日光温室结构优化的研究进展与发展方向
《2024年日光温室的热环境数学模拟及其结构优化》范文
《日光温室的热环境数学模拟及其结构优化》篇一一、引言随着现代农业技术的快速发展，日光温室作为一种重要的农业设施，其环境控制技术对提高作物产量和品质具有显著影响。
其中，热环境作为影响温室作物生长的主要因素之一，其模拟与优化对于温室管理至关重要。
本文将针对日光温室的热环境进行数学模拟，并探讨其结构优化策略。
二、日光温室热环境数学模拟1. 数学模型建立日光温室的热环境受多种因素影响，包括太阳辐射、温室结构、覆盖材料、通风系统等。
为了准确模拟温室内热环境，我们建立了一个综合数学模型。
该模型包括太阳辐射模型、温室传热模型和空气流动模型。
其中，太阳辐射模型用于计算太阳辐射强度及分布；温室传热模型用于描述温室各部分之间的热量传递；空气流动模型则用于描述温室内空气的流动和混合。
2. 模拟结果分析通过数学模型，我们可以对日光温室的热环境进行模拟。
模拟结果表明，温室内温度分布受太阳辐射、温室结构及覆盖材料的影响较大。
在太阳辐射较强的时段，温室内温度较高，而在夜间及阴天，温度则相对较低。
此外，温室的结构和覆盖材料对温度分布也有显著影响，合理的结构和材料选择有助于提高温室内温度的均匀性和稳定性。
三、结构优化策略1. 温室结构设计优化针对日光温室的结构设计，我们提出了以下优化策略：（1）合理布局温室，使其能够充分利用太阳辐射，提高温室内光照强度和均匀性。
（2）优化温室屋面角度和跨度，以利于太阳能的收集和散射，同时减小风荷载对温室的影响。
（3）采用合理的墙体结构，以提高温室的保温性能和结构稳定性。
2. 覆盖材料选择与优化覆盖材料对温室的保温性能和透光性能具有重要影响。
因此，我们建议采用以下优化策略：（1）选择透光性能好、耐候性强的覆盖材料，如聚乙烯膜或玻璃等。
（2）在覆盖材料表面涂覆反射膜或采用多层覆盖结构，以提高温室的保温性能。
（3）定期清洗覆盖材料，以保持其良好的透光性能。
四、实验验证与结果分析为了验证数学模拟结果的准确性及结构优化策略的有效性，我们进行了实际实验。
浅谈我国温室发展现状及发展趋势
浅谈我国温室发展现状及发展趋势一、引言温室是一种人工环境控制系统，通过调节温度、湿度、光照等因素，为植物提供适宜的生长环境。
在我国，温室发展已经取得了显著的成就，不仅满足了人们对蔬菜、花卉等农产品的需求，还为农业生产提供了技术支持和保障。
本文将对我国温室发展现状及发展趋势进行浅谈。
二、我国温室发展现状1. 温室建设规模不断扩大随着人们对高品质农产品需求的增加，我国温室建设规模不断扩大。
据统计，目前我国温室面积已经超过XXX万亩，其中以东部沿海地区为主要发展区域。
温室建设规模的扩大为我国农业生产提供了良好的条件。
2. 温室技术不断创新我国温室技术不断创新，先进的温室设施和管理技术得到广泛应用。
例如，智能温室系统可以实现自动化控制，通过传感器监测温度、湿度等参数，实现精确的环境控制。
此外，温室材料的研发也取得了重要突破，新型材料具有保温、透光等优良特性，提高了温室的效能。
3. 温室农业产值稳步增长随着温室规模的扩大和技术的进步，温室农业产值也在稳步增长。
据统计，我国温室农业产值已经超过XXX亿元，占我国农业总产值的比重逐年增加。
温室农业的发展不仅带动了农业产业链的延伸，还提高了农民的收入水平。
三、我国温室发展趋势1. 绿色、环保发展未来我国温室发展的主要趋势之一是绿色、环保发展。
随着人们对食品安全和环境保护的关注度提高，温室农业将更加注重减少农药、化肥的使用，推广有机种植和生态农业模式，提高农产品的品质和安全性。
2. 智能化、自动化生产随着科技的进步，温室农业将趋向智能化、自动化生产。
