周長(zhǎng)吉（農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100125）

日光溫室的通風(fēng)形式主要為自然通風(fēng)，其中以前屋面和屋脊的連續(xù)通風(fēng)口通風(fēng)是最基本的自然通風(fēng)方式[1]。寒冷地區(qū)日光溫室，為了減少冷風(fēng)滲透熱損失、避免冷風(fēng)直接吹襲作物而造成作物凍害，有的溫室甚至不開設(shè)前屋面通風(fēng)口而只保留屋脊通風(fēng)口。

隨著現(xiàn)代化水平的不斷提升，早期日光溫室屋脊通風(fēng)口采用的如手動(dòng)扒縫通風(fēng)等作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大、環(huán)境控制精度低的一些通風(fēng)方式已經(jīng)基本被機(jī)械拉膜扒縫通風(fēng)和機(jī)械卷膜通風(fēng)所替代，雖然也有溫室采用齒輪齒條開窗通風(fēng)，但由于造價(jià)高，生產(chǎn)應(yīng)用中推廣較少。關(guān)于屋脊機(jī)械扒縫通風(fēng)的原理和設(shè)備筆者在本刊已經(jīng)進(jìn)行過(guò)總結(jié)和梳理[2-3]，本文就屋脊機(jī)械卷膜開窗系統(tǒng)的組成和其結(jié)構(gòu)構(gòu)造形式做了系統(tǒng)梳理，供業(yè)界同仁們進(jìn)一步研究和推廣。

屋脊卷膜通風(fēng)驅(qū)動(dòng)方式

所謂卷膜通風(fēng)，就是將覆蓋通風(fēng)口的塑料薄膜纏卷在卷膜軸上，通過(guò)卷膜軸的正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)卷起或展開通風(fēng)口塑料薄膜，從而打開或關(guān)閉通風(fēng)口的一種通風(fēng)形式。這種通風(fēng)形式，在日光溫室中不僅可用于屋脊通風(fēng)口，而且也可用于溫室前屋面通風(fēng)口，甚至在后屋面為活動(dòng)保溫屋面[4-5]或后墻為活動(dòng)保溫后墻[6]時(shí)也可用于相應(yīng)通風(fēng)口的啟閉。卷膜通風(fēng)由于沿溫室長(zhǎng)度方向通風(fēng)口的開口大小相同，所以溫室各部位的通風(fēng)量一致，由此形成溫室室內(nèi)溫濕度和氣體濃度分布更均勻，是一種高效的日光溫室通風(fēng)方式。

根據(jù)驅(qū)動(dòng)卷膜軸轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力不同，卷膜通風(fēng)可分為手動(dòng)卷膜和電動(dòng)卷膜（圖1）。手動(dòng)卷膜是通過(guò)人力手工操作驅(qū)動(dòng)卷膜軸轉(zhuǎn)動(dòng)的一種卷膜方式，根據(jù)動(dòng)力輸入的形式不同，手動(dòng)卷膜又分為手柄卷膜和鏈輪卷膜，其中手柄卷膜又有直驅(qū)短手柄和萬(wàn)向節(jié)長(zhǎng)手柄之分[2]。直驅(qū)短手柄是將“之”字形手柄直接焊接或栓接在卷膜軸的端部，形成卷膜軸的“搖把”，手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)搖把，即可驅(qū)動(dòng)卷膜軸轉(zhuǎn)動(dòng)。這種搖把式卷膜系統(tǒng)動(dòng)力輸入和輸出比為1:1，既不省力，也不省工，而且操作還需要操作人員登爬到溫室屋脊或者在地面架設(shè)高梯或平臺(tái)，操作管理極不方便。為克服短柄直驅(qū)的缺點(diǎn)，后來(lái)的改進(jìn)一是將短柄改為了長(zhǎng)柄，操作人員可以站立在地面上進(jìn)行操作；二是將直驅(qū)改為了間接驅(qū)動(dòng)，包括用萬(wàn)向節(jié)連接手柄和卷膜軸以及用減速箱增強(qiáng)輸出動(dòng)力等（圖1a）。

