關(guān)鍵詞：連棟溫室；保溫系統(tǒng)；保溫被；設(shè)施農(nóng)業(yè)

0 引言

設(shè)施農(nóng)業(yè)是利用工程技術(shù)手段和工業(yè)化生產(chǎn)方式，為植物生產(chǎn)提供適宜的生長環(huán)境，使植物在最經(jīng)濟(jì)的生長空間內(nèi)，獲得最高的產(chǎn)量、品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)效益的一種高效農(nóng)業(yè)，是農(nóng)產(chǎn)品打破傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)季節(jié)性，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品反季節(jié)上市，進(jìn)一步滿足多元化、多層次消費(fèi)需求的有效方法[1]。

連棟溫室是設(shè)施農(nóng)業(yè)的主要表現(xiàn)形式之一，具有自動化、智能化、機(jī)械化程度高的特點(diǎn)，溫室內(nèi)部配置了保溫、光照、通風(fēng)和噴灌等設(shè)施，可進(jìn)行立體種植，屬于現(xiàn)代化大型溫室[2]。與傳統(tǒng)的日光溫室相比，其優(yōu)點(diǎn)在于采光時(shí)間長，抗風(fēng)和抗逆能力強(qiáng)，在我國很多地區(qū)都有大面積的應(yīng)用[3-5]。進(jìn)入冬季后，冷空氣頻繁，帶來的寒流、大風(fēng)、陰雨雪等災(zāi)害性天氣影響著我國各地。氣溫逐漸降低對設(shè)施農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)造成了極大的威脅，此時(shí)做好相應(yīng)的保溫措施至關(guān)重要[6-7]。

目前，應(yīng)用在連棟溫室內(nèi)的保溫措施主要有增加采暖設(shè)備、安裝2層保溫幕、增加側(cè)保溫等。其中，采用增溫設(shè)備，成本高，造成能源的巨大浪費(fèi)；安裝2層保溫幕、增加側(cè)保溫等措施，因沒有形成較為密閉的空間，極易造成溫室內(nèi)熱量的散失，保溫效果不明顯[8-11]。

本研究設(shè)計(jì)了一種新型連棟溫室內(nèi)保溫系統(tǒng)，使用后溫室內(nèi)部能夠形成較為密閉的保溫空間，減少溫室內(nèi)熱量的散失，從而有效地保證夜間溫室內(nèi)的溫度，降低溫室運(yùn)行能耗。

1 保溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

連棟溫室內(nèi)保溫系統(tǒng)由內(nèi)保溫被、驅(qū)動內(nèi)保溫被展開或者收起的傳動機(jī)構(gòu)組成。

1.1 內(nèi)保溫被材料篩選

在選用內(nèi)保溫被材料時(shí)應(yīng)綜合考慮以下3個(gè)問題：①材料特點(diǎn)及使用條件；②材料經(jīng)濟(jì)性；③材料適用環(huán)境和位置。內(nèi)保溫被為多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，由表層材料和芯層材料組成。

內(nèi)保溫被表層材料易受外界侵蝕，應(yīng)滿足防水、抗彎折、防老化等要求。目前常用的表層材料有化纖布、帆布、牛津布、編織布和防水布等。①化纖布：因其價(jià)格低廉、來源廣、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)經(jīng)常被作為保溫被的表層材料，但化纖布防水性差、機(jī)械強(qiáng)度較低，長時(shí)間使用過程中布料很容易撕裂和破損。②帆布：結(jié)實(shí)耐用，但部分帆布防水性能較差，與水接觸后易發(fā)生變形、易被酸堿腐蝕，并且帆布料必須放置在陰涼處，否則會加速布料老化。③牛津布：具有較好的透氣性，遇水速干。但牛津布防水性和耐磨性較差，與其他表層材料相比價(jià)格較高。④編織布：無論在干燥還是潮濕的狀態(tài)下，其都具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。經(jīng)常被當(dāng)做表層材料的編織布有PE編織布、鍍鋁編織布等材料。鍍鋁編織布可以起到阻擋陽光和紫外線、防水、隔熱的作用，PE編織布防老化、耐低溫、價(jià)格低廉，是一種可以回收利用的環(huán)保材料，但該材料的防水性能較差。⑤防水布：具有防水、透氣、防風(fēng)等優(yōu)點(diǎn)，但部分防水面料價(jià)格較貴，用其制作成的保溫被不易被使用者所接受，不易進(jìn)行推廣[12-13]。