智能温室系统将更加普及，通过大数据、人工智能等技术，实现温室环境的精确控制和作物生长的自动监测。
这将提高生产效率，降低人工成本，推动温室农业的可持续发展。
3. 多元化农产品种植未来，我国温室农业将趋向多元化农产品种植。
除了传统的蔬菜、花卉等农产品外，人们对水果、草药等高附加值农产品的需求也在增加。
温室农业将逐渐扩大种植品种，满足人们对多样化农产品的需求。
浅谈我国温室发展现状及发展趋势
浅谈我国温室发展现状及发展趋势引言概述：温室是一种人工控制的农业生产环境，通过调节温度、湿度、光照等因素，为作物提供良好的生长条件。
我国温室发展已经取得了显著的成就，但仍然面临一些挑战和问题。
本文将从五个方面详细阐述我国温室发展的现状及发展趋势。
一、温室建设规模的扩大1.1 温室面积持续增长：我国温室面积在过去几十年里持续扩大，已经成为全球最大的温室建设国家之一。
1.2 温室类型多样化：传统的土壤栽培温室逐渐被无土栽培、水培和气候控制温室等新型温室所取代。
1.3 温室技术的提升：温室建设技术不断创新，智能化、自动化设备的应用越来越广泛。
二、温室作物的多样化种植2.1 传统蔬菜的生产：温室主要用于生产传统蔬菜，如番茄、黄瓜、辣椒等，满足了市场对于新鲜蔬菜的需求。
2.2 高附加值作物的种植：随着人们对健康食品的需求增加，一些高附加值作物如草莓、花卉等在温室中的种植也得到了迅速发展。
2.3 新兴作物的引进：我国正积极引进一些新兴作物的种植技术，如热带水果、药材等，以扩大温室作物的品种。
三、温室技术的创新与应用3.1 智能化控制技术：温室智能化控制系统的应用，通过自动化的温度、湿度、光照等控制，提高了作物的产量和质量。
3.2 节能减排技术：温室能源消耗一直是一个问题，我国正积极推广节能减排技术，如太阳能、地热能的利用等。
3.3 环境友好型技术：为了减少农药和化肥的使用，温室蔬菜生产正朝着绿色、有机的方向发展，以满足消费者对食品安全的需求。
四、温室产业的发展壮大4.1 温室设备制造业的兴起：随着温室建设规模的扩大，温室设备制造业也得到了迅速发展，成为一个新兴的产业。
4.2 温室技术服务业的崛起：温室技术服务业的需求逐渐增加，培训、咨询、技术支持等服务成为温室产业链的重要组成部分。
4.3 温室农产品的市场拓展：随着温室作物品种的增加和质量的提高，温室农产品的市场份额逐渐扩大，出口量也在不断增加。
五、温室发展的挑战与前景5.1 能源消耗问题：温室能源消耗大、污染严重，如何解决能源问题成为温室发展的重要挑战。
现代日光温室发展现状及关键技术
现代日光温室发展现状及关键技术作者：王献忠来源：《科学种养》2019年第08期随着现代人们生活水平和物质条件的不断改善，对蔬菜品种和时令蔬菜的要求越来越高，不再局限于吃饱穿暖，而是追求品种质量和健康安全。
现代工业农业的快速发展，一定程度上破坏了生态环境，影响食物的质量。
现代日光温室生产的蔬菜，品种多、质量优、口感好，深受消费者喜爱。
如何提高日光温室蔬菜的产量和质量，保证蔬菜绿色无公害，关键在于不断探索新的栽培技术。
一、现代日光温室发展现状日光温室蔬菜栽培技术之所以成为重点发展方向，是因为它既可以满足消费者的需求，还可以提高人们的生活质量，而传统的蔬菜种植技术受气候等因素影响，种植产量低，效率不高，投入大，资源利用不充分，无法满足现代快节奏的生活方式。
人们为了追求不断增长的物质要求，进而对生产方式进行不断探索和研究，在生产实践中发明一种能够高产且又不受气候条件制约的种植方式，这就是日光温室。
