價 模塊化的溫室結(jié)構(gòu)構(gòu)件 可以促進(jìn)構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化 采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計生產(chǎn)構(gòu)配件 便于預(yù)制廠統(tǒng)籌安排 統(tǒng)一配料 可以大大節(jié)約建筑材料 7 推廣先進(jìn)技術(shù) 模塊化設(shè)計在機械 建筑行業(yè)已經(jīng)廣泛應(yīng)用 模塊化在溫室設(shè)計中的應(yīng)用 也將先進(jìn)技術(shù)推廣到更寬廣的應(yīng)用領(lǐng)域 促進(jìn)溫室結(jié)構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計與溫室所用到的建筑材料的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計 8 促進(jìn)溫室工業(yè)化的發(fā)展 有了溫室建筑構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計 工廠可以進(jìn)行工廠化大批量生產(chǎn) 標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的推廣也將大大加快溫室建造的速度 模塊化溫室設(shè)計與應(yīng)用 對溫室進(jìn)行模塊劃分及模塊創(chuàng)建 并給出多種模塊化設(shè)計方法的設(shè)計思路 然后對模塊化溫室進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計 包括墻體結(jié)構(gòu) 骨架屋架 栽培設(shè)施以及環(huán)控模塊四個方面 1 墻體模塊 溫室墻體模塊主要起到承載各種荷載的作用 是溫室系統(tǒng)的受力體系 是溫室覆蓋材料 環(huán)境控制設(shè)備和灌溉設(shè)備 作物懸掛等栽培設(shè)施得以安裝的基礎(chǔ) 土墻 墻體材料易獲得 成本低 保溫蓄熱性能好 復(fù)合材料墻體 墻體材料是有蓄熱層 保溫層和絕熱層組成 建筑方便 性能好 成本高 墻體模塊 模塊化組裝式土墻溫室的墻體使用速土成型機建造 把原本松軟的土壤加入一定的水配成合適的含水率 最佳含水率可以通過擊實試驗獲得 加入到成型機里 通過巨大的壓力使土壤孔隙變得密實 得到最終規(guī)格為1 2 1 2 1 2m的密實土塊 可直接用于溫室墻體的建設(shè) 一臺速土成型機生產(chǎn)一個這樣規(guī)格的土塊用時約8min 大大節(jié)省了溫室墻體建造時間 并且減少了墻體厚度 節(jié)省了建造用土和人力 建設(shè)完成后可在外側(cè)增附一層保溫板或其他覆蓋物 可以有效進(jìn)行保溫和防止雨水沖淋 降低了成本并增加了美觀度 快速筑墻機 一 筑墻機二 裝土 蓄熱材料 絕熱材料 吸熱材料 現(xiàn)澆混凝土基礎(chǔ)層 3D打印溫室斷面結(jié)構(gòu) 傳熱風(fēng)道 絕熱材料 蓄熱材料 吸熱材料 3D打印溫室構(gòu)造示意圖 30M 負(fù)壓通風(fēng) 通風(fēng)蓄熱 風(fēng)機 3D打印溫室蓄熱風(fēng)機構(gòu)造示意圖 進(jìn)氣口 進(jìn)氣口 3D打印溫室蓄熱原理示意圖 進(jìn)氣口 進(jìn)氣口 出氣口 模塊土密度與抗壓強度 實物圖 經(jīng)大量對比實驗 速筑土墻模塊比人工電夯密度提高7 強度提高11 比流行的推土機碾壓墻密度提高13 強度提高53 大大增強了日光溫室后墻的蓄熱能力和強度 無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果對比 注 輕型擊實試驗結(jié)果 最優(yōu)含水率17 9 時 最大干密度為1 71kg cm3 初步結(jié)論 擠塑速土模塊強度優(yōu)于夯土墻 即使剛制出的濕土塊也優(yōu)于當(dāng)前普遍使用的碾壓墻 模塊土不同部位密度 日光溫室模塊化后墻承載力性能測試 試驗溫室主要尺寸 長36m 跨度10m 骨架間距1 0m 后墻高3 6m 1 測試在折算雪載為0 25kN m2豎向荷載作用下 后墻水平位移 2 測試在折算雪載為0 6kN m2豎向荷載作用下 后墻水平位移 確定重物吊點位置及重物荷載大小 在屋架上均布8個吊點 每個吊點吊掛重物75kg 折算為屋面均布荷載為0 6kN m2 通過計算 測點1 即墻頂 在試驗荷載作用下 最大水平位移為0 896mm 測點2 即墻中部 最大水平位移為0 600mm 測點1 即墻底部 最大水平位移為0 118mm 由此可見 墻體各部分水平位移均不超過1mm 相對墻體高度來說為小位移 說明在設(shè)定的荷載作用下墻體抗側(cè)移能力仍有足夠富裕 后墻安全 1 它運用吸熱 蓄熱 散熱的原理制作溫室模塊墻體 2 制作 