圖1 卷膜器動(dòng)力形式

鏈輪卷膜就是在卷膜軸的端部安裝一個(gè)鏈輪，用導(dǎo)鏈驅(qū)動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，操作人員只要向下拉動(dòng)導(dǎo)鏈即可帶動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)卷膜軸轉(zhuǎn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)通風(fēng)口的啟閉（圖1b）。由于導(dǎo)鏈?zhǔn)侨嵝缘?，而且長(zhǎng)度可根據(jù)操作需要確定，所以操作人員不必登爬到溫室屋脊操作，直接站立在地面上就可以作業(yè)，極大地方便了作業(yè)管理。此外，選擇不同直徑的鏈輪可獲得不同比例的動(dòng)力輸入輸出比，從而也可減小操作動(dòng)力輸入，大大節(jié)省了操作人員的作業(yè)強(qiáng)度。

電動(dòng)卷膜通風(fēng)是在卷膜軸的端部安裝減速電機(jī)，由減速電機(jī)帶動(dòng)卷膜軸轉(zhuǎn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)通風(fēng)口啟閉的一種通風(fēng)方式（圖1c），其中減速電機(jī)有直流電機(jī)和交流電機(jī)之分。根據(jù)減速電機(jī)的控制方式不同，電動(dòng)卷膜可分為人工手動(dòng)控制和完全自動(dòng)控制兩種控制形式，其中人工手動(dòng)控制又分為人工操作電源開關(guān)的控制方式和人工操控遙控器控制電源通斷兩種方式。自動(dòng)控制系統(tǒng)一般根據(jù)室內(nèi)溫度或室內(nèi)外溫差進(jìn)行控制，控制通風(fēng)口開啟的大小可人工編程，控制卷膜電機(jī)停止的方法有限位控制器機(jī)械控制法和卷膜軸轉(zhuǎn)數(shù)的行程控制法等。從節(jié)省人力、提高控制精度以及提高日光溫室現(xiàn)代化水平的發(fā)展方向看，電動(dòng)卷膜應(yīng)該是未來(lái)的發(fā)展方向。

卷膜器擺臂桿結(jié)構(gòu)及其固定方式

為了控制卷膜軸的運(yùn)行軌跡，除手柄式手動(dòng)卷膜系統(tǒng)外，卷膜系統(tǒng)一般在卷膜器上安裝一根擺臂桿，用于控制卷膜軸的運(yùn)行軌跡。

從擺臂桿末端的固定形式看，有完全不固定的自由臂和末端固定的固定臂之分。自由式擺臂桿只適用于手動(dòng)卷膜系統(tǒng)（圖2a），實(shí)際上手柄式卷膜系統(tǒng)的手柄也可以視為是一種變形的自由臂（圖1a）。自由式擺臂桿雖然從形式上看末端沒有固定，但在實(shí)際操控中操作人員要掌控?cái)[臂桿，實(shí)際上形成了一種可移動(dòng)的固定點(diǎn)。

圖2 擺臂桿的形式

固定臂從其末端的固定位置看有墻面固定臂和地面固定臂之分（圖2b、圖2c）。當(dāng)墻面結(jié)構(gòu)有足夠承載能力時(shí)應(yīng)首選墻面固定的方式，一是因?yàn)閴γ婀潭蓽p小擺臂桿的長(zhǎng)度，減少構(gòu)件用材和成本；二是因?yàn)閿[臂桿固定在墻面上不會(huì)影響地面道路，可防止由于地面運(yùn)輸或作業(yè)碰撞擺臂桿而可能造成的擺臂桿的損傷甚至破壞。

對(duì)于端部固定的擺臂桿卷膜系統(tǒng)，如果擺臂桿的長(zhǎng)度不能改變，則卷膜軸只能圍繞以擺臂桿端部固定點(diǎn)為圓心、擺臂桿長(zhǎng)度為半徑的圓弧軌道運(yùn)行。但由于大部分日光溫室屋面開窗部位的弧形并非嚴(yán)格的圓弧曲面，或者雖可近似為圓弧曲面但相應(yīng)的圓弧半徑較長(zhǎng)，所以，在具體實(shí)踐中雖也有采用固定點(diǎn)圓弧軌跡的擺臂控制系統(tǒng)（圖3a），但大部分?jǐn)[臂還是做成伸縮套管形式（圖3b），即一根鋼管插入另一根鋼管中，兩管之間留有足有的空隙可使兩管在不脫離的條件下自由地相互進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，從運(yùn)行外觀看，是內(nèi)插管在外套管內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，形成內(nèi)插管在外套管內(nèi)的伸出或縮進(jìn)，這就是伸縮桿名稱的由來(lái)；從運(yùn)行結(jié)果看即形成了一根可變長(zhǎng)度的臂桿，從而可適應(yīng)非圓弧曲面的卷膜軸運(yùn)行軌道，且臂桿的長(zhǎng)度也不至過(guò)長(zhǎng)。