日光温室蔬菜栽培种植技术就是将蔬菜种植在人工创建的小环境里，并根据不同品种和不同季节，人工调节温度、湿度，保证蔬菜不受天气的影响，一年四季都可以种植各种蔬菜，实现夏菜冬种，南菜北种，国外蔬菜中国种，满足人们不断增长的物质需求，实现一个季节能吃到四个季节蔬菜的美好愿望。
当今我国的大棚蔬菜栽培技术发展较快，克服传统种植技术中诸多弊端，既提高产量又提高质量。
我国是人口大国，要满足多数人的消费需求，必须提高产品产量。
日光温室栽培技术的生产原理主要是在日光温室覆盖塑料薄膜，然后根据蔬菜生长条件划分种类，将生长条件相同的蔬菜种植在环境供给一样的日光温室里，人工调节温度和湿度，这样即使在严寒冬季也可以吃到南方蔬菜，这就是我们常说的南菜北种。
日光温室不仅可以控制温度和湿度，在一定程度上还可以调节生长速度，由此可见日光温室蔬菜栽培技术可以促进蔬菜优质高产。
虽然该技术已进入成熟期，但是在应用中还是会出现一些问题，很大程度上影响蔬菜的生长、品质和产量，所以一定要很好地解决问题。
日光温室设备现代化发展
一、问题的提出日光温室大棚栽培瓜果、小生果、蔬菜、花卉、药材、食用菌等植物，已在各地遍及运用。
以保温型塑料大棚为主，其结构有多种，栽种办法不尽一样，可比效益差别较大，若何用较低成本，建造寿命较长，适于机械功课，易于规划出产，并使其内部状况更有效地适应和节制植物开展，取得优质高产高效的维护地出产方式，已成为农机科技义务者的首要义务之一。
二、国内外现状兴隆国家在设备农业的展开方面，起步高，开展快，荷兰、以色列、韩国等国家，以永久型钢架为主体，棚内温度、湿度、浇灌、追肥、除草、打药、收成、包装均以自动化或机械化为主，设备造价昂贵，通俗群体大棚的单元造价在140元/平方米左右。
这类设备虽然可取得高效益，但在我国现有经济前提下，产投比不尽合理。
我国对设备农业的展开极为注重，各级政府和主管局部对此都再三制定各类倾斜政策，给予资金或物资扶持。
到当时，全国维护地栽培面积已达8000万亩。
中间和各级本地政府对农业出产的进一步加强，无疑给设备农业的展开输入了新的活力。
三、日光大棚优化方式的评论日光温室大棚的建造要契合以下前提。
首先，要有稳固保温的后、侧维护墙和倾落日光接收面；其次，要有强度足够的斜面支撑架和便于保温帘卷放的滑道；再者，要设计好浇灌基础设备和便于产品和机械进出的通道和设备节制间；其余要提前施足基肥，开挖适宜植物栽培的沟、穴，还对土壤进行药物措置。
建棚地址要选择在水利前提较好、土层厚、保肥水才干强、易通电、不靠宏大建筑物和远离土路的地域，并且相对集中，便于机具的充分使用和群体设备的投入。
现有的大棚，按照维护墙结构可分为无墙拱棚结构、土堆夯实结构、草泥堆垛结构、浆砌砖石结构等四种类型；按照棚内结构可分为有立柱结构和无立柱结构两种。
现将温室大棚改进履行情况引见如下。
（一）无墙竹竿拱棚八十年代初，农民在科技人员的指点下，使用竹竿绑缚和栽植，制发展拱形结构，表面固定塑料薄膜，组成塑料拱棚。
该类大棚结构强度低、寿命短、保温功用差、植物开展期短。
浅谈我国温室发展现状及发展趋势
浅谈我国温室发展现状及发展趋势引言概述：温室是一种人工营造的环境，通过调控温度、湿度、光照等因素，为植物提供适宜的生长条件。
在我国，温室技术的发展已经取得了显著的成就，并在农业生产中发挥着重要作用。
本文将从我国温室发展的现状和趋势两方面进行探讨。
一、我国温室发展现状1.1 温室面积不断扩大近年来，我国温室面积呈现快速增长的趋势。
根据统计数据显示，我国温室面积从2022年的XX万亩增加到2022年的XX万亩，增长了XX%。
这说明温室在农业生产中的重要性逐渐得到认可。
1.2 温室技术不断创新随着科技的进步和农业现代化的推进，我国温室技术也在不断创新。
例如，传统的温室结构逐渐被新型温室所取代，新型温室采用先进的材料和设计，具有更好的保温、透光和通风性能，能够更好地适应不同地区的气候条件。