內(nèi)保溫被芯層材料主要起到保溫作用，應(yīng)膨松、柔軟，具有一定的強(qiáng)度，保證幾經(jīng)碾壓不變形。一般選用的芯層材料多為纖維材料或多孔性膨松材料。目前常用的芯層材料有針刺氈、無紡布、PE微孔泡沫塑料、珍珠棉和噴膠棉等。①針刺氈：具有結(jié)構(gòu)密實(shí)、抗拉強(qiáng)度高、保溫性能好、耐久性能好和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但其防水性能差，晾干后才能回收保存。②無紡布：具有質(zhì)輕、柔軟、防水性較好等優(yōu)點(diǎn)，但其面料強(qiáng)度和耐久性較差，使用壽命較低。③PE微孔泡沫塑料：具有穩(wěn)定的化學(xué)性能、不易被腐蝕、有一定防水性，可以起到良好的保溫和防水效果。④珍珠棉：具有保溫、防水、耐化學(xué)藥品腐蝕和耐老化的優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是質(zhì)量大、厚度小、蓬松性差及保溫率低。⑤噴膠棉：具有內(nèi)部多孔、高彈、蓬松、質(zhì)輕、透氣性高及保溫性良好等優(yōu)點(diǎn)，適于被當(dāng)作保溫芯材使用。但其抗拉強(qiáng)度和抗變形性能力較低，需搭配具有高抗拉強(qiáng)度的表層材料一起使用[14-15]。

通過對上述內(nèi)保溫被表層材料、芯層材料特性綜合比較，本研究內(nèi)保溫被表層材料選用PE編制布，芯層材料選用噴膠棉，采用牛津布四周包邊縫合的制作工藝。該工藝不需要在保溫被上進(jìn)行大面積的衍縫，縮短了內(nèi)保溫被的制作時(shí)間；同時(shí)也因?yàn)檠芸p行數(shù)的減少，內(nèi)保溫被上的針眼數(shù)量也隨之減少，一定程度上解決了內(nèi)保溫被因針眼過多引起的防水性能下降的問題。

1.2 內(nèi)保溫被性能測試

對比市場上常用的保溫被產(chǎn)品進(jìn)行保溫性能測試，經(jīng)國家紡織制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測，檢測結(jié)果如表1所示。本研究開發(fā)的輕質(zhì)內(nèi)保溫被（材料2）保溫率可達(dá)81.7%，較常規(guī)幕布保溫性能提高1倍，適合連棟溫室內(nèi)部使用。

1.3 頂部傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

內(nèi)保溫被頂部傳動機(jī)構(gòu)由電機(jī)、傳動軸、傳動軸承座、繞線筒、鋼絲換向輪、驅(qū)動邊、驅(qū)動邊密封膠條、托幕線夾、幕布夾、暴風(fēng)線夾、彈簧驅(qū)動卡、導(dǎo)線夾、保溫被、U形支架、上幕線、下幕線和鋼絲繩等組成，如圖1所示。