圖3 固定擺臂桿結(jié)構(gòu)

實(shí)踐中解決臂桿伸縮的另一種做法是將外套管變形為外套環(huán)，使擺臂桿在套環(huán)內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)（圖3c）從而實(shí)現(xiàn)擺臂桿長(zhǎng)度變化的要求。這種做法可進(jìn)一步簡(jiǎn)化伸縮桿結(jié)構(gòu)，節(jié)約臂桿用材。

固定式擺臂桿在墻面或地面上雖有固定點(diǎn)，但由于臂桿在卷膜軸運(yùn)行過(guò)程中必須隨卷膜軸的運(yùn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，所以擺臂桿在固定端必須安裝可轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)軸。實(shí)踐中轉(zhuǎn)軸的形式有兩種，一種是套管轉(zhuǎn)軸，另一種是銷釘轉(zhuǎn)軸（圖4）。

套管轉(zhuǎn)軸是活動(dòng)套管外套在固定轉(zhuǎn)軸的一種轉(zhuǎn)軸形式（圖4a）。固定轉(zhuǎn)軸為一根直徑一般在20 mm以上的圓管，卷膜系統(tǒng)安裝時(shí)將其垂直山墻面部分插入墻體（插入深度200 mm以上），部分外露墻面。活動(dòng)套管是一根外徑和擺臂桿相當(dāng)、內(nèi)徑比固定轉(zhuǎn)軸外徑稍大（至少大2 mm）、長(zhǎng)度與固定轉(zhuǎn)軸外露山墻長(zhǎng)度相當(dāng)?shù)亩啼摴堋Ｌ坠艽怪焙附釉跀[臂桿端部并外套在固定轉(zhuǎn)軸在山墻面的伸出端，即形成擺臂桿的轉(zhuǎn)軸。

圖4 擺臂桿固定點(diǎn)轉(zhuǎn)軸形式

銷釘轉(zhuǎn)軸是用一根鋼筋或鋼釘（稱為“銷釘”）替代套管轉(zhuǎn)軸的固定轉(zhuǎn)軸，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了套管轉(zhuǎn)軸而且也更方便施工安裝。施工中只要將銷釘釘入山墻擺臂桿固定點(diǎn)位置并保留外露長(zhǎng)度約2倍于擺臂桿直徑，即完成對(duì)銷釘?shù)氖┕ぐ惭b。在擺臂桿的臂桿上靠近固定點(diǎn)端部的位置垂直臂桿長(zhǎng)度方向開設(shè)通孔，將銷釘插入該通孔中并在擺臂桿外側(cè)銷釘上安裝釘絲（阻止擺臂桿脫位）即完成對(duì)轉(zhuǎn)軸的安裝。

一種行程開關(guān)控制的自動(dòng)控制 卷膜系統(tǒng)

對(duì)于自動(dòng)控制的卷膜開窗系統(tǒng)，為防止卷膜軸過(guò)卷（超過(guò)通風(fēng)口邊沿位置），應(yīng)在通風(fēng)口的上下沿分別設(shè)置限位開關(guān)（圖5）。當(dāng)卷膜軸運(yùn)行中碰到限位開關(guān)后，自動(dòng)切斷電源，從而停止卷膜軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

一組限位器應(yīng)包括上位限位器（控制卷膜通風(fēng)口開啟的最大位置）和下位限位器（控制卷膜通風(fēng)口關(guān)閉的最大位置）兩個(gè)限位器。限位器應(yīng)用橋架架空設(shè)置在安裝卷膜器一側(cè)的溫室山墻上（圖5a、圖5b），橋架的安裝高度應(yīng)保證卷膜軸的運(yùn)行高度與限位器限位桿的位置相適應(yīng)。橋架可以是鋼管或不同形式的型材，可以是直桿，也可以是與通風(fēng)口弧面相適應(yīng)的拱桿。

圖5 行程開關(guān)控制的自動(dòng)卷膜控制系統(tǒng)