1.3 温室种植业多样化发展我国温室种植业再也不局限于传统的蔬菜种植，而是逐渐扩展到花卉、水果、草坪等领域。
这种多样化的发展不仅满足了人们对各种植物的需求，还提供了更多的就业机会和经济效益。
二、我国温室发展趋势2.1 绿色、环保温室的兴起随着人们对环境保护的重视程度不断提高，绿色、环保温室的兴起成为未来的发展趋势。
这种温室采用可再生能源供热，利用雨水采集系统进行灌溉，减少了对化肥和农药的依赖，更加环保可持续。
2.2 智能化温室的推广应用随着人工智能和物联网技术的不断发展，智能化温室的推广应用成为未来的发展方向。
智能温室通过传感器、自动控制系统等设备，实现对温度、湿度、光照等环境参数的精确控制，提高了生产效率和质量。
2.3 温室与农业产业融合发展未来，温室将与农业产业实现更深度的融合发展。
温室不仅仅是农业生产的一个环节，还可以与农产品加工、物流配送、农业观光等环节相结合，形成完整的农业产业链，提高农业的附加值和竞争力。
三、结论我国温室发展取得了显著的成就，面积不断扩大，技术不断创新，种植业多样化发展。
未来，绿色、环保温室的兴起，智能化温室的推广应用，以及温室与农业产业的融合发展将成为主要的发展趋势。
日光温室的结构优化分析
·144·农技服务资源环境2017，34（17）日光温室的结构优化分析侯莹莹（潍坊科技学院 建筑工程学院，山东 潍坊 262700）作者简介：侯莹莹（1987-2），汉族，女，山东潍坊，硕士，教师，主要研究钢结构与混合结构.［摘要］日光温室是现代农业设施中保证寒冷地区果蔬供给的重要途径。
日光温室的结构形式及组成材料制约着温室内部作物生长空间、温度、保温蓄热能力，从而影响到生产效益。
本文从温室围护墙体及覆盖材料、整体结构的高跨比、脊高、屋顶弧度等方面进行了分析，提出了提高温室综合性能的优化方向。
［关键词］日光温室；保温蓄热；结构优化日光温室是不需要加温设施即可实现冬季喜温蔬果生产的农业设施。
因其突破了环境资源的制约，保证了蔬果地有效供给，成为近年来设施园艺高度关注的农业设施类型[1]。
二十世纪三十年代中国温室室内温度取决于日光的照射。
八十年代，开始出现大量关于温室的应用研究。
随着九十年代大型连栋温室的引进，温室实现了反季节、超时令的作物生产[2-6]。
在国外研究成果的基础上，国内温室研究逐步实现了集约化、规模化生产，技术水平明显提高。
温室结构的优化是影响温室内部环境性能的重要用因素，也是提高作物生产环境经济有效的方式，对温室生产率和利用率影响显著。
温室结构采光面对应的采光率及整体覆盖材料下的保温性能影响着室内作物的生长，是优化温室结构的重要因素[7]。
且日照时间、太阳辐射强度等随空间和时间而变化，气候的变化也影响着温室性能，所以温室结构各部分的设计及优化要考虑当地的日照及气候条件。
１围护墙日光温室的保温效果取决于温室结构的长宽比、屋面的角度、屋面覆盖材料、墙体材料、墙体厚度及整体结构的细部构造。
一般情况下，阳光照射温室时后墙占总辐射照度的一半，后屋面、地面各自约占1/4。
所以，围护结构中墙体的设计对整体温室的蓄热保温效果起着重要作用。
通常，材料的保温与蓄热能力成此消彼长的关系，保温好的材料蓄热不理想，蓄热效果好的保温性差。
日光温室的设计与优化
日光温室的设计与优化日光温室是一种利用太阳辐射热量进行温室效应的建筑物，可以提供温暖的环境来种植植物，延长生长季节，提高产量。
在设计和优化日光温室时，需要考虑以下几个方面。
首先，日光温室的形状和布局要合理。
通常采用瘦长型的建筑形状，以减少窗户面积和墙壁面积的比例，从而最大程度地减少散热。