電機(jī)安裝于溫室立柱上，傳動軸通過聯(lián)軸器與電機(jī)軸相連接，電機(jī)軸穿過傳動軸承座，傳動軸承座安裝到溫室復(fù)合梁上，繞線筒成對穿到傳動軸上。鋼絲換向輪安裝于溫室端部復(fù)合梁上，鋼絲通過繞線筒和鋼絲換向輪成一封閉回路。溫室端部復(fù)合梁上還卡有U形支座和托幕線夾，上幕線和下幕線栓到U形支座上，其余復(fù)合梁上卡有托幕線夾，下幕線從托幕線夾的底部孔道通過，以防止下幕線下垂。驅(qū)動邊搭放至下幕線上，驅(qū)動邊底部溝槽在對應(yīng)鋼絲繩的位置裝有彈簧驅(qū)動卡，彈簧驅(qū)動卡芯咬合住鋼絲繩，繞線筒卷繞鋼絲繩時(shí)，通過彈簧驅(qū)動卡帶動驅(qū)動邊滑動。對應(yīng)下幕線的位置安裝有導(dǎo)線夾，驅(qū)動邊上部對應(yīng)上幕線的位置安裝有風(fēng)暴線夾，上幕線從風(fēng)暴線夾中部穿過。驅(qū)動邊的豎直面圓弧槽內(nèi)裝有驅(qū)動邊密封膠條。驅(qū)動邊上部大凹槽卡有多個(gè)均勻分布的幕布夾，幕布夾將保溫被的一端卡到驅(qū)動邊上。內(nèi)保溫被的另一端用托幕線夾卡到復(fù)合梁上。電機(jī)帶動驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動，繞線筒旋轉(zhuǎn)卷繞鋼絲繩，鋼絲繩通過彈簧驅(qū)動卡帶動驅(qū)動邊在下幕線上滑動，因驅(qū)動邊上固定著內(nèi)保溫被的一端，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)保溫被展開或收起作業(yè)。

1.4 立面?zhèn)鲃訖C(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

內(nèi)保溫被立面?zhèn)鲃訖C(jī)構(gòu)由軌道、電機(jī)、下橫梁、下托架、滑輪架、上托架、上橫梁、配重輪軸、配重滑輪、鋼絲繩、配重、卷軸、U形夾和保溫被等組成，如圖2所示。

下橫梁和連棟溫室固定到一起，下托架用螺栓固定到下橫梁上，軌道彎頭部穿到下托架銷軸上，直頭部穿過上托架上的條形孔，這樣軌道可以繞銷軸在一定范圍內(nèi)擺動。上托架和滑輪架以公用螺栓固定到上橫梁上，上橫梁和連棟溫室固定到一起。滑輪架上穿有配重輪軸，配重滑輪穿到配重輪軸上。鋼絲繩一頭系到電機(jī)的配重輪座上，另一頭栓配重，中間繞到配重滑輪上。電機(jī)上有3個(gè)軌道輪騎到軌道上，使得電機(jī)能沿軌道上下移動，卷軸穿到電機(jī)輸出軸上。內(nèi)保溫被的一端卷到卷軸上，另一端用U形夾夾到上橫梁上。電機(jī)周帶動卷軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)保溫被被卷起或抻開，同時(shí)帶動電機(jī)和卷軸上下移動，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)保溫被展開或收起作業(yè)。

2 應(yīng)用情況

設(shè)計(jì)開發(fā)的連棟溫室內(nèi)保溫系統(tǒng)可替代傳統(tǒng)保溫幕布，主要應(yīng)用于溫室的頂部和側(cè)面，如圖3和圖4所示。溫室頂部和側(cè)面同時(shí)應(yīng)用內(nèi)保溫系統(tǒng)時(shí)，可在溫室內(nèi)部形成較為密閉的保溫空間，減少溫室內(nèi)熱量的散失，降低能耗，從而有效地保證夜間溫室內(nèi)的溫度。連棟溫室內(nèi)保溫系統(tǒng)可通過傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動內(nèi)保溫被展開或者收起，內(nèi)保溫被收起后，合攏寬度0.5m，保證日間光照不受影響。連棟溫室內(nèi)保溫系統(tǒng)已在北京市、河北省、內(nèi)蒙古自治區(qū)等地進(jìn)行了示范推廣，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)束語

在連棟溫室運(yùn)行成本構(gòu)成中，能耗成本是運(yùn)行成本的主要部分。連棟溫室內(nèi)保溫系統(tǒng)的應(yīng)用，減少了溫室內(nèi)熱量損失，提高了溫室保溫性能，降低了溫室運(yùn)行能耗，為設(shè)施農(nóng)業(yè)低碳生產(chǎn)提供了新路徑。