就地取材墻體用料99 是土 沙 石 就地取材建造 代替了過去的磚墻 省去了制磚時用電 燒煤的能量消耗和污染 而且節(jié)能 3 成本 高性價比墻體以土為原材料加少量相變固化劑 溫室骨架由工廠化生產(chǎn) 使整個溫室的造價下降40 左右 克服了溫室價格高 經(jīng)濟效益差的頑疾 4 速度 機械化大幅度提高建棚效率全程機械制造 一臺機器一天能制造60米長 4米高 1 3米厚的墻體 加上折疊式骨架的應(yīng)用 多臺機器同時使用 大大加快了建設(shè)周期 5 環(huán)保 節(jié)約土地資源 減少霧霾由于其墻體可就地取材 用土 沙 石混合制作 這樣就可以在沙漠 戈壁 鹽堿地上建造 對我國土地利用有著十分重要的意義 該產(chǎn)品具有極強的適應(yīng)性 在各種氣候 土壤 沙漠 河灘 戈壁灘等環(huán)境下 可以利用焦土 黃土 沙土 土沙石塊混合體就地取材建設(shè) 使荒灘 沙漠 戈壁變?yōu)榱继?其應(yīng)用前景廣闊 模塊土墻溫室優(yōu)勢與應(yīng)用 目前在我國北京 新疆 寧夏等地也開發(fā)建設(shè)了不同材料的組裝式日光溫室 見圖2 探討新的結(jié)構(gòu)應(yīng)用效果 荷蘭 日本日光溫室 日本日光溫室 骨架模塊效果圖 2 骨架模塊 溫室骨架模塊必須包括屋架 立柱 檁條和天溝等主要的受力構(gòu)件 還應(yīng)包括聯(lián)系上述主要構(gòu)件 保證溫室整體剛度的結(jié)構(gòu)支撐體系 傳統(tǒng)的溫室骨架是在現(xiàn)場臨時放樣進(jìn)行加工 費時費事 模塊化骨架采用加工廠加工完成 包括焊接 沖孔 鍍鋅等施工工藝 后運至施工現(xiàn)場 與基礎(chǔ)連接處采用螺栓連接 非基礎(chǔ)位置采用自攻螺釘連接 避免焊接 減少骨架施工周期和安裝成本 三 栽培設(shè)施模塊 傳統(tǒng)的土壤栽培在生產(chǎn)中難以解決水分 空氣 養(yǎng)分供應(yīng)的矛盾 往往無法使作物根系處于適宜的環(huán)境條件下 從而影響作物生長 而無土栽培作為一種新的栽培方式 現(xiàn)在正被人們廣泛應(yīng)用 它可以有效解決土壤栽培弊端 發(fā)揮作物的生長潛力 使植物生長量 生物量大大提高 所以 栽培模塊就是利用現(xiàn)有的無土栽培技術(shù)為依托 實現(xiàn)栽培系統(tǒng)可組裝 可調(diào)控的應(yīng)用 栽培模塊 水肥一體化根據(jù)不同的作物的需肥特點把水分 養(yǎng)分定時定量 按比例直接提供給作物 可以達(dá)到省肥節(jié)水 省工省力 降低濕度 減輕病害 增產(chǎn)高效的作用 四 環(huán)控模塊 目前 基于單片機 PLC CAN總線 RS485總線 ARM9處理器 ZigBee OSGi網(wǎng)關(guān) 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等軟硬件控制在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用成熟 也逐步應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特別是溫室生產(chǎn)中 并統(tǒng)一稱為 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) 通過對現(xiàn)有溫室大棚廣泛調(diào)研 建立不同作物專家管理軟件 并特制定本環(huán)境控制模塊 可實現(xiàn)對溫室大棚內(nèi)環(huán)境的精確監(jiān)測 自動上報及控制 對作物生長過程和勞動作業(yè)過程的視頻監(jiān)控 生產(chǎn)指導(dǎo) 對物聯(lián)網(wǎng)的三個層次分別進(jìn)行模塊化安裝及使用 四 環(huán)控模塊 感知層主要采用針對溫室內(nèi)溫光水氣肥五大環(huán)境因子的超低功耗的的傳感器模塊 傳輸層采用安裝及管理最為便捷的無線傳輸模塊 溫室內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)匯集到云端 推送到手機 便于實時監(jiān)控 應(yīng)用層采用系統(tǒng)自動調(diào)控和人工干預(yù)相結(jié)合的方式控制 通過對云端數(shù)據(jù)庫上數(shù)據(jù)分析 借助專家系統(tǒng)平臺 可以優(yōu)化種植技術(shù) 達(dá)到持續(xù)增收增產(chǎn)目的 發(fā)展前景 模塊化組裝式溫室建設(shè)是一場創(chuàng)新性工業(yè)化的變革 是我國日光溫室轉(zhuǎn)型升級的手段 也是實現(xiàn)現(xiàn)代化溫室建設(shè)的有效途徑 機器替代人 設(shè)備控制環(huán)境與栽培系統(tǒng)是發(fā)展的方向 是提高生產(chǎn)效率 土地產(chǎn)出率和資源利用率的最佳方式 下一步需要研究的內(nèi)容 THEEND