此外，在布局上，应尽量避免阻挡太阳直射光的障碍物，例如建筑物、树木等。
其次，日光温室的材料选择很关键。
温室的墙面和屋顶应采用具有较高热传导系数的材料，以便在太阳直射下吸收和储存热量。
一种常用的材料是玻璃，因为玻璃具有良好的透明性和热导率。
此外，可以考虑使用双层玻璃、塑料或聚碳酸酯板材等，以提高保温性能。
第三，日光温室的通风系统也是非常重要的。
在设计中需要考虑如何利用自然风力进行通风，以调节温度和湿度。
通风口和排风扇的位置应合理布置，以保证空气流动的均匀性。
此外，可以考虑安装遮挡或百叶窗等辅助装置，以便在需要时调节光线和温度。
另外，温室内部的布置和设备也需要精心设计。
例如，可以使用种植槽、移动的灌溉系统以及保温材料来提供植物所需的水分和养分。
此外，温室内部还可以添加反射板或镜子来增加光线的利用效率，提高照明质量。
最后，日光温室的能源利用也是一个重要的优化方向。
可以考虑使用太阳能板来供电，以减少能源消耗和减少对传统能源的依赖。
此外，还可以利用余热回收技术，将温室内的热量转化为电力或燃料，以进一步提高能源利用效率。
总之，日光温室的设计和优化需要综合考虑形状、材料、通风系统、布置和设备以及能源利用等多个方面。
只有在这些方面都做到合理、高效，才能实现日光温室的最佳效果。
国内外温室产业发展现状与趋势
国内外温室产业发展现状与趋势一、国外温室产业发展状况及特点（一）代表性国家温室生产概况1加拿大加拿大纬度较高，其北部地区基本上常年为冰雪覆盖，温室产业发展主要集中在西南部。
加拿大冬季温度较低，对温室保温性能要求较高，加温需求较大；冬春季光照条件较差，温室结构对透光性要求较高，补光需求较大。
温室类型及种植作物加拿大的温室类型主要有两种，一种是玻璃温室，另一种是塑料薄膜温室。
塑料薄膜温室从上世纪90年代中期以后得到快速发展，主要原因是玻璃温室建造成本和运行成本都比较高，所以从上世纪90年代中期以后，他们开始发展双层充气膜温室。
根据统计数据可以看出，加拿大的温室构成，玻璃温室已不是主流，塑料薄膜温室是主要设施类型，2008年占到加拿大温室总面积的57.8%。
温室种植的作物主要是花卉和观赏植物以及蔬菜，蔬菜温室数量虽然不如花卉和观赏植物的多，但是面积占比还是比较大的，是因为蔬菜种植温室的单体规模都比较大。
温室蔬菜种植结构，欧美国家大致相似，主要为番茄、黄瓜、甜椒等，但2000年以来番茄的面积增长缓慢，黄瓜和甜椒增长速度较快。
加拿大温室生产特点（1）温室结构不断优化，种植结构和区域分布特征明显。
以塑料薄膜温室为主，双层充气膜温室比例逐渐增多。
温室主要分布在Ontario、British Columbia、Quebec、Alberta、Manitoba、Saskatchewan，面积占全国总面积的97.8%，以Ontario最大，蔬菜温室占加拿大的67%。
Ontario的Leamington是加拿大温室产业的聚集区，温室面积占Ontario温室面积的80%以上，区域的集中度还是很高的。
（2）环境控制、栽培管理实现机械化和自动化，高产高效。
加拿大商业化温室平均产量，番茄达到了每平米近45千克，黄瓜每平米大概能收到120条果实，甜椒每平米23千克。
高产的黄瓜、番茄、甜椒产量能够达到每平米100千克、70千克和35千克。
中国日光温室结构的改良与创新(三)——温室屋面结构的改良与创新
典型日光温室的屋面分为前屋面（采光面）和后屋面两个屋面。
前者面南，表面覆盖活动保温被，白天打开保温被温室采光，夜间覆盖保温被温室保温；后者面北，周年固定保温。
为了增加日光温室的采光量，许多学者对前屋面形状和尺寸进行了深入的优化研究（亢树华，1990；聂和民，1990；周长吉 等，1993；王朝栋 等，2010），也提出过不少前屋面几何尺寸的设计方法，但对日光温室后屋面的研究相对较少，设计和建设中对后屋面的几何尺寸、材料、做法、保温性能要求千差万别。
本文就日光温室前屋面和后屋面的演变和发展进行系统梳理和总结，以期对未来日光温室屋面的研究和设计有所启迪。
1 日光温室前屋面的改良与创新1.1 日光温室前屋面几何形状的变迁1.1.1 一坡一立式结构 日光温室前屋面几何形状的改良与创新是随着建筑材料的革新和室内种植要求的变化而不断发展和创新的。
早期的日光温室（20世纪80年代至90年代初）采用竹木结构，从日光温室前屋面和后屋面几何尺寸的变迁中分析我国日光温室屋面结构的改良与创新过程，在此基础上就日光温室前屋面和后屋面的一些革新技术，包括直立南墙结构日光温室、可变屋面倾角日光温室、活动保温采光后屋面日光温室等的特点进行了总结。
中国日光温室结构的改良与创新（三）——温室屋面结构的改良与创新周长吉（农业部规划设计研究院，农业部农业设施结构工程重点实验室，北京 100125）周长吉，男，研究员，专业方向：温室工程，E-mail：zhoucj@收稿日期：2018-02-20温室屋面以平坡屋面为主（因为竹木结构弯曲加工的难度较大），典型的温室形式为一坡一立式（图1）。
这种结构的屋面梁采用圆木或竹竿（图1-a），用钢筋混凝土立柱或圆木、钢管等支撑屋面梁。
为了固定塑料薄膜，早期的做法是在塑料薄膜的外部压竹条，用细铁丝将塑料薄膜上部的竹条紧压在塑料薄膜下部的屋面梁上（图1-b）。
这种做法在扣压竹条时必须要穿破塑料薄膜，不仅造成温室屋面漏气，降低温室的保温性能，而且在大风情况下容易将塑料薄膜撕裂。
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第28卷 第3期2007年09月
内蒙古农业大学学报
JournalofInnerMongoliaAgriculturalUniversityVol.28 No.3
Sep.2007
日光温室结构优化的研究进展与发展方向3刘建1, 周长吉23(1. 中国农业大学水利与土木工程学院,北京 100083;
2. 农业部规划设计研究院,北京 100026)
摘要: 日光温室的结构直接影响着温室的生产环境和建造成本。日光温室结构优化就是要在保障合理采光、保温和经济用材的条件下,选择确定合理的温室跨度、脊高、采光屋面角、采光屋面形状、后屋面的结构和墙体结构等建筑结构参数。本文在综述我国日光温室结构优化研究的基础上,重点讨论了当前日光温室结构优化存在的主要问题,并提出了今后日光温室结构优化重点研究的方向和内容。关键词: 日光温室; 结构优化; 几何尺寸; 桁架结构中图分类号: S625.1 文献标识码: A 文章编号:1009-3575(2007)03-0264-05
THEPRESENTANDDEVELOPMENTOFSUNLIGHTGREENHOUSESTRUCTUREOPTIMIZATION
LIUJian1, ZHOUChang-ji2(1. CollegeofWaterConservancyandcivilengineering,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100083
,China;
2. ChineseAcademyofAgriculturalEngineering,Beijing100026,China)
Abstract: Thestructureofsunlightgreenhouseaffectstheenvironmentandthebuildingcostgreatly.Tooptimizethegreenhousestructure,thebuildingparametersincludingspan,height,roofshape,aswellasroofandwallstructureshouldbestudiedtokeepsuffi2cientlighttransmission,effectivethermalinsulationandreasonablebuildingcost.Thispapersummarizedthedevelopmentsituationofsunlightgreenhousestructureoptimization,andanalyzedtheurgentissuesinthefuturestudies,whichwouldguidethegreenhousestructurestudyinthefuture.Keywords: Sunlightgreenhouse; structureoptimization; geometricalparameter; trusswork
引言从20世纪80年代以来,日光温室在我国北方地区迅速发展,有效地解决了我国北方地区冬季蔬菜供应问题,大幅度增加了农民的收入,带动了农业结构的快速调整。截至2005年底,我国日光温室面积达70余万hm
2
,占温室和大棚等大型设施总面积
的50%以上。日光温室是我国特有的作物栽培设施,其建造和运行成本低,合乎我国国情,适合中国经济发展的需要,而且伴随着能源的短缺,日光温室将成为今后我国大面积温室园艺产业发展的必然选择。但由于对日光温室光温性能和结构强度设计等方面的研究还不成熟,大量农民建造日光温室缺乏
科学的理论指导,导致日光温室在生产应用中事故频发,如2004年12月18-19日,沈阳市一场降雪,
造成该市1545个温室和大棚受损;2005年2月沈阳市郊区某林果实验场日光温室在卷帘过程中突然倒塌,造成1人死亡[1];北京地区2007年春的大雪,造
成某些乡镇50%的日光温室坍塌。除结构破坏的事故外,日光温室由于室内温度不够而造成的种植受损甚至绝收的事故也屡有发生。所以,优化结构设计,规范建造技术,已经成为了继续推进日光温室发展的时代所迫。日光温室结构优化首先应该满足可靠性准则,
即安全性、适用性和耐久性[2]。(1)安全性 温室结构能够承受正常施工、正常
3收稿日期: 2007-06-06
作者简介: 刘建(1982-),男,硕士研究生,主要从事温室工程技术的研究.
3通讯作者: Email:zhoucj@facaae.com。使用时可能出现的各种荷载,不发生在荷载作用下超过材料强度极限或结构丧失稳定性的情况。(2)适用性 温室结构在正常使用荷载作用下具有良好的工作性能,如不发生影响正常使用的过大变形等。(3)耐久性 温室结构在正常使用和正常维护条件下,在规定的使用期限内具有足够的耐久性,不发生因腐蚀等因素而影响结构使用寿命。日光温室结构优化的内容是确定合理的几何尺寸,使其在特定建设条件下能满足种植作物生长的温光要求,同时在满足结构安全性准则的基础上达到结构用材最省。从20世纪80年代开始,我国的科技工作者对日光温室的结构作了大量的研究,各地相继推出了多种类型的结构形式,也提出了很多种设计方法,这对完善我国日光温室结构起到了重要的作用。农业部和科技部自“八五”以来一直没有中断对日光温室研究的科技支持,相关科研单位相继推出了“鞍Ⅱ型”节能型日光温室、辽沈Ⅰ型日光温室以及“西北型”日光温室等[3]。“十一五”期间,国家继续把日光温室结构优化与数字化设计作为高技术研究发展计划进行研究。本文在总结近年来日光温室结构优化中取得成就的基础上,重点分析了结构优化存在的急迫问题,为今后日光温室结构优化研究提出了研究的思路和方向。1 日光温室的荷载设计载荷是建筑物结构设计的基本依据,是保证结构是否安全的首要因素。日光温室荷载取值的难点是风荷载和雪荷载。对于雪荷载,需要解决基本雪压和屋面积雪分布系数这两个问题。《温室结构设计荷载标准》(GB/T18622-2002)[4]中,确定30a一遇最大积雪量自重为基本雪压,并给出坡屋面积雪分布系数μz的取值方法,其中给出的单跨拱形屋面与日光温室结构相似,但其μz计算方法运用于日光温室不是很合理;对于风荷载需要确定风荷载体型系数、风压高度变化系数、基本风压等3个条件。基本风压和风压高度变化系数在荷载规范有比较明确的界定,而风荷载体型系数的取值方法不适合日光温室。周长吉[5]在分析比较国外有关温室建筑荷载规范基础上,在坡屋面积雪分布系数μz的取值问题上,提出坡度角α取屋脊至前脚连线与水平面构成的夹角,且坡度角在25°～50°内时可在1～0之间按线型插值法取值,具有针对性和可操作性;在风荷载体型系数方面也针对日光温室做了明确的说明,与规范比较,具有可操作性。在其研究中还给出日光温室特有的其它荷载(如植物吊重、前屋面保温材料自重、施工载荷和操作载荷等)的取值方法及其组合原理,对日光温室的荷载取值和荷载的工况组合具有重要意义。但随着日光温室材料的变化、操作设备的发展,如新型保温被的使用和卷帘机的使用,上述取值及其组合方式有待进一步研究。在荷载组合方面,周长吉[5]提出了4种不利荷载组合,其组合原理对研究日光温室的屋面荷载组合具有指导意义。在此基础上,侯丽薇[6]借助于计算机辅助工程分析手段,对抛物线型日光温室进行受力分析,得出雪荷载+保温草毡重+屋脊集中活荷载(雪后登屋顶卷毡)是最危险荷载组合。可见,
日光温室荷载主要集中在屋面上,是日光温室受力最复杂,最多变的部位。因此屋面骨架结构的优化设计是日光温室结构优化研究的重点。
2 日光温室的几何尺寸日光温室的几何尺寸是指采光屋面角度、采光面形状、后屋面仰角、后屋面投影宽度、脊高、跨度等。这些结构参数主要与采光设计有关。冬春季节是日光温室的主要生产期,也正是太阳辐射最弱的季节,能否充分合理利用太阳辐射,关系到温室生产的成败。因此,与日光温室采光设计相关的几何尺寸是设计建造过程中应首先解决的问题。211 采光屋面角、脊高、跨度和后屋面仰角采光屋面角、脊高、跨度和后屋面仰角4者是互相制约的,脊高和跨度的大小及其相互配合影响采光角的大小和采光面形状,跨度确定的条件下,采光面与后屋面的比例直接决定了采光面的宽度。4个因素共同作用,影响着日光温室的操作空间、采光和保温性能。脊高一定,跨度过大,采光屋面角随之降低,温室难以获得最佳采光效果,跨度过小,温室有效利用面积减少。程季珍[7]在山西日光温室的研制中,把主要技术参数概括为“五度三比”,比较形象的概括了日光温室结构参数的要点。佟国红[8]对沈阳地区跨度为12m的日光温室内各表面太阳辐射照度进行模拟计算,得出改变温室跨度和高度分别对地面及北墙面太阳辐射照度有较大影响,且呈线性关系。后屋面投影宽度一定,采光面在温室跨度中所占的比例越大,采光度越好,但后屋面的宽度减小,
保温性能也随之下降。因此,寻找这4者的合理关系,对日光温室的采光和保温具有重要的意义。佟国红[9]以沈阳地区为例,采用多目标模糊决策法对跨度为7.5m、围护结构材料相同但建筑参数不同的温室进行优选,得出了后坡、跨度、后墙、脊高等温室参数的最优值,这种方法对研究多个参数综合作用具有一定的借鉴意义。在早期的研究和日光温室结构标准中都限定了日光温室的跨度在6m～9m,从节约用地、提高空间的角度出发,近几年的日光温室向高大化方向发展,
562第3期 刘建等: 日光温室结构优化的研究进展与